MẪU 14/KHCN BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP HCM KHOA CƠ KHÍ BỘ MÔN CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI KHOA HỌC KẾT QUẢ THỰC HIỆN ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CẤP TRƯỜNG Tên đề tà[.]
BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP.HCM KHOA CƠ KHÍ BỘ MƠN CƠNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI KHOA HỌC KẾT QUẢ THỰC HIỆN ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CẤP TRƯỜNG Tên đề tài: NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ VÀ KHẢO NGHIỆM THIẾT BỊ ĐÙN SỢI NHỰA CHO MÁY IN 3D Mã số đề tài: 19.1CK03SV Chủ nhiệm đề tài: Nguyễn Thanh Quý Đơn vị thực hiện: Khoa Cơ Khí TP Hồ Chí Minh, tháng 06 năm 2021 LỜI CÁM ƠN Lời chúng em xin chân thành cám ơn quý thầy cơ, cán Khoa Cơng Nghệ Cơ Khí tồn thể Ban Giám Hiệu Trường Đại Học Cơng Nghiệp TP Hồ Chí Minh tạo điều kiện học tập thuận lợi, truyền đạt kiến thức, kinh nghiệm cho chúng em suốt trình học tập trường Những kiến thức tảng góp phần giúp cho chúng em hoàn thành đề tài Để đề tài tiến hành thuận lợi đạt kết tốt đẹp chúng em đặc biệt gửi lời cảm ơn đến hỗ trợ Trường Đại Học Cơng Nghiệp TP Hồ Chí Minh tài trợ kinh phí cho q trình thực đề tài Chúng em xin gửi tới TS NGUYỄN KHOA TRIỀU lời chúc sức khỏe lời cám ơn sâu sắc Với quan tâm, bảo tận tình chu đáo thầy, đến chúng em hồn thành, đề tài: "NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ VÀ KHẢO NGHIỆM THIẾT BỊ ĐÙN SỢI NHỰA CHO MÁY IN 3D" đạt kết tốt kịp thời gian Với điều kiện thời gian kiến thức hạn chế, kinh nghiệm thực tiễn chúng em chưa có nhiều, đề tài tránh sơ xuất, thiếu sót Chúng em mong nhận bảo, đóng góp ý kiến thầy để chúng em có điều kiện bổ sung, nâng cao kiến thức, hoàn thiện Chúng em xin chân thành cảm ơn ! MỤC LỤC MỤC LỤC PHẦN I THÔNG TIN CHUNG I Thông tin tổng quát .1 1.1 Tên đề tài: 1.2 Mã số:19.1CK03SV 1.3 Danh sách chủ trì, thành viên tham gia thực đề tài .1 1.4 Đơn vị chủ trì: Khoa khí 1.5 Thời gian thực hiện: 1.6 Những thay đổi so với thuyết minh ban đầu (nếu có): 1.7 Tổng kinh phí phê duyệt đề tài: 15 triệu đồng II Kết nghiên cứu Đặt vấn đề .2 1.1 Tính cấp thiết đề tài .2 1.2 Ý nghĩa khoa học thực tiễn 1.2.1 Ý nghĩa khoa học .3 1.2.2 Ý nghĩa thực tiễn Mục tiêu 2.1 Mục tiêu tổng quát 2.2 Mục tiêu cụ thể Phương pháp nghiên cứu Tổng kết kết nghiên cứu .11 4.1 Tổng quan tình hình nghiên cứu 11 4.1.1 Tổng quan tình hình nghiên cứu giới 11 4.1.2 Tình hình nghiên cứu nước 24 4.2 Tính toán thiết kế máy 25 4.3 Tính tốn lựa chọn trục vít 30 4.4 Chọn động 32 4.5 Tính tốn thiết kế hệ thống phễu cấp liệu máy 38 4.6 Tính nhiệt cần cung cấp cho trình đùn .39 4.7 Tính tốn, thiết kế thân máy .40 4.8 Tính tốn, thiết kế đầu đùn máy 42 4.9 Tính chọn, thiết kế cụm làm nguội 43 4.10 Tính tốn thiết kế hệ thống cách nhiệt máy trình máy làm việc 44 4.11 Chế tạo lắp ráp máy 45 4.12 Thử nghiệm phân tích .46 Đánh giá kết đạt kết luận 53 5.1 Kết chế tạo lắp ghép 53 5.2 Kết trình đo: 55 5.3 Kết luận 56 Tóm tắt kết (tiếng Việt tiếng Anh) .56 III Sản phẩm đề tài, công bố kết đào tạo 58 1.1 Kết nghiên cứu (sản phẩm dạng 1,2,3) 58 1.2 Kết đào tạo 59 IV Tình hình sử dụng kinh phí 59 V Kiến nghị ( phát triển kết nghiên cứu đề tài) 59 VI Phụ lục sản phẩm ( liệt kê minh chứng sản phẩm nêu Phần III) 60 PHẦN II BÁO CÁO CHI TIẾT ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC 67 PHẦN III PHỤ LỤC ĐÍNH KÈM 67 TÀI LIỆU THAM KHẢO 68 DANH SÁCH CÁC HÌNH VẼ VÀ SƠ ĐỒ Hình Máy tạo sợi in 3D với kết cấu cụm 12 Hình Đo sợi nhựa micrometer 12 Hình Kiểm tra độ bền kéo 12 Hình Máy đùn sợi nhựa kiểu vít đơi, đồng tốc 13 Hình Máy đùn sợi nhựa tự chế 14 Hình Đo đường kính sợi nhựa 14 Hình Máy đùn sợi tự chế có khung 15 Hình Máy đùn sợi nhựa ABS tự chế 16 Hình Máy đùn sợi nhựa đa tự chế 16 Hình 10 Máy đùn sợi nhựa Noztek Pro 17 Hình 11 Máy đùn sợi nhựa Noztek Touch HT 18 Hình 12 Hệ thống tạo cuộn sợi nhựa Noztek 18 Hình 13 Quá trình tạo sợi nhựa dùng thiết bị Noztek 19 Hình 14 Hệ thống tạo sợi nhựa Dynisco 20 Hình 15 Máy đùn sợi nhựa Filabot 20 Hình 16 Thiết bị kiểm sốt đường kính sợi nhựa Filabot 21 Hình 17 Máy đùn sợi nhựa Thermo Haake 22 Hình 18 Máy đùn sợi nhựa Wellzoom 23 Hình 19 Bộ phận tạo sợi Wellzoom 23 Hình 20 Thiết bị sợi nhựa Wellzoom 23 Hình 21 Bộ phận làm mát nước Wellzoom 23 Hình 22 Thiết bị kiểm sốt đường kính sợi nhựa Wellzoom 23 Hình 23 Máy đùn sợi xuất xứ từ Trung Quốc 24 Hình 24 Máy đùn hoạt động bị lỗi 24 Hình 25 Máy đùn sợi nhựa trục vít đơn 25 Hình 26 Máy đùn sợi nhựa trục vít đơi 25 Hình 27 Máy đùn sợi nhựa nhiều trục vít 26 Hình 28 Nguyên lý máy đùn sợi nhựa đề nghị 27 Hình 29 Nguyên lý máy đùn sợ nhựa đề nghị 28 Hình 30 Thông số động 33 Hình 31:Hình đoạn đầu chương trình điều khiền động 34 Hình 32 Hình đoạn cuối chương trình điều khiền động 35 Hình 33 Hình sơ đồ đấu nối mạch điều khiển 38 Hình 34 Quá trình thiết kế chế tạo phễu cấp liệu 38 Hình 35 Mơ hình 3D giá đỡ phần mềm Simen Nx12 41 Hình 36 Bản vẽ chi tiết giá đỡ 2D 41 Hình 37 Hình 3D đầu đùn 42 Hình 38 Bản vẽ đầu đùn 2D 43 Hình 39 Quạt làm nguội 43 Hình 40 Quạt-Sên-12VDC-2800RPM 44 Hình 41 Máy đùn sợi nhựa phần mềm simen Nx12 45 Hình 42 Máy đùn sợi nhựa chế tạo thực tế 46 Hình 43 Quá trình đùn sợi nhựa 47 Hình 44 Sợi nhựa chế tạo 47 Hình 45 Đo đường kính sợi nhựa 48 Hình 46 Màn hình hiển thị nhiệt độ gia nhiệt 49 Hình 47 Cấp nhựa vào phễu cấp liệu 49 Hình 48 Tránh sợi nhựa rơi vào quạt làm mát 50 Hình 49 Sợi nhựa thành phẩm 50 Hình 50 Kiểm tra sản phẩm đùn thước cặp 51 Hình 51 Thiết lập thơng số in 3D phần mền Cubicon 52 Hình 52 Sản phẩm in từ nhựa máy đùn 52 Hình 53 Đo tính máy đo kéo nén HP500 53 Hình 54 Mơ hình 3D máy tạo sợi nhựa 54 Hình 55 Thiết bị nhiệt định hình chế tạo thực tế 54 Hình 56 Kết kéo sợi nhựa thương mại 55 Hình 57 Kết kéo sợi nhựa đề tài 56 Hình 58: Hình ảnh thực tế thiêt bị đùn sợi nhựa 60 Hình 59 Sản phẩm thiết bị đùn sợi nhưa 61 Hình 60 Bản vẽ chi tiết thiết bị đầu gia nhiệt 62 Hình 61 Thiêt kế 3D thiết bị đùn sợi nhựa 62 DANH SÁCH BẢNG Bảng 1: Nội dung phương pháp nghiên cứu 11 Bảng 2: Kết trình đo lực kéo 55 Bảng 3: Kết nghiên cứu 58 Bảng 4: Kết đào tạo 59 Bảng 5: Tình hình sử dụng kinh phí 59 Bảng Sơ đồ quy trình 63 Bảng Quy trình cơng nghệ sản xuất sợi nhựa cho máy in 3D quy mơ phịng thí nghiệm 65 PHẦN I THÔNG TIN CHUNG I Thông tin tổng quát 1.1 Tên đề tài: NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ VÀ KHẢO NGHIỆM THIẾT BỊ ĐÙN SỢI NHỰA CHO MÁY IN 3D 1.2 Mã số:19.1CK03SV 1.3 Danh sách chủ trì, thành viên tham gia thực đề tài TT Họ tên (học hàm, học vị) Đoàn Ngọc Anh Thương (sinh viên) Nguyễn Minh Hưng (sinh viên) Lại Như Kiên (sinh viên) Mai Tuấn Đồng (sinh viên) Nguyễn Thanh Quý (sinh viên) Đơn vị công tác Đại Học Công Nghiệp TP Hồ Chí Minh_ DHCT13C Đại Học Cơng Nghiệp TP Hồ Chí Minh_ DHCT13C Đại Học Cơng Nghiệp TP Hồ Chí Minh_ DHCT13C Đại Học Cơng Nghiệp TP Hồ Chí Minh_ DHCT13C Đại Học Cơng Nghiệp TP Hồ Chí Minh_ DHCT13C Vai trò thực đề tài Thành viên Thành viên Thành viên Thành viên Chủ nhiệm đề tài 1.4 Đơn vị chủ trì: Khoa khí 1.5 Thời gian thực hiện: 1.5.1 Theo hợp đồng: từ tháng 12 năm 2019 đến tháng 12 năm 2020 1.5.2 Gia hạn (nếu có): đến tháng 06 năm 2021 1.5.3 Thực thực tế: từ tháng12 năm 2019 đến tháng 05 năm 2021 1.6 Những thay đổi so với thuyết minh ban đầu (nếu có): (Về mục tiêu, nội dung, phương pháp, kết nghiên cứu tổ chức thực hiện; Nguyên nhân; Ý kiến Cơ quan quản lý) 1.7 Tổng kinh phí phê duyệt đề tài: 15 triệu đồng II Kết nghiên cứu 1.Đặt vấn đề 1.1 Tính cấp thiết đề tài In 3D công nghệ sản xuất vật thể cách đắp vật liệu theo lớp Trong đó, lớp mặt cắt ngang mỏng vật thể đó, tạo máy tính [1] Theo tạp chí Forbes, hàng ngàn ngành cơng nghiệp, từ xe không gian vũ trụ đến công nghiệp da giầy nữ trang, ứng dụng công nghệ 3D để tạo sản phẩm Nghiên cứu chuyên sâu hàng năm Wohlers Report ước tính, in 3D phát triển thành ngành công nghiệp trị giá 5,2 tỷ USD vào năm 2020, tăng từ mức 1,3 tỷ USD vào năm 2010 [2] Ưu điểm vượt trội cơng nghệ in 3D rút ngắn thời gian, sản xuất nhanh sản phẩm với số lượng nhỏ, giúp đẩy nhanh trình đưa sản phẩm thị trường; giảm bớt chi phí với chất lượng tốt hơn, mẫu mã đẹp hơn; đơn giản, tự động hóa; tối ưu hóa q trình kiểm tra chỉnh sửa sản phẩm (điều khiến in 3D trở thành công nghệ “như mơ”, khả tạo sản phẩm thật trực tiếp từ vẽ) Với công nghệ này, chế tạo vật thể có kết cấu đặc biệt phức tạp, địi hỏi tinh xảo, xác mà phương pháp gia công truyền thống làm Không vậy, công nghệ in 3D gần khơng có chất thải vật liệu xây dựng hay giàn giáo; giúp công nhân bảo vệ sức khỏe; giảm chi phí vận chuyển, bớt tác động, phát thải khí CO2 mơi trường q trình vận chuyển [3] Cơng nghệ in 3D có bước phát triển đầy triển vọng - công nghệ tương lai, biến tất ý tưởng người thành thực Có thể nói công nghệ in 3D công nghệ chủ lực cách mạng cơng nghiệp 4.0 Hay nói cách khác, nước ta tiến tới công nghiệp 4.0 khơng nắm hồn tồn cơng nghệ in 3D Trong tình hình đó, nhà quản lý, nhà khoa học nước ta trọng giải mã ứng dụng công nghệ 3D Từ năm 2010, nhóm nghiên cứu PGS TS Đặng Văn Nghìn, PGS TS Thái Thị Thu Hà, trường Đại học Bách Khoa HCM thực nhiều đề tài để giải mã công nghệ in 3D thu kết quan trọng, góp phần khơng nhỏ vào việc hiểu biết tiếp cận công nghệ in 3D nước ta Thực tế cho thấy, nay, giá thành máy in 3D đơn giản thị trường triệu đồng Công nghệ in 3D ứng dụng rộng rãi vào việc tạo mẫu nhanh phần vào sản xuất Tuy nhiên, việc nghiên cứu phát triển công nghệ in 3D Việt Nam bị chậm lại Tuy chưa có số liệu chức, thời gian năm gần đây, khơng có báo khoa học tác giả Việt Nam từ viện, trường nước công nghệ in 3D xuất tạp chí có uy tín Trong đó, giới, báo cơng nghệ in 3D xuất nhiều, tạp chí hàng đầu Nature chấp nhận in 3D [3] Việc ứng dụng công nghệ in 3D Việt Nam dừng lại việc làm mẫu, mơ hình đơn giản Theo nhiều chuyên gia đầu ngành công nghệ in 3D Việt Nam PGS TS Đặng Văn Nghìn, PGS TS Thái Thị Thu Hà, trường Đại học Bách Khoa HCM, TS Nguyễn Minh Triển - Phó Trưởng phịng Khoa học, Cơng nghệ Hợp tác phát triển, Đại học Công nghệ, Đại học Quốc gia Hà Nội, TS Nguyễn Việt Hải - Phó Viện trưởng Viện Khoa học - Công nghệ Vinasa, Hiệp hội Phần mềm Dịch vụ công nghệ thông tin Việt Nam in 3D Việt Nam demo, tạo mẫu, chưa tạo chuỗi giá trị [4] Một nguyên nhân trạng ta chưa chủ động ngun liệu cho cơng nghệ in 3D, theo TS Hồng Xuân Tùng thuộc Khoa Công nghệ Vật liệu (ĐH Bách Khoa TP.HCM) [5] Không tự sản xuất nguyên liệu cho in 3D, không nắm thành phần nguyên liệu từ khơng nắm rõ tính, hóa tính vật liệu, từ khơng nắm rõ tính, hóa tính sản phẩm sản xuất Từ đó, sản phẩm in từ Việt Nam khơng thể vào chuỗi giá trị sản phẩm kỹ thuật cao Không thể nghiên cứu thành phần, tính chất ngun liệu, ta khơng thể mở rộng phạm vi ứng dụng in 3D Thêm vào đó, ta chủ động nguồn cung giá cho nguyên liệu in 3D, đặc biệt in 3D kỹ thuật cao Từ đó, việc nghiên cứu vật liệu in 3D Việt Nam ngày trở nên cấp thiết 1.2 Ý nghĩa khoa học thực tiễn 1.2.1 Ý nghĩa khoa học - Lần dạng máy tạo sợi nhựa cho máy in 3D thương mại chủ yếu sử dụng giới tổng hợp phân tích tổng quan ưu nhược điểm giá thành - Những công trình nghiên cứu, báo khoa học, phát minh sáng chế máy tạo sợi nhựa cho máy in 3D tổng hợp phân tích - Tất dạng máy tạo sợi nhựa cho máy in 3D sau phân loại vào ba dạng gồm trục vít đơn, trục vít đơi nhiều trục vít - Lý thuyết đùn nghiên cứu chi tiết - Một dạng máy tạo sợi nhựa cho máy in 3D phù hợp với cho nghiên cứu bước đầu sản xuất sợi nhựa cho máy in 3D Việt Nam nghiên cứu đề nghị - Dựa nguyên lý này, kết cấu máy tạo sợi nhựa cho máy in 3D quy mô nhỏ, quy mơ phịng thí nghiệm phân vào hệ thống cấu chức phù hợp, sau tính tốn thiết kế - Dựa vào kết tính tốn theo phương pháp áp dụng trường hợp cụ thể, đưa vẽ chế tạo - Từ khảo nghiệm, phương pháp tối ưu hóa phù hợp vận dụng nhằm đưa kết luận, giải pháp kỹ thuật khuyến nghị phương cách vận hành máy 1.2.2 Ý nghĩa thực tiễn Kỹ thuật đùn vật liệu sử dụng rộng rãi, công nghiệp lẫn học thuật Nghiên cứu sâu vào lý thuyết đùn vật liệu, góp phần làm sáng tỏ việc thành lập cơng thức q trình đùn Qua đó, giúp cho nhà thiết kế, đặc biệt môi trường đại học nắm vững thêm lý thuyết đùn Máy đùn tính tốn lý thuyết, kích thước lẫn truyền nhiệt Sau ứng dụng thành công vào thực tiễn, chế tạo thành công thiết bị đùn sợi nhựa cho máy in 3D Mục tiêu 2.1 Mục tiêu tổng quát Làm chủ công nghệ thiết kế công nghệ chế tạo máy tạo sợi nhựa cho máy in 3D điều kiện cụ thể phịng thí nghiệm trường đại học / Việt Nam Đề tài có ý nghĩa to lớn, nhằm góp phần nâng cao khả nghiên cứu lý thuyết thiết kế, có khả tạo công cụ mạnh, làm gia tăng khả xuất báo quốc tế tác giả Việt Nam 2.2 Mục tiêu cụ thể - Thiết kế, chế tạo khảo nghiệm máy tạo sợi nhựa cho máy in 3D ... sợi nhựa cho máy in 3D quy mơ phịng thí nghiệm 65 PHẦN I THƠNG TIN CHUNG I Thơng tin tổng quát 1.1 Tên đề tài: NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ VÀ KHẢO NGHIỆM THIẾT BỊ ĐÙN SỢI NHỰA CHO MÁY... em hồn thành, đề tài: "NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ VÀ KHẢO NGHIỆM THIẾT BỊ ĐÙN SỢI NHỰA CHO MÁY IN 3D" đạt kết tốt kịp thời gian Với điều kiện thời gian kiến thức hạn chế, kinh nghiệm thực tiễn chúng... thuyết đùn nghiên cứu chi tiết - Một dạng máy tạo sợi nhựa cho máy in 3D phù hợp với cho nghiên cứu bước đầu sản xuất sợi nhựa cho máy in 3D Việt Nam nghiên cứu đề nghị - Dựa nguyên lý này, kết