(Đồ án hcmute) nghiên cứu thiết kế và chế tạo bộ đùn ép hạt nhựa cho máy in 3d

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM KHOA CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO BỘ ĐÙN ÉP HẠT NHỰA CHO MÁY IN 3D GVHD: Th.S ĐOÀN TẤT LINH SVTH: NGUYỄN VĂN THUẬN MSSV: 13143341 SVTH: HUỲNH XUÂN TRIỀU MSSV: 13143368 SVTH: NGUYỄN ĐẮC PHƯƠNG DUY MSSV: 13143050 SKL 0 Tp Hồ Chí Minh, tháng năm 2017 an TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY BỘ MƠN CƠNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO BỘ ĐÙN ÉP HẠT NHỰA CHO MÁY IN 3D GVHD: Th.S ĐOÀN TẤT LINH SVTH: NGUYỄN VĂN THUẬN MSSV: 13143341 SVTH: HUỲNH XUÂN TRIỀU MSSV: 13143368 SVTH: NGUYỄN ĐẮC PHƢƠNG DUY MSSV: 13143050 KHOÁ: 13 Tp Hồ Chí Minh, tháng năm 2017 an TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY BỘ MƠN CƠNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO BỘ ĐÙN ÉP HẠT NHỰA CHO MÁY IN 3D GVHD: Th.S ĐOÀN TẤT LINH SVTH: NGUYỄN VĂN THUẬN MSSV: 13143341 SVTH: HUỲNH XUÂN TRIỀU MSSV: 13143368 SVTH: NGUYỄN ĐẮC PHƢƠNG DUY MSSV: 13143050 KHOÁ: 13 Tp Hồ Chí Minh, tháng năm 2017 i an TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KỸ THUẬT TP HCM KHOA CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY Bộ mơn: Cơng nghệ chế tạo máy CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự – Hạnh phúc NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN Họ tên sinh viên: Nguyễn Văn Thuận MSSV: 13143341 Huỳnh Xuân Triều MSSV: 13143368 Nguyễn Đắc Phƣơng Duy MSSV: 13143050 Ngành: Cơ khí chế tạo máy Lớp:131431 Giảng viên hƣớng dẫn: Th.S ĐOÀN TẤT LINH ĐT: Ngày nhận đề tài: Ngày nộp đề tài: 1.Tên đề tài: Nghiên cứu thiết kế chế tạo đùn ép nhựa cho máy in 3D Các số liệu, tài liệu ban đầu: Nội dung thực đề tài: Sản phẩm: TRƢỞNG BỘ MÔN DẪN GIÁO VIÊN HƢỚNG ii an TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KỸ THUẬT TP HCM KHOA CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY Bộ mơn: Cơng nghệ chế tạo máy CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự – Hạnh phúc PHIẾU NHẬN XÉT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP (Dành cho giảng viên hướng dẫn) Họ tên sinh viên: Nguyễn Văn Thuận MSSV: 13143341 Hội đồng: 15 Họ tên sinh viên: Huỳnh Xuân Triều MSSV: 13143368 Hội đồng:15 Họ tên sinh viên: Nguyễn Đắc Phƣơng Duy MSSV:13143050 Hội đồng: 15 Tên đề tài: Nghiên cứu thiết kế chế tạo đùn ép nhựa hạt cho máy in 3D Ngành đào tạo: Công nghệ chế tạo máy Họ tên GV hƣớng dẫn: Th.S ĐOÀN TẤT LINH Ý KIẾN NHẬN XÉT Nhận xét tinh thần, thái độ làm việc sinh viên Nhận xét kết thực ĐATN 2.1.Kết cấu, cách thức trình bày ĐATN: iii an 2.2 Nội dung đồ án: (Cơ sở lý luận, tính thực tiễn khả ứng dụng đồ án, hướng nghiên cứu tiếp tục phát triển) 2.3.Kết đạt được: 2.4 Những tồn (nếu có): Đánh giá: iv an TT Hình thức kết cấu ĐATN Đ ng Điểm tối đa Mục đánh giá Điểm đạt đƣợc 30 r at với đ y đủ hình thức nội dung ục 10 Mục tiêu, nhiệm vụ, tổng quan đề tài 10 Tính cấp thiết đề tài 10 Nội dung ĐATN 50 Khả ứng dụng kiến thức toán học, khoa học kỹ thuật, h a học hội Khả thực hiện/phân tích/tổng hợp/đánh giá 10 Khả thiết kế chế tạo hệ thống, thành ph n, quy trình đáp ứng yêu c u đưa với ràng buộc thực tế 15 Khả cải tiến phát triển 15 Khả sử dụng công cụ kỹ thuật, ph n mềm chuyên ngành Đánh giá khả ứng dụng đề tài 10 Sản phẩm cụ thể ĐATN 10 Tổng điểm 100 Kết luận:  Đƣợc phép bảo vệ  Không đƣợc phép bảo vệ TP.HCM, ngày tháng năm 20… Giảng viên hƣớng dẫn ((Ký, ghi rõ họ tên) v an TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KỸ THUẬT TP HCM KHOA CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY Bộ mơn Cơng nghệ chế tạo máy CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự – Hạnh phúc PHIẾU NHẬN XÉT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP (Dành cho giảng viên phản biện) Họ tên sinh viên: Nguyễn Văn Thuận MSSV: 13143341 Hội đồng 15 Họ tên sinh viên: Huỳnh Xuân Triều MSSV: 13143368 Hội đồng 15 Họ tên sinh viên: Nguyễn Đắc Phƣơng Duy MSSV: 13143050 Hội đồng 15 Tên đề tài:Nghiên cứu thiết kế chế tạo đùn ép nhựa hạt cho máy in 3D Ngành đào tạo: Cơ khí chế tạo máy Họ tên GV phản biện: (Mã GV) Ý KIẾN NHẬN XÉT Kết cấu, cách thức trình bày ĐATN: Nội dung đồ án: (Cơ sở lý luận, tính thực tiễn khả ứng dụng đồ án, hướng nghiên cứu tiếp tục phát triển) Kết đạt được: vi an Những thiếu sót tồn ĐATN: Câu hỏi: Đánh giá: vii an Hình thức kết cấu ĐATN Đ ng Điểm tối đa Mục đánh giá TT Điểm đạt đƣợc 30 r at với đ y đủ hình thức nội dung ục 10 Mục tiêu, nhiệm vụ, tổng quan đề tài 10 Tính cấp thiết đề tài 10 Nội dung ĐATN 50 Khả ứng dụng kiến thức toán học, khoa học kỹ thuật, h a học hội Khả thực hiện/phân tích/tổng hợp/đánh giá 10 Khả thiết kế, chế tạo hệ thống, thành ph n, quy trình đáp ứng yêu c u đưa với ràng buộc thực tế 15 Khả cải tiến phát triển 15 Khả sử dụng công cụ kỹ thuật, ph n mề chuyên ngành Đánh giá khả ứng dụng đề tài 10 Sản phẩm cụ thể ĐATN 10 Tổng điểm 100 Kết luận:  Đƣợc phép bảo vệ  Không đƣợc phép bảo vệ TP.HCM, ngày tháng năm 20 Giảng viên phản biện ((Ký, ghi rõ họ tên) viii an Hình 5.2: Động Servo Một động servo (Servo Motors) tổ hợp chung bốn phận: động điều khiển tốc độ DC, bánh răng, vi điều khiển cảm biến Khả định vị động servo thƣờng đƣợc tính tốn để kiểm sốt đƣợc xác so với động DC thông thƣờng khác Động servo thƣờng cấu tạo gồm dây: dây nguồn, dây tiếp đất dây điều khiển Không giống nhƣ động DC hoạt động chế xoay chiều bật tắt nguồn, lƣợng (nguồn điện) động servo đƣợc nạp vào liên tục Động servo hoạt động việc kiểm sốt dịng điện, giúp động định hƣớng xác hƣớng hoạt động Động servo đƣợc thiết kế để dừng vị trí cụ thể Các vị trí cần đƣợc tính tốn xác để khiến máy móc hoạt động đƣợc với mục tiêu đề theo ý đồ ngƣời thiết kế Ví dụ nhƣ kiểm sốt bánh lái thuyền cần khiến cánh tay robot hay chân robot di chuyển phạm vi định Động servo không quay nhƣ động DC thông thƣờng vốn hoạt động xoay qua lại với góc quay đạt tới mốc 360 độ (hoặc hơn) Trong đó, động servo hoạt động việc nhận tín hiệu lệnh định góc vị trí đầu sử dụng sức mạnh (cơ năng) động DC cấu tạo bên quay trục quay đến vị trí Vị trí đƣợc xác định vi cảm biến PWM đƣợc sử dụng cho tín hiệu lệnh động servo Tuy nhiên, không giống nhƣ động DC đƣợc PWM điều khiển biến độ rộng xung để kiểm soát tốc độ quay, động servo dùng điều biến độ rộng xung để xác định vị trí trục động cơ, khơng đơn tốc độ Trung bình đơn vị xung đƣợc tính dựa vị trí trục (thƣờng khoảng 1,5ms), mục đích để giữ trục ln vị trí Mỗi giá trị xung tăng lên, khiến cho trục motor lần lƣợt chuyển động theo chiều kim đồng hồ, ln có xung ngắn để đảo trục ngƣợc lại chiều kim đồng hồ Xung điều khiển serco thƣờng đƣợc lặp lặp lại khoảng 20 mm/s Có thể nói đơn giản, trục servo di chuyển đến đâu quay lại vị trí ban đầu Khi động đƣợc lệnh di chuyển, điều khiển trục di chuyển đến vị trí cần đến giữ ngun vị trí đó, cho dù có ngoại lực tác động lực đẩy lên nó, trục động từ chối di chuyển khỏi vị trí thiết lập điều khiển 80 an 5.1.3 Động bƣớc Hình 5.3: Động bƣớc Động bƣớc (hay cịn có tên động bƣớc từ tính, động hỗ trợ việc bƣớc), thực chất động tăng lực sử dụng phƣơng pháp khác việc lái hƣớng chuyển động Cụ thể, động bƣớc vận hành việc sử dụng động quay liên tục DC, tích hợp mạch điều khiển động bƣớc hoạt động nam châm từ tính có nhiều đƣợc xung quanh bánh trung tâm để xác định vị trí Động bƣớc địi hỏi phải có mạch điều khiển bên ngồi vi điều khiển (ví dụ nhƣ Raspberry Pi or Ardunio) để tiếp thêm lƣợng cho nam châm điện khiến trục động lần lƣợt xoay Khi nam châm từ tính „A‟ đƣợc cung cấp nguồn điện, tác động lực từ tính lên bánh chỉnh chúng xô lệch đến nam châm điện „B‟ Khi „A‟ tắt, „B‟ bật, bánh theo lực từ tính lệch chút so với „B‟, xếp quây lại thành vòng tròn quanh bánh nguồn ngắt mạch để quay chỗ ngoặt ban đầu nhằm tạo dựng vòng xoay Mỗi vịng xoay tính từ nam châm điện đƣợc gọi “bƣớc”, là, động đƣợc quay góc bƣớc; góc bƣớc đƣợc xác định xác từ trƣớc thơng qua vịng xoay hoàn chỉnh với 360 độ Động bƣớc phổ biến với hai loại: động đơn cực động lƣỡng cực Động lƣỡng cực loại mạnh động bƣớc thƣờng có chuỗi dây dẫn Chúng có hai cuộn dây điện từ cấu tạo bên trong, bƣớc vận hành việc thay đổi hƣớng bánh rang với dây dẫn bên Động bƣớc đơn cực, đƣợc nhận dạng cấu tạo gồm tới 5,6 đƣờng dây dẫn Mặc dù có cuộn cảm biến, nhƣng cuộn lại tập hợp trung tâm 81 an phức tạp Động bƣớc đơn cực bƣớc mà khơng cần phải đảo ngƣợc chiều cuộn dây Tuy nhiên, cuộn trung tâm lại đƣợc sử dụng nhƣ để tiếp thêm nửa lực từ cho cuộn dây thời điểm xác định, nên chúng thƣờng có mô-men xoắn loại động lƣỡng cực Các thiết kế động bƣớc thƣờng cung cấp mô-men xoắn giữ liên tục mà không cần động để đƣợc hỗ trợ, đồng thời cung ứng ln động khác có chức định phù hợp với cấu tạo Dĩ nhiên, phức tạp nhƣ nhƣng lỗi định vị lại không xảy miễn cần động bƣớc có tụ đƣợc xác lập từ trƣớc 5.1.4 Kết luận Động điện chiều DC Tốc độ nhanh, động xoay vòng liên tục Đƣợc sử dụng cho thiết kế cần phải có thiết bị quay với tốc độ RPM, ví dụ nhƣ trục bánh xe tô, cánh quạt máy,vv Động servo Tốc độ nhanh, mơ-đen xoắn cao, ln chuyển xác góc giới hạn Nhìn chung, động có hiệu suất cao để thay cho động bƣớc, nhƣng có thiết lập phức tạp với PWM điều khiển Động thích hợp để ứng dụng cho cánh tay/ chân robot ứng dụng để điều khiển loại bánh lái,vv Động bƣớc Tốc độ chậm nhƣng xác định xác hƣớng xoay, dễ dàng thiết lập kiểm soát Ƣu điểm vƣợt trội động bƣớc khả kiểm sốt vị trí xác Trong trƣờng hợp động trợ lực yêu cầu cần có chế xoay chiều mạch dẫn việc xác lập định vị vị trí, hƣớng hoạt động động cơ, động bƣớc hồn hảo kiểm sốt giải u cầu thơng qua tính chất đặc trƣng quay “bƣớc” ngắt mạch thiết kế bên Động bƣớc đƣợc ứng dụng rộng rãi cho máy in 3D thiết bị in ấn tƣơng tự, máy móc khác hoạt động việc cần xác định vị trí đầu ra… 82 an Với ƣu nhƣợc điểm loại động môi trƣờng làm việc cụ thể Tuy động servo có moment xoắn cao nhƣng nhóm chọn động bƣớc dễ thiết lập kiểm sốt, giá thành rẻ động servo Hình 5.4: Sơ đồ đấu nối mạch động bƣớc 83 an Chƣơng Thực nghiệm 6.1 Bộ đùn ép nhựa cho máy in 3D Hình 6.1: Bộ đùn ép nhựa cho máy in 3D 84 an Hình 6.2: Bộ đùn ép nhựa cho máy in 3D 85 an Hình 6.3: Bộ đùn ép nhựa cho máy in 3D 6.2 Mục tiêu thực nghiệm Nghiên cứu độ nóng chảy, độ kết dính số đặc tính khác loại nhựa: PP, PS, compozit, Kiểm chứng mơ hình đùn ép nhựa suất ép, tốc độ ép, đƣờng kính sản phẩm 86 an Phát lỗi sản phẩm nhằm điều chỉnh mơ hình để đạt hiệu suất ổn định Từ đó, chọn loại vật liệu có độ xếp chồng với cao, ổn định đƣờng kính, bề mặt sản phẩm, ứng dụng vào công nghệ in 3D cách phù hợp Quy trình thực nghiệm 6.3 Kết thực nghiệm: Bảng 5.1: Kết thực nghiệm Nhựa PE Nhiệt độ Vận tốc vòng/ph út 100 20 160 30 Trơn Trung bình mm Đặc 200 30 Bóng, đen Cao mm Đặc 100 30 Rổ khí 150 30 120 30 150 30 120 30 Trơn, đen Cao mm bóng,rỗ khí Trơn láng, Trung mm màu trắng bình đục Trơn láng Trung mm bình Rổ khí Khơng 1-2 mm 200 30 Đen bóng Nhựa PS Nhựa PP Bề mặt Rổ khí Độ dính Kích thƣớc Lõi sản Tốc độ phẩm nhựa Khơng 1÷2 mm Rỗng Khơng Cao mm mm Rỗng Đặc Không 0,2 m/s 0,2 m/s Không 0,2 m/s Đặc 0,2 m/s Đặc 0,2 m/s Không 0,2 m/s Rỗng Đặc 87 an Bảng 6.2: Sai hỏng – nguyên nhân – khắc phục Sai hỏng Nguyên nhân Đƣờng kính sản phẩm khơng Ngun liệu đầu vào đồng không Khoảng cách đầu phun mặt bàn in xa Rổ khí Vận tốc quay trục vít chậm làm nhựa bị đốt lâu Nhiệt độ cao Nhựa bị cháy đen Nhiệt độ cao nhiệt độ lý thuyết Vận tốc chậm làm nhựa bị đốt lâu Nhựa nguội nhanh Khoảng cách đầu phun bàn in lớn 6.4 Sản phẩm đùn ép nhựa cho máy in 3D: Biện pháp Điều chỉnh khoảng cách đầu phun bàn in phù hợp (khoảng 10 mm) Điều chỉnh vận tốc phù hợp với nhiệt độ gia công Điều chỉnh vận tốc phù hợp với nhiệt độ gia công Điều chỉnh khoảng cách bàn in phù hợp 88 an Hình 6.4: Nhựa PS rổ khí bề mặt Hình 6.5: Nhựa PS bị nhiệt Hình 6.6: Nhựa PP 89 an Hình 6.7: Nhựa PS Hình 6.8: Nhựa PE 90 an Chƣơng Kết luận kiến nghị Hiện có nhiều ý tƣởng đƣợc đặt nhằm cải tiến máy in 3D ý tƣởng mang tính cạnh tranh cao kinh tế Cơ cấu ép đùn tạo hình tốt nhƣng bên cạnh cịn số điểm chƣa tốt 7.1.1 Năng suất nhựa Biểu lƣợng nhựa đƣợc đùn đầu khuôn lúc nhiều lúc ít, độ dày sản phẩm biến động Nguyên nhân: Sử dụng máy đùn nhỏ suất cần có vùng vận tốc vít khơng thích hợp cho loại nhựa chạy Cấp liệu không đủ không ổn định Nhựa bị dính vào trục vít vùng cấp liệu, điều đặt nhiệt độ vùng cấp liệu cao thời gian gia nhiệt lâu 7.1.2 Nhựa bị cháy Cháy tổng thể: toàn sản phẩm bị ngả vàng, biến màu Do đặt nhiệt độ xylanh cao, tốc độ đùn chậm Cháy cục bộ: xuất vệt cháy rải rác Do nhựa bị dính cháy nơi máy, thƣờng đầu khn đỉnh trục vít Nếu phát vị trí cháy cục hạn chế cháy cách giảm nhiệt độ nơi bị cháy, đùn với tốc độ cao để kéo vết cháy Nếu cháy mạnh phải ngừng máy vệ sinh Cháy cục cịn nhựa chạy trƣớc khơng đƣợc vệ sinh từ từ kéo chạy cho đợt sản xuất 7.1.3 Lẫn tạp chất (bẩn, bụi…) Tạp chất gây chấm nhỏ, nguyên liệu bị lẫn bụi Tạp chất loại nhựa khác khơng tƣơng hợp với loại nhựa chạy 7.1.4 Rổ khí bề mặt Do nhựa bị gia nhiệt lâu nên sinh khí bề mặt nhựa chí rổ khí cịn xảy bên sản phẩm Khi gặp trƣờng hợp ta giảm nhiệt độ tăng vận tốc để nhựa đƣợc gia nhiệt đủ thời gian, không để bị gia nhiệt lâu tránh trƣờng hợp rổ khí 91 an 7.1.5 Ứng dụng cơng nghệ đùn tƣơng lai Trong tƣơng lai không với công nghệ đùn ép nhựa cho máy in 3D mà cịn mở rộng ứng dụng số vật liệu khác nhƣ in 3D chi tiết kim loại, in 3D socola, in 3D bê tông, 92 an Tài liệu tham khảo [1] Tài liệu bồi dƣỡng tay nghề công nhân công nghệ nhà máy nhựa I Trung tâm nghiên cứu chất dẻo Công ty nhựa Rạng Đông Xuất năm 2004 [2] Thuật định hình nhựa phƣơng pháp đùn Trong hội thảo kỹ thuật nhựa PVC lần 2.Công ty cổ phần: KASAMASTU KAKO KENKYUSHO [3] Tài liệu giảng dạy lƣu hành nội môn Công Nghệ Polymer, ThS Trần Thanh Đại, năm 2006 [4] Tính tốn thiết kế hệ dẫn động khí -Trịnh Chất - Lê Văn Uyển 93 an S an K L 0 ... THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY BỘ MƠN CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO BỘ ĐÙN ÉP HẠT NHỰA CHO MÁY IN 3D GVHD: Th.S ĐOÀN TẤT LINH SVTH: NGUYỄN... 83 Hình 6.1: Bộ đùn ép nhựa cho máy in 3D 84 Hình 6.2: Bộ đùn ép nhựa cho máy in 3D 85 Hình 6.3: Bộ đùn ép nhựa cho máy in 3D 86 Hình 6.4: Nhựa PS rổ khí bề mặt... Minh, tháng năm 2017 an TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY BỘ MÔN CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO BỘ ĐÙN ÉP HẠT