Thiết kế và chế tạo máy in 3d cơ cấu song song

TĨM TẮT ĐỒ ÁN In 3D cơng nghiệp đƣợc gọi TMN (tạo mẫu nhanh), ngành công nghệ phát triển mạnh mẽ Công nghệ in 3D tạo sản phẩm thật, vật thể thật mà ta cầm tay, sờ mó, quan sát cách xác giúp ta cảm nhận chúng dễ dàng mà không cần phải suy nghĩ mơ hồ, tƣởng tƣợng Trên giới, tầm ảnh hƣởng in 3D thị trƣờng công nghệ ngày tăng, với việc ứng dụng in 3D xuất ngày nhiều lĩnh vực khác nhƣ: y học, sản xuất, chế tạo công cụ … Hiện Việt Nam, in 3D dần đƣợc phổ biến giới nghiên cứu TMN việc tự nghiên cứu thiết kế chế tạo máy in 3D ngày đƣợc quan tâm nhóm nghiên cứu … Trên giới, ứng dụng xuất bắt đầu đƣợc tiêu thụ rộng rãi thị trƣờng, lúc với xuất công ty chuyên ngành, phát triển không ngừng Đề tài đƣợc thực bối cảnh ngành công nghệ in 3D nƣớc giới phát triển mạnh mẽ, nhiều trƣờng đại học công ty lớn tự chế tạo, sản xuất đƣa thị trƣờng sử dụng ngày rộng rãi đƣợc ứng dụng nhiều ngành thiết kế Ở đề tài này, nhóm đặt mục tiêu thiết kế chế tạo máy in 3D hoàn chỉnh in đƣợc vật thật với yêu cầu phải thiết kế đƣợc phần cứng khí với độ xác cao khắc phục đƣợc nhƣợc điểm nhóm trƣớc Tìm hiểu phƣơng pháp TMN FDM áp dụng vào máy in 3D Trang ABSTRACT Industrial 3D printing technology called RAP (rapid prototyping) is one of the new technologies which is growing tremendously 3D printing technology create real products, real objects which we can hold hands, touch, observe accurately that can help us feel easy that we not need to think or visualize about it Worldwide, the effect of 3D printing technology in the market is increasing There are more and more applications of 3D printing in various fields such as medicine, manufacturing, toolmaking Currently in Vietnam, 3D printing is gradually gaining its popularity of researchers on RAP Therefore, the study of self-design and manufacturing of 3D printing is more and more concerned by the groups of researchers Worldwide, these applications which have been available and widely consumed in the market, together with availability of the specialized companies, has been developing constantly This project is studied in the scenario of 3D printing technology in the country and around the world that it is strongly developed Many universities and large companies have self-manufactured many 3D printers and launched them to the market They are widely used and applied in various kinds of design On this project, our group sets the goal to design and manufacture a complete 3D printer to print real objects The request is to design mechanical hard wares with high precision to overcome the weaknesses of those previous groups Study the methods and apply RAP FDM into 3D printers Trang MỤC LỤC Trang LỜI CÁM ƠN TÓM TẮT ĐỒ ÁN ABSTRACT DANH MỤC BẢNG BIỂU DANH MỤC HÌNH ẢNH CHƢƠNG I GIỚI THIỆU 12 1.1 Tính cấp thiết đề tài .12 1.2 Ý nghĩa khoa học thực tiển đề tài 12 1.3 Mục tiêu nghiên cứu đề tài 12 1.4 Đối tƣợng phạm vi nghiên cứu 12 1.4.1 Đối tƣợng nghiên cứu .12 1.4.2 Phạm vi nghiên cứu 13 1.5 Phƣơng pháp nghiên cứu 13 1.5.1 Cơ sở phƣơng pháp luận 13 1.5.2 Các phƣơng pháp nghiên cứu cụ thể 13 1.6 Kế t cấ u của ĐATN .14 CHƢƠNG II TỔNG QUAN NGHIÊN CƢ́U ĐỀ TÀI 15 2.1 Giới thiệu công nghệ TMN 15 2.1.1 Nguyên lí chung .15 2.1.2 Đặc điểm 15 2.2 Sự đời phát triển phƣơng pháp TMN 15 2.2.1 Thời kỳ đầu: tạo mẫu tay .15 2.2.2 Thời kỳ thứ hai: phần mềm tạo mẫu hay tạo mẫu ảo .16 2.2.3 Thời kỳ thứ ba: trình TMN 16 2.3 Ứng dụng TMN 17 2.3.1 Phát triển sản phẩm 17 2.3.2 Kiểm tra chức làm việc sản phẩm 17 Trang 2.3.3 Tạo khuôn nhanh ( Rapid Tooling) 18 2.3.4 Ứng dụng y học .19 CHƢƠNG III CƠ SỞ LÝ THUYẾT 20 3.1 Một số phƣơng pháp tạo mẫu nhanh 20 3.1.1 Phƣơng pháp SLA (Stereo lithographyapparatus) 20 3.1.2 Phƣơng pháp SGC (Solid Ground Curing) 21 3.1.3 Phƣơng pháp LOM (Laminated Object Manufacturing) .22 3.1.4 Phƣơng pháp SLS (Selective Laser Sintering) .23 3.1.5 Phƣơng pháp in 3D FDM (Fused Deposition Manufacturing) 24 3.2 Phân loại Phƣơng pháp gia công nhanh dựa vật liệu in 25 3.2.1 Dạng lỏng .25 3.2.2 Dạng khối .25 3.2.3 Dạng bột 26 3.3 Phân tích phƣơng pháp in 3D FDM 26 3.3.1 Lý để lựa chọn FDM 26 3.3.2 Nguyên lý hoạt động 26 3.3.3 Hỗ trợ 27 3.3.4 Độ xác chất lƣợng bề mặt 27 3.3.5 Vật liệu 27 3.3.6 Tốc độ .27 3.3.7 Lựa chọn sử dụng 28 3.3.8 Lƣu ý công nghệ .28 3.9 Cấu trúc Robot song song ứng dụng đề tài .28 3.9.1 Giới thiệu chung robot song song 28 3.9.2 Cấu trúc cấu: 29 3.9.3 Một số ƣu nhƣợc điểm Robot song song 30 CHƢƠNG IV PHƢƠNG HƢỚNG VÀ CÁC GIẢI PHÁP THIẾT KẾ 31 4.1 Phân tích số yếu tố cần thiết máy in 3D 31 4.2 Đƣa phƣơng án thiết kế từ yêu cầu đƣa 31 Trang 4.3 Phân tích lựa chọn thiết kế khung giàn 34 4.4 Phân tích lựa chọn hệ thống truyền động 34 4.5 Phân tích lựa chọn vật liệu in .36 4.6 Đầu phun vật liệu .38 4.6.1 Cấu tạo đầu phun vật liệu in 3D .39 4.6.2 Ảnh hƣởng nhiệt độ đến hoạt động đầu in 40 CHƢƠNG V TÍNH TỐN, THIẾT KẾ 44 5.1 Xét cấu trúc robot song song để tìm số bậc tự cấu .45 5.2 Lựa chọn cấu truyền động .45 5.3 Các thành phần khí 48 5.4 Tính tốn động học cho tay máy 51 5.4.1 Phân tích cấu hình robot delta lăng trụ 51 5.5 Thuật tốn cắt lớp mơ hình 3D (*.stl)[3] .54 5.5.1 Stl file .54 5.5.2 Định dạng thông số kỹ thuật 54 5.5.3 Thuật toán cắt lớp file *.stl 57 5.6 Hệ thống diều khiển 59 5.6.1 Sơ đồ khối điều khiển 59 5.6.2 Bộ điều khiển .60 5.7 Thuật toán nội suy 64 5.7.1 Nội suy đoạn thẳng AB 64 Nội suy dƣờng tròn 64 5.7.3 Giản đồ vận tốc hình thang 65 5.8 Giải thuật điều khiển 67 5.8.1 Chuyển đổi liệu từ CAD sang Gcode 67 5.8.2 Đọc xử lý liệu Gcode 68 5.8.3 Điều khiển động 68 5.8.4 Điều khiển nhiệt độ 69 5.8.5 Thực thí nghiệm điều khiển nhiệt độ theo thuật toán PID 70 Trang 5.9 Phần mềm KISSLICER (xuất G - CODE cho 3D PRINTING DELTA ROBOT) .72 5.9.1 Giới thiệu chung 72 CHƢƠNG VI THỰC NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ 75 6.1 Một số mẫu in thực nghiệm 75 6.2 Đánh giá, khắc phục lỗi 76 6.2.1 Hiện tƣợng sản phẩm bị cong vênh 76 6.2.2 Hiện tƣợng hở mặt 77 6.2.3 Hiện tƣợng hở lớp 77 6.2.4 Một số lƣu ý trƣớc in mẫu .78 6.3 Các sai số trình tạo mẫu FDM, tối ƣu thông số công nghệ ảnh hƣởng tới độ xác mẫu 80 6.4 Tối ƣu thơng số cơng nghệ ảnh hƣởng tới độ xác mẫu 80 6.4.1 Xác định độ xác mẫu đƣợc tạo máy in 3D dựa cấu hình song song 80 6.5 Đo sai số chiều cao đầu phun với mặt bàn in 82 6.5.1 Thực nghiệm đo sai số mẫu đƣợc in 83 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 86 Kết luận: 86 Kiến Nghị: 87 TÀI LIỆU THAM KHẢO 88 Trang DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1: Sai số đầu phun với mặt bàn in 82 Bảng 2: Mẫu đƣợc thực nghiệm máy in có thông số kĩ thuật sau .84 Bảng 3: Giá trị thông số thực nghiệm .85 Trang DANH MỤC HÌNH ẢNH Trang Hình 1-1Kết cấu thực tế máy in 3D 14 Hình 2-1Một hộp số động xe đƣợc in máy in 3D 17 Hình 2-2Một động máy bay đƣợc in 3D để kiểm tra lỗi 18 Hình 2-3Tạo khn cơng nghệ in 3D .18 Hình 2-4Các khớp xƣơng đƣợc tạo từ máy in 3D để thay cho bệnh nhân thối hóa khớp 19 Hình 3-1Ngun lí phƣơng pháp tạo mẫu SLA 20 Hình 3-2Ngun lí phƣơng pháp tạo mẫu SGC 21 Hình 3-3Ngun lí phƣơng pháp tạo mẫu LOM .22 Hình 3-4Nguyên lí phƣơng pháp tạo mẫu SLS .23 Hình Hình Hình Hình 3-5Nguyên lí phƣơng pháp tạo mẫu FDM .24 4-1Cấu hình Robot song song cấu trúc tịnh tiến 32 4-2Phần nhôm dạng giúp phần đầu in tản nhiệt tốt 33 4-3Cấu tạo đầu phun vật liệu in 3D 39 Hình 4-4So sánh phân bố nhiệt độ đầu phun khơng có tản nhiệt tốt 40 Hình 4-5Kẹt vật liệu vị trí tiếp xúc hai vùng nhiệt .41 Hình 4-6Thêm vật liệu vị trí chuyển tiếp nhiệt 41 Hình 4-7Thêm vật liệu vị trí chuyển tiếp nhiệt 42 Hình Hình Hình Hình 4-8Bộ đầu phun J Head Nozzle 42 4-9Bộ đầu phun Buda nozzle 43 5-1Cấu trúc đơn giản robot song song cấu trúc tịnh tiến .44 5-2Động bƣớc 46 Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình 5-3Bánh mơ tơ pulley GT2 47 5-4Thông số kĩ thuật bánh mô tơ pulley GT2 47 5-5Đai gá động 48 5-6Đế chứa đầu phun 48 5-7Bệ di động (đầu công tác máy) 49 6-1Mơ hình nhân vật game tƣợng phật in nhựa PLA .75 6-2Mơ hình lắp bắnh hộp số 75 6-3Hiện tƣợng sản phẩm bị cong vênh 76 Hình 6-4Hiện tƣợng hở mặt .77 Hình 6-5Hiện tƣợng hở lớp .78 Hình 6-6Vật mẫu phức tạp sử dụng thêm chi tiết hỗ trợ in 79 Trang Hình 6-7Biểu đồ ảnh hƣởng thông số công nghệ đến chất lƣợng sản phẩm 81 Hình 6-8Biểu đồ sai số chiều cao đầu phun 82 Hình 6-9Các kích thƣớc mẫu đo thực nghiệm 83 Hình 6-10Thƣớc kẹp Mitutoyo sai số 0.02mm .84 Hình 6-11Kết đo thực nghiệm 84 Trang 10 DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT ABS Acrylonnitrile Butadiene Styrene CAD Computer Aided Design CAE Computer-aided engineering CAM Computer-aided manufacturing CMM Coordinate Measuring Machine FDM Fused Deposition Manufacturing LOM Laminated Object Manufacturing PLA Polylactic Acid FDM Fused Deposition Manufacturing RP Rapid prototyping STL Stereolithography SLA Stereo lithographyapparatus SGC Solid Ground Curing SLS Selective Laser Sintering SLS Selective Laser Sintering TMN tạo mẫu nhanh Trang 11 5.9.3 Giao diện điều khiển Hinh5-34: Giao diện điều khiển PRINTER INTERFACE Trang 74 CHƢƠNG VI THỰC NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ 6.1 Một số mẫu in thực nghiệm Hình 6-1: Mơ hình nhân vật game tượng phật in nhựa PLA Hình 6-2: Mơ hình lắp bánh hộp số Trang 75 6.2 Đánh giá, khắc phục lỗi Thời gian in sản phẩm có kich thƣớc 50x50x100 trung bình khoảng tiếng đồng hồ, tùy thuộc vào độ phức tạp mà thời gian in khác Độ chi tiết tạo hình tƣơng đối xác, nhƣng cịn phụ thuộc vào vật liệu in yếu tố khí xác máy in, nhóm tiến hành cho máy in thực nghiệm số mẫu nhƣ nhận thấy có số đánh giá, cách khắc phục nhƣợc điểm nhƣ sau: 6.2.1 Hiện tƣợng sản phẩm bị cong vênh Trong trình tạo mẫu xuất hiện tƣợng sản phẩm bị cong vênh nhƣ hình Hiện tƣợng xảy lớp đế mẫu bám dính kèm với bàn máy, sau chạy thời gian tƣợng chênh lệch nhiệt độ lớp phía lớp phía dƣới cao gây nên co rút vật liệu lớn, làm lớp dƣới bị bong tróc khỏi bàn máy gây tƣợng trên, khoảng nhiệt độ khác màu vật liệu sau tạo mẫu xong thể theo lớp khác Hình 6-3: Hiện tượng sản phẩm bị cong vênh Vấn đề đƣợc giải cách giữ cho nhiệt độ môi trƣờng mức ổn định, thích hợp nhằm giảm thiểu tƣợng chênh lệch nhiệt độ lớn lớp lƣu ý quan trọng khoảng cách lớp đùn bàn máy thích hợp, thƣờng khoảng cách nửa đƣờng kính đầu đùn, nhằm tăng khả kết dính mẫu in với bàn máy Trang 76 6.2.2 Hiện tƣợng hở mặt Hiện tƣợng hở mặt mẫu hình, thƣờng xuất mặt cong theo trục z mẫu Nguyên nhân tƣợng đƣờng điền đầy lớp điền hết đƣợc bề mặt mẫu chuyển góc theo phƣơng z cách đột ngột, tƣợng đƣợc giải đơn giản cách thiết lập số lƣợng lớp điền đầy nhiều mẫu có bề mặt cong theo trục z, nhƣng làm tăng thời gian tạo mẫu lên, điều phụ thuộc vào chi tiết vật mẫu khác tăng số lớp mặt cong Hình 6-4: Hiện tượng hở mặt 6.2.3 Hiện tƣợng hở lớp Từ hình ta nhận thấy bề mặt mẫu có đƣờng sọc ngang rõ ràng, điều xảy ảnh hƣởng dãn nở vật liệu, đồng thời nhiệt độ làm mát lớp sau in không phù hợp Để tránh tƣợng ta điều chỉnh quạt làm mát phù hợp với nhiệu độ in loại vật liệu, sử dụng loại nhựa tốt có độ dãn nở nhiệt thấp Trang 77 hình 6-5: Hiện tượng hở lớp 6.2.4 Một số lƣu ý trƣớc in mẫu Đối với vật mẫu có diện tích tiếp xúc với bàn in nhỏ, q trình in đầu in tác dụng lực lên vật mẫu làm bóc lớp kết dính vật mẫu bàn in, làm sai lệnh vị trí in khơng thể tiếp tục in đƣợc để khắc phục lỗi trình thực nghiệm nhóm đƣa đƣợc giải pháp khắc phục cho thấy hiệu tốt, điều chỉnh lƣợng nhựa nhiều quét biên dạng vật in thêm lớp theo biên dạng mẫu trƣớc in lớp đầu tiên, điều chỉnh nhiệt độ mức cao nhựa PLA sử dụng nhiệt độ lớp 2300 cho khả kết dính tốt nhất, khơng sử dụng quạt tản nhiệt nhằm tăng khả kết dính vật mẫu với bàn in Việc làm tránh đƣợc rủi ro mẫu tạo hình xong bị bóc khỏi bàn in làm thời gian lãng phí vật liệu Đối với vật mẫu lớp khơng có lớp dƣới đỡ ta phải tùy chỉnh support material phần mềm Silce để hỗ trợ đỡ in, sau loại bỏ chi tiết thừa khỏi vật mẫu Trang 78 Hình 6-6: Vật mẫu phức tạp sử dụng thêm chi tiết hỗ trợ in Độ rỗng đặc chi tiết tùy chỉnh theo ý muốn ngƣời sử dụng, thƣờng chi tiết hay chịu va đập tiếp xúc nhiều nên đƣợc in đặc với tỉ lệ cao để tránh hƣ hỏng sử dụng nhƣ bánh chi tiết máy Một hạn chế kích thƣớc mẫu in tƣơng đối nhỏ, khơng gian mà máy in đƣợc đƣờng kính D= 150mm, chiều cao h=220mm, mơ hình lớn kích thƣớc máy in, ta tách mơ hình làm nhiều phần để in riêng, sau ráp chúng lại với Độ xác máy in cao, nên phần lắp lại khớp hồn tồn với Những vật mẫu có kích thƣớc lớn, máy in làm việc thời gian lâu liên tục nên tránh khỏi lỗi trình in, nhƣ sợi nhựa bị kẹt đẩy đƣợc nhựa, đứt sợi nhựa, đầu gia nhiệt hƣ,… Vì nhóm nghiên cứu thuật tốn điều khiển lập trình cho máy dừng để can thiệp sửa Trang 79 lỗi gặp phải trình in sau máy tiếp tục in lại vị trí mà máy dừng để hồn thành vật mẫu Vì máy đƣợc thiết kế với đầu in nên khả in vật mẫu với nhiều màu sắc liên tục khơng thể, nhƣng máy tạo đƣợc vật mẫu có nhiều màu cách gián đoạn in phần, cho máy tạm dừng để thay vật liệu màu khác cho máy tiếp tục in 6.3 Các sai số trình tạo mẫu FDM, tối ƣu thông số công nghệ ảnh hƣởng tới độ xác mẫu Trong q trình tạo mẫu FDM có nhiều yếu tố gây sai số mẫu bao gồm: Độ xác hệ thống truyền động, độ xác điều khiển, tính chất vật liệu, thơng số q trình,… Trong chƣơng nhóm nghiên cứu sai số có liên quan đến thơng số q trình Các lỗi hình học mẫu tạo máy FDM không trực tiếp liên quan đến mẫu mà chuyển động đầu đùn (trên máy FDM) Do đặc điểm công nghệ TMN FDM chuyển động đầu đùn liên quan phần lớn tới thơng số cơng nghệ, thông số tạo đƣờng di chuyển đầu đùn 6.4 Tối ƣu thông số công nghệ ảnh hƣởng tới độ xác mẫu 6.4.1 Xác định độ xác mẫu đƣợc tạo máy in 3D dựa cấu hình song song Trong trình tạo mẫu máy FDM, chất trình tạo mẫu diện co rút vật liệu nhƣ tạo mẫu theo lớp ảnh hƣởng đến độ xác nhƣ độ nhám bề mặt mẫu nghiên cứu thông số công nghệ khác ảnh hƣởng đến độ xác kích thƣớc nhƣ độ nhám bề mặt mẫu cần thiết Việc sử dụng quy hoạch thực nghiệm để tính tốn hệ số hồi quy từ liệu thực nghiệm để tính tốn hệ số hồi quy từ liệu thực nghiệm đƣợc thực thông số công nghệ quan trọng ảnh hƣởng đến độ xác mẫu, từ tính tốn tối ƣu hóa thơng số nhằm đƣa lại chất lƣợng mẫu tốt Để tối ƣu thông số công nghệ ảnh hƣởng đến độ xác kích thƣớc độ nhám bề mặt mẫu, ta phân tích yếu tố ảnh hƣởng dƣới dạng nhánh bao gồm độ dày lớp, nhiệt độ đùn, tốc độ đùn vật liệu, đó: Nhiệt độ đầu phun: nhiệt độ đầu đùn thông số quan trọng, phụ thuộc vào vật liệu dùng để tạo mẫu Nhiệt độ thấp vật liệu thiên trạng thái rắn độ nhớt tăng, tăng lực cản, tăng ma sát đùn, khơng gây khó khăn cho hệ thống đùn ra, số trƣờng hợp làm tắc nghẽn đầu đùn, rút ngắn tuổi thọ đầu đùn, Trang 80 ngồi cịn làm giảm lực liên kết lớp vật liệu, gây tƣợng tróc lớp Trong nhiệt độ cao, vật liệu thiên trạng lỏng, xuất vừa phá vỡ cấu trúc nguyên tử vật liệu, giảm hệ số độ nhớt, tính lƣa hóa sợi vật liệu, đùn q nhanh khơng thể hình thành sợi đƣợc kiểm sốt xác Ngồi nhiệt độ nguyên nhân ảnh hƣởng đến độ co rút vật liệu Hình 6-7: Biểu đồ ảnh hưởng thông số công nghệ đến chất lượng sản phẩm Độ dày lớp (Layer height): độ dày lớp đùn ra, phụ thuộc nhiều vào đƣờng kính đầu đùn sợi vật liệu có độ dày lớp riêng, khơng thể lớn so với đƣờng kính sợi vật liệu Độ dày lớp thông số đƣợc lựa chọn nhiều nghiên cứu thực nghiệm, thông số quan trọng ảnh hƣởng trực tiếp đến chất lƣợng sản phẩm Nếu nhƣ dày q độ xác mẫu thấp độ nhám cao, mỏng nhiều thời gian Trang 81 Tốc độ đùn: tốc độ ảnh hƣởng lớn đến chất lƣợng sản phẩm Ứng với giá trị định tốc dộ chạy máy tốc độ đùn có giới hạn định Tốc độ đùn thấp cao ảnh hƣởng không tốt đến chất lƣợng sản phẩm Trong trình thực nghiệm tiến hành thay đổi thông số công nghệ: tốc độ đùn, nhiệt độ độ dày lớ, thông số công nghệ khác không thay đổi, nhằm đánh giá ảnh hƣởng thông số đến độ xác độ nhám vật sau tạo mẫu 6.5 Đo sai số chiều cao đầu phun với mặt bàn in Đánh giá sai số chiều cao đầu phun với mặt bàn in vùng làm việc phƣơng pháp đo thực nghiệm kết hợp với giá trị đo phần mềm Bảng 1: Sai số đầu phun với mặt bàn in tọa độ đường thẳng theo ( x,0) ,(0,Y) sai số chiều cao theo trục Y sai số chiều cao theo trục X 50 40 30 20 10 -10 -20 -30 -40 -50 0.2 0.18 0.12 0.05 0 0 0.08 0.09 0.1 -0.2 -0.12 -0.08 0.02 0 0.08 0.15 0.19 0.1 -30 -40 -50 Sai lệch chiều cao theo hai trục x,y sai số chiều cao theo trục Y sai số chiều cao theo trục X 0.3 0.2 Z (mm) 0.1 -0.1 50 40 30 20 10 -10 -20 -0.2 -0.3 X,Y(mm) Hình 6-8: Biểu đồ sai số chiều cao đầu phun Trang 82 Trong tầm hoạt động đƣờng kính 100mm máy có sai số theo trục x 0.3mm sai số theo trục y 0.1mm 6.5.1 Thực nghiệm đo sai số mẫu đƣợc in Để xác định đặc tính hình học độ xác mẫu tạo máy FDM thay đổi thông số công nghệ ảnh hƣởng lớn ảnh hƣởng đến trình tạo mẫu nhiệt độ (oc), tốc độ đùn (mm/s), độ dày lớp (mm) để tiết kiệm thời gian, nhƣ tăng độ tinh cậy đo nhóm tiến hành in thực nghiệm chi tiết hình trụ có kích thƣớc nhỏ, sử dụng phần mềm solidworks dựng mơ hình mẫu với thơng số kích thƣớc nhƣ hình Hình 6-9: Các kích thước mẫu đo thực nghiệm Để xác định phƣơng sai lặp lại nhằm xác định ý nghĩa thống kê, điều kiện thí nghiệm ta thực lần, lấy kết trung bình lần để tính giá trị sai số cho điều kiện thí nghiệm Kích thƣớc mẫu đƣợc đo thƣớc cặp với sai số 0,02mm sau so sánh với kích thƣớc thiết kế để tìm sai số tƣơng đối kích thƣớc đƣờng kính D chiều cao h mẫu Sai số tƣơng đối đƣợc tính theo cơng thức sau: %X  X  X CAD x100 X CAD Trang 83 Hình 6-10: Thước kẹp Mitutoyo sai số 0.02mm Bảng 2: Mẫu thực nghiệm máy in có thơng số kĩ thuật sau Kích thƣớc máy in Đƣờng kính đầu in Vật liệu Nhiệt độ chảy dẻo nhựa Nhiệt độ buồng đầu in 200x200x150 (mm) 0.3mm Sợi nhựa PLA, đƣờng kính 1.75mm 190-2200C 40-700C Hình 6-11: Kết đo thực nghiệm Trang 84 Bảng 3: Giá trị thông số thực nghiệm nhiệt độ (0C) 190 tốc độ đùn (mm/s) 20 độ dày lớp (mm) 0.2 đường kính D (mm) 20.1 chiều cao h (mm) 20.08 sai sô D (%) 0.5 sai sô h (%) 0.4 200 20 0.2 20.22 20.2 1.1 210 20 0.2 20.37 20.32 1.85 1.6 220 20 0.2 20.5 20.4 2.5 200 20 0.05 20.67 20.6 3.35 200 20 0.1 20.5 20.38 2.5 1.9 200 20 0.15 20.34 20.2 1.7 200 20 0.25 20.1 20.05 0.5 0.25 200 200 200 200 20 25 30 35 0.2 0.2 0.2 0.2 20.12 20.2 20.36 20.4 20.1 20.17 20.3 20.37 0.6 1.8 0.5 0.85 1.5 1.85 Từ bảng thí nghiệm cho thấy ba thơng số công nghệ nhiệt độ, tốc độ đùn độ dày lớp ảnh hƣởng đến kích thƣớc đƣờng kính D, chiều cao h của mẫu thử, độ dày lớp có ảnh hƣởng lớn đến kích thƣớc mẫu Khi thay đổi độ dày lớp từ điều kiện thí nghiệm tăng độ dày lớp từ 0.05 lên 0.25 sai số giảm theo đƣờng kính chiều cao Điều có nghĩa kích thƣớc mẫu xác ( sai số thấp) tăng độ dày lớp (độ dày lớp phải nhỏ đƣờng kính đầu phun), với nhiệt độ tốc độ đùn khơng thay đổi Trong tốc độ đùn nhiệt độ đùn có mức ảnh hƣởng thấp tới độ xác mẫu, từ bảng ta thấy nhiệt độ tốc độ đùn cao độ xác mẫu lớn Đây yếu tố ảnh hƣởng lớn đến q trình tạo mẫu lựa chọn thơng số độ xác mẫu cao, đề cập tới thông số điều khiển máy, để đạt đƣợc độ xác cao tất yếu phận khí phải thiết kế xác Với máy có thơng số điều khiển khác khác kích thƣớc nhƣ cấu tạo, để tìm khắc phục sai số bắt buộc phải thực nghiệm nhƣng dựa yếu tố ảnh hƣởng nhiệt độ, độ dày lớp tốc độ đùn Trang 85 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Kết luận: Trong trình thực đồ án này, với hƣớng dẫn kinh nghiệm giáo viên, nhóm rút đƣợc số kết luận sau: Bằng việc áp dụng dạng robot song song cấu trúc tịnh tiến để phát triển thành máy in 3D mang lại nhiều ƣu điểm vƣợt trội so với dạng robot cấu trục nối tiếp thị trƣờng với khả di chuyển linh hoạt, đáp ứng nhanh trình hoạt động, giảm thiểu sai số tích lũy Tuy nhiên q trình thiết kế gia cơng khí, sai số dù nhỏ cộng dồn lại dẫn đến việc đầu in di chuyển không xác đặc biệt tốc độ cao sai số ảnh hƣởng nhiều đến độ xác, lựa chọn tốc độ chạy máy để phù hợp với phần cứng máy cho tiết kiệm thời gian đáp ứng chất lƣợng sản phẩm sau in tốt quan trọng mà nhóm làm đƣợc qua q trình chạy thực nghiệm Máy in 3D sử dụng phƣơng pháp FDM dễ sử dụng chi phí để thiết kế rẻ so với phƣơng pháp tạo mẫu khác Việc chế tạo thành công máy in 3D để ứng dụng cơng nghệ TMN tạo mơ hình phức tạp mà phƣơng pháp gia cơng khác khơng làm đƣợc, việc áp dụng rộng rãi phƣơng pháp sản xuất, ứng dụng nghiên cứu sản phẩm mẫu mục đích mà nhóm hƣớng tới Với phƣơng pháp gia công làm thay đổi cách suy nghĩ nhiều ngƣời, giúp cho nhà thiết kế tự tin đƣa ý tƣởng thiết kế mà khơng cịn phải lo lắng đến việc tạo nhƣ thời gian để tạo sản phẩm mẫu họ Trong thời gian chạy thử nghiệm nhóm phát nhiều lỗi máy gặp phải, đƣợc tính tốn thiết kế trƣớc, từ lỗi thơng qua việc chạy thực nghiệm nhóm cải tiến tìm cách khắc phục, đánh giá sai số ảnh hƣởng thông số điều khiển, từ tìm thơng số phù hợp với cấu hình máy để tăng độ xác tạo mẫu, hoàn thành máy in 3D hoàn chỉnh Mục tiêu mà nhóm muốn hồn thiện tƣơng lai chế tạo máy in có kích thƣớc làm việc lớn hơn, sở từ máy in nhóm thiết kế, bên cạnh nhóm muốn đƣa ý tƣởng gắn thêm nguồn riêng để trì dịng điện cho máy trƣờng hợp điện đột xuất, mà bỏ phần đƣợc in gây lãng phí thời gian nhƣ vật liệu, hạn chế hầu hết máy in 3D thị trƣờng chƣa thể làm đƣợc Trang 86 Kiến Nghị: Công nghệ in 3D ngày phát triển mạnh, khả đáp ứng nhu cầu nhiều lĩnh vực thực tiễn cao, việc thiết kế máy in 3D cần kiến thức nhiều lĩnh vực, bao hàm nhiều môn học trƣờng, việc học môn học riêng lẻ dƣờng nhƣ đơn giản việc kết hợp lại để tạo ứng dụng thực tiễn Vì mơn học thí nghiệm hay thực tập, kỹ thực tế dù đơn giản hay phức tạp mà cần thiết nên đƣợc đầu tƣ đẩy mạnh giảng dạy, để sinh viên có thêm kinh nghiệm trải nghiệm việc sử dụng thiết bị ứng biến gặp khó khăn Những phần khơng thực tế hay khơng cần thiết nên đƣợc qua nhanh, chí bỏ qua Đối với kỹ môn học cần thiết để ứng dụng thực tế, nhà trƣờng nên cho sinh viên tiếp xúc sớm, từ đến nâng cao, để sinh viên sớm có điều kiện rèn giũa kỹ đó, đồng thời trao dồi kiến thức cần thiết với nhu cầu thực tế sớm tốt Các ứng dụng yêu cầu nhóm đặt yêu cầu theo hƣớng đáp ứng yêu cầu thực tiễn, đƣa vào sử dụng Tuy nhiên cịn nhiều hạn chế điều kiện nhƣ khả năng, đồ án chƣa hoạt động hoàn hảo nhƣ dự tính ban đầu Từ thí nghiệm đến việc áp dụng thực tế cơng nghiệp không khác xa, nhƣng cần nỗ lực lớn khối kinh nghiệm kiến thức khơng nhỏ Vì tƣơng lai, hƣớng phát triển đồ án này, mà nhiều đồ án khác đƣợc phát triển lên để hồn tồn đạt đƣợc u cầu cơng nghiệp để đem có phịng thí nghiệm giúp ích cho cơng nghiệp, tạo ích lợi cho xã hội nƣớc nhà Trang 87 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Chua C.K, Leong K.F, and Lim C.S, Rapid Prototyping principles and applications, Nanyang Technological University, Singapore [2] PGS.TS Nguyễn Hữu Lộc “Cơ sở thiết kế máy” NXB ĐHQG TP HCM [3]http://www.fabbers.com/tech/STL_Format [4] http://makezine.com/2013/03/21/the-deltamaker-robot-meets-3d- printer/ Trang 88 ... tốn động học máy (robot song song) - Thiết kế vẽ chế tạo phần cứng máy - Phát triển máy in 3D dựa cấu robot song song theo phƣơng pháp in 3D FDM - Tìm hiểu số lỗi in phƣơng pháp in 3D đƣa giải... tập nghiên cứu lĩnh vực in 3D nhóm chọn đề tài ? ?Thiết Kế Chế Tạo máy in 3D cấu song song” với mục tiêu: - Tham gia nghiên cứu tìm hiểu cơng nghệ TMN in 3D - Ứng dụng in 3D thực tế - Nghiên cứu... vậy, đầu in 3D cịn có tên gọi nhƣ vịi phun vật liệu, đầu đùn nhựa in 3D đầu phun nhựa in 3D Trang 38 4.6.1 Cấu tạo đầu phun vật liệu in 3D Hình 4-3: Cấu tạo đầu phun vật liệu in 3D  Cấu tạo đầu