(Đồ án hcmute) ứng dụng công nghệ scan 3d và in 3d trong công nghệ thiết kế ngược

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH KHOA CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT CƠ KHÍ ỨNG DỤNG CƠNG NGHỆ SCAN 3D VÀ IN 3D TRONG CÔNG NGHỆ THIẾT KẾ NGUỢC GVHD: ThS NGUYỄN TRỌNG HIẾU SVTH: BÙI DUY HUỞNG MSSV: 12144045 LÊ HOÀI LONG TRẦN ÐỨC THIỆN S KL 0 Tp Hồ Chí Minh, tháng 07 năm 2016 an MSSV: 12144061 MSSV: 12144112 TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ 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 ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ SCAN 3D VÀ IN 3D TRONG CÔNG NGHỆ THIẾT KẾ NGƯỢC GVHD: Th.S NGUYỄN TRỌNG HIẾU SVTH: BÙI DUY HƯỞNG MSSV: 12144045 SVTH: LÊ HOÀI LONG MSSV: 12144061 SVTH: TRẦN ĐỨC THIỆN MSSV: 12144112 Khóa: 2012-2016 Tp Hồ Chí Minh, tháng năm 2016 an TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ 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 TỐT NGHIỆP Giảng viên hướng dẫn: Th.S NGUYỄN TRỌNG HIẾU Sinh viên thực hiện: BÙI DUY HƯỞNG MSSV: 12144045 LÊ HOÀI LONG MSSV: 12144061 TRẦN ĐỨC THIỆN MSSV: 12144112 Tên đề tài: ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ SCAN 3D VÀ IN 3D TRONG CÔNG NGHỆ THIẾT KẾ NGƯỢC Các số liệu, tài liệu ban đầu:  Phần mềm RAPID FORM XOR3, 3D Scan & 3D Builder, Memento & 123D Catch  Máy Scan 3D ATOS, KINECT, smartphone máy in 3D Nội dung đồ án: 3.1 Công nghệ quét mẫu  Sử dụng máy ATOS  Sử dụng Kinect V2  Sử dụng camera smartphone 3.2 Quy trình xử lý lưới  Trên phần mềm Rapidform XOR3  Autodesk: Memento & 123D Catch  Microsoft: 3D Scan & 3D Builder 3.3 Công nghệ tạo mẫu nhanh  Trình bày phương pháp tạo mẫu nhanh  Xây dựng quy trình in mẫu xử lý  Tiến hành in mẫu Các sản phẩm dự kiến  Trình bày ứng dụng SCAN 3D IN 3D  Tài liệu hướng dẫn quy trình vận hành máy SCAN 3D ATOS  Tài liệu hướng dẫn sử dụng phần mềm RAPID FORM XOR3  So sánh ưu nhược điểm SCAN 3D máy ATOS, máy KINECT smartphone  Trình bày cơng nghệ quy trình tạo mẫu nhanh  Các mẫu in sau xử lý Ngày giao đồ án: 10/03/2016 Ngày nộp đồ án: 20/07/2016 TRƯỞNG BỘ MÔN (Ký, ghi rõ họ tên) GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN (Ký, ghi rõ họ tên) i an TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HCM KHOA CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY CỘNG HỒ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự – Hạnh phúc Bộ mơn: CƠNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY PHIẾU NHẬN XÉT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP (Dành cho giảng viên hướng dẫn) Họ tên sinh viên: BÙI DUY HƯỞNG MSSV: 12144045 LÊ HOÀI LONG MSSV: 12144061 TRẦN ĐỨC THIỆN MSSV: 12144112 Tên đề tài: ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ SCAN 3D VÀ IN 3D TRONG CÔNG NGHỆ THIẾT KẾ NGƯỢC Ngành đào tạo: CƠNG NGHỆ KỸ THUẬT CƠ KHÍ Họ tên GV hướng dẫn: Th.S NGUYỄN TRỌNG HIẾU 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: 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): ii an Đánh giá: TT Mục đánh giá Điểm tối đa 30 10 Điểm đạt Hình thức kết cấu ĐATN Đúng format với đầy đủ hình thức nội dung mục 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, khoa học xã hội… Khả thực hiện/phân tích/tổng hợp/đánh giá 10 Khả thiết kế chế tạo hệ thống, thành phần, quy 15 trình đáp ứng yêu cầu đưa với ràng buộc thực tế Khả cải tiến phát triển 15 Khả sử dụng công cụ kỹ thuật, phần mềm chuyên ngành… Đánh giá khả ứng dụng đề tài 10 Sản phẩm cụ thể ĐATN 10 Tổng điểm 100 Kết luận:  Được phép bảo vệ  Không phép bảo vệ TP.HCM, ngày 15 tháng 07 năm 2016 Giảng viên hướng dẫn ((Ký, ghi rõ họ tên) iii an TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HCM CỘNG HỒ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM KHOA CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY Độc lập - Tự – Hạnh phúc Bộ mơn : CƠNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY PHIẾU NHẬN XÉT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP (Dành cho giảng viên phản biện) Họ tên sinh viên: BÙI DUY HƯỞNG MSSV: 12144045 LÊ HOÀI LONG MSSV: 12144061 TRẦN ĐỨC THIỆN MSSV: 12144112 Tên đề tài: ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ SCAN 3D VÀ IN 3D TRONG CÔNG NGHỆ THIẾT KẾ NGƯỢC Ngành đào tạo: CƠNG NGHỆ KỸ THUẬT CƠ KHÍ Họ tên GV phản biện: Th.S NGUYỄN VĂN MINH 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: Những thiếu sót tồn ĐATN: iv an Câu hỏi: Đánh giá: Mục đánh giá TT Hình thức kết cấu ĐATN Điểm tối Điểm đạt đa 30 Đúng format với đầy đủ hình thức nội dung mục 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, khoa học xã hội… Khả thực hiện/phân tích/tổng hợp/đánh giá 10 Khả thiết kế, chế tạo hệ thống, thành phần, quy trình đáp ứng yêu cầu đưa với ràng buộc thực tế 15 Khả cải tiến phát triển 15 Khả sử dụng công cụ kỹ thuật, phần mềm chuyên ngành… Đánh giá khả ứng dụng đề tài 10 Sản phẩm cụ thể ĐATN 10 Tổng điểm 100 v an Kết luận:  Được phép bảo vệ  Không phép bảo vệ TP.HCM, ngày 20 tháng 07 năm 2016 Giảng viên phản biện ((Ký, ghi rõ họ tên) vi an LỜI CẢM ƠN Lời em xin gửi lời cảm ơn chân thành sâu sắc đến quý thầy cô trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh nói chung, thầy giáo khoa Cơ Khí Chế Tạo Máy, mơn Cơng Nghệ Chế Tạo Máy nói riêng truyền đạt cho nhóm chúng em kiến thức bổ ích kinh nghiệm quý báu suốt thời gian chúng em học tập trường cững thời gian chúng em thực đồ án Đặc biệt nhóm chúng em xin gửi lời cảm ơn đến thầy Nguyễn Trọng Hiếu, thầy Nguyễn Văn Sơn, thầy Trần Minh Thế Uyên thầy Trần Văn Trọn tận tình giúp đỡ, trực tiếp bảo hướng dẫn nhóm chúng em suốt thời gian thực đồ án tốt nghiệp Trong suốt thời gian làm đồ án giúp đỡ thầy, nhóm chúng em không ngừng tiếp thu thêm nhiều kiến thức bổ ích từ thầy mà cịn học tập tinh thần làm việc thái đồ học tập nghiên cứu khoa học cách nghiêm túc hiệu Đây điều mà nhóm chúng em cảm thấy cần thiết quan trọng giúp nhóm chúng em học tập công việc sau Đồng thời nhóm chúng em xin gửi lời cảm ơn đến thầy Nguyễn Trường Thịnh trưởng khoa khí chế tạo máy tạo điều kiện sở vật chất giúp nhóm chúng em có khơng gian môi trường tiến hành đồ án đạt hiệu tốt Nhóm sinh viên thực vii an TĨM TẮT ĐỒ ÁN Đồ án “Ứng dụng cơng nghệ Scan 3D, In 3D công nghệ thiết kế ngược” thực nhằm nghiên cứu khả công nghệ Scan 3D In 3D thiết kế ngược Đồ án bao gồm mục sau:  Tổng quan cơng nghệ Scan 3D  Trình bày quy trình xử lý phần mềm  Giới thiệu công nghệ tạo mẫu nhanh Với nghiên cứu trên, đề tài trình bày rõ cơng nghệ thiết kế ngược, lệnh thiết kế xử lý lưới phần mềm Rapidform Quy trình cơng nghệ tạo mẫu nhanh ABSTRACT Project “Application of 3D Scan and 3D printing technology in reverse engineering" conducted to study the capability of 3D Scan and 3D printing technology in reverse engineering Contens of project:  Overview of 3D Scan technology  Processing on software  Introduction of rapid prototyping technology With these studies, the project presented clearly on reverse engineering technology, designing and process mesh commands in the Rapidform Process of rapid prototyping technology viii an  Tạo hệ trục tọa độ Chọn lệnh Interative Alignment công cụ Tools > Align > Interactive Alignment Chọn nút Next Stage Hình 3.178: Tạo hệ trục tọa độ  Click OK  Mesh Sketch  Click (Mesh Sketch)  Chọn Base Plane Front Plane Hình 3.179: Lấy tiết diện chi tiết  Vẽ lại biên dạng giống tiết diện cắt Hình 3.180: Dựng lại tiết diện môi trường Sketch 105 an  Revolve Chọn tiết diện vừa tạo, chọn lệnh revolve với trục xoay đường tâm (vector 1) Hình 3.181: Thực lệnh Revolve  Cut Dùng lệnh Cut để cắt theo biên dạng Cam Trong o Tool Entities: chọn Mesh Fit o Target Bodies: chọn Revolve Hình 3.182: Thực lệnh Cut  Nhấn Next Stage chọn phần giữ lại hình Hình 3.183: Giữ lại phần chi tiết cần dựng 106 an  Dựng lỗ mặt bên Có lỗ mặt bên với đường tâm riêng biệt, sau xin trình bày cách dựng lỗ lỗ lại dựng tương tự  Dựng điểm tâm lỗ Point 2: chọn lệnh Ref.Point , chọn Find Sphere Center mục Method tích vào Sphere hình -> OK Hình 3.184: Sphere cần chọn  Dựng mặt phẳng Plane qua Point Vector – đường tâm chi tiết: Chọn lệnh Ref Plane , với Method chọn Pick Point & Coplanar Axis Hình 3.185: Dựng mặt phẳng Plane  Dựng mặt phẳng Plane vng góc với mặt phẳng Plane 1: Chọn lệnh Ref Plane Method chọn Rotation , với 107 an Hình 3.186: Dựng mặt phẳng Plane  Chọn mặt Plane làm Base Plane để vẽ tiết diện lỗ Hình 3.187a: Lấy tiết diện lỗ Hình 3.187b: Dựng lại tiết diện lỗ  Extrude biên dạng vừa tạo với lựa chọn Cut để tạo lỗ Hình 3.188: Dựng lỗ với lệnh Extrude  Tương tự dựng lỗ cịn lại, kết hình sau: 108 an Hình 3.189: Kết sau tạo lỗ mặt hơng chi tiết  Bo góc cạnh  Dùng lệnh Fillet để bo góc cạnh Hình 3.190: Bo góc cạnh với lệnh Fillet Bước 3: Kiểm tra kết  Bước cuối kiểm tra lại kết để thấy độ chênh lệch khối solid vừa tạo liệu lưới ban đầu công cụ Accuracy Analyzer(TM)  Click chọn vào mục Deviation công cụ Accuracy Analyzer(TM) để kiểm tra độ chênh lệch  Dung sai thể thông qua thang màu hình Hình 3.191: Kiểm tra dung sai chi tiết vừa tạo với lưới ban đầu 109 an 1.5 Quy trình tạo mẫu nhanh phương pháp FDM sử dụng phần mềm Cura  Nhập liệu: Đưa liệu CAD vào phần mềm với định dạng STL Hình 3.192: Giao diện làm việc phần mềm  Tiền xử lý: Tiến hành xử lý Điều chỉnh thông số: o Cắt lớp cho mẫu cần in o Instill: Lựa chọn đường nhựa tối ưu cho hệ thống  Hollow  Lihgt  Dense  Solid o o o o Hình 3.193: Chọn đường nhựa phù hợp Tính toán kết cấu đỡ cần thiết Chọn chất lượng in (chiều dày lớp in) Shell: Chọn chiều dày thành sản phẩm in Speed: Chọn tốc độ in 110 an Hình 3.194: Kết phân tích sau thiết lập thơng số Hình 3.195: Điều chỉnh thơng số in  Tiến hành in: Mẫu xây dựng lớp theo quy trình đắp dẫn đầu phun phun nhựa nhiệt dẻo vật liệu hỗ trợ để tạo nên mô hình theo lớp  Hậu xử lý: Tách kết cấu đỡ tạm thời Đánh bóng mẫu 111 an CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC 4.1 Công nghệ Scan ATOS I Với công nghệ Scan mẫu thiết bị ATOS I xử lý phần mềm Rapidform cho kết sau: Hình 4.1: Kết thiết kế ngược cho CAM  Đối với CAM 1:  Dung sai nhỏ bằng: mm  Dung sai lớn bằng: 0,52 mm Hình 4.2: Kết thiết kế ngược cho CAM  Đối với CAM 2:  Dung sai nhỏ bằng: mm  Dung sai lớn bằng: 0,51 mm 112 an Hình 4.3: Kết thiết kế ngược cho CAM  Đối với CAM 3:  Dung sai nhỏ bằng: mm  Dung sai lớn bằng: 0,2 mm  Đối với mẫu tượng Bác Hồ: Hình 4.4: Kết thiết kế ngược tượng Bác Hồ 4.2 Công nghệ Scan KINECT V2 Với thiết bị Scan KINECT V2 hỗ trợ máy tính Sau q trình tiền xử lý phần mềm 3D Builder hậu xử lý phần mềm Rapidform Cuối mẫu tiến hành in cho kết sau: 113 an Hình 4.5: Kết Scan thiết bị Kinect V2 4.3 Công nghệ tạo lưới phương pháp ghép ảnh chụp từ camera Với cơng nghệ tạo lưới ảnh chụp từ camera nhóm ứng dụng tiến hành thực thiết bị camera iphone 5S sau xử lý lưới phần mềm 123D-Catch Rapidform cho kết hình Hình 4.6: Mẫu thực tế, lưới quét sản phẩm in 4.4 Tổng kết nội dung Sau tiến hành nghiên cứu công nghệ thiết kế ngược Nhận thấy việc mơ hình số hóa sản phẩm bước quan trọng khơng thể thiếu ảnh hưởng phần lớn đến chất lượng lưới sản phẩm cuối Dưới bảng so sánh ưu nhược điểm phương pháp mơ hình số hóa mà nhóm tìm hiểu để tiện cho việc tiến hành tùy vào mục đích khác người dùng 114 an ATOS Kinect Camera 4,9tr vnđ 2tr vnđ Giá thành Khoảng 50.000$ 0,01mm 1mm ÷ 4cm ÷ cm Độ xác Cao Khơng cần Khơng cần Đòi hỏi kỹ thuật quét Tốt Tương đối Tương đối Chất lượng lưới Máy tính, giá đỡ, bàn Máy tính, Khơng cần Thiết bị hỗ trợ xoay, cáp kết nối cáp kết nối Không cao cao Rất cao Khả linh hoạt Quét chi tiết khí, Quét tượng, Quét vật kích vật mẫu nhỏ người, vật có thước lớn, khơng u cầu xác cao kích thước lớn yêu cầu Khả ứng dụng cơng nghiệp, xác cao sản xuất Nhiều Nhiều Ảnh hưởng môi trường Bảng 4.1: So sánh khả ứng dụng thiết bị Như vậy, từ bảng so sánh giúp cho người dùng tùy vào nhu cầu sử dụng mà phân tích đưa phương pháp số hóa liệu tốt để tối ưu hóa đầu vào từ mang lại lợi nhuận cao cho sản xuất 115 an CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 5.1 Đánh giá kết Sau tháng thực đồ án với dẫn tận tình thầy mơn cơng nghệ chế tạo máy nhóm hồn thành đồ án tiến độ quy định Đối chiếu kết đạt với nhiệm vụ đề nhóm đánh giá kết sau:  Đồ án thực đầy đủ nhiệm vụ đề như:  Tìm hiểu khái niệm, quy trình, ứng dụng cơng nghệ thiết kế ngược sản xuất  Tìm hiểu sử dụng thiết bị ATOS I  Sử dụng phần mềm XOR3 để dựng lại mơ hình CAD cho mẫu  Tìm hiểu sử dụng thiết bị Scan Kinect V2  Tìm hiểu cơng nghệ tạo lưới 3D từ ảnh chụp từ camera smartphone  Tìm hiểu cấu tạo, nguyên lý hoạt động số phương pháp tạo mẫu nhanh điển hình 5.2 Lỗi phát sinh trình thực  Mặc dù cố gắng thực đồ án, nhiên cơng nghệ mẻ, số vấn đề chưa tìm hiểu sâu  Như việc đánh giá sai số cơng nghệ  Khó khăn việc tiến hành quét mẫu thiết bị Kinect ảnh hưởng ánh sáng, cố định thiết bị Kinect  Khó khăn việc tạo lưới phương pháp tạo lưới Kinect cấu hình máy tính yếu  Mẫu in thiết bị chất lượng thấp nên độ xác cịn chưa cao 5.3 Hướng phát triển  Nghiên cứu thêm số phương pháp số hóa liệu sử dụng cơng nghệ đo khơng tiếp xúc  Nghiên cứu phương pháp số hóa liệu công nghệ đo tiếp xúc  Tiến hành xử lý lưới phần mềm khác  Đánh giá kết so sánh khác biệt phương pháp rút kết luận 5.4 Kiến nghị  Bộ môn nên đề xuất thêm nhiều đề tài thực thiết bị có sẵn khoa (trường) để tăng tính thực tế tiết kiệm chi phí 116 an  Hy vọng mơn có thêm nhiều đề tài nghiên cứu hay giúp cho sinh viên chuẩn bị tốt nghiệp có thêm kiến thức tốt nghiệp 117 an TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8] [9] Th.S.Trần Quốc Hùng (2012), “Giáo trình dung sai – kỹ thuật đo”, nhà xuất ĐHQG Tp.HCM Tài liệu công nghệ đo 3D, công nghệ Scan 3D hãng GOM http://www.gom.com/ Tài liệu phần mềm thiết kế ngược Reverse Engineering hãng Rapidform http://www.rapidform.com/home/ http://support1.geomagic.com/Support/5605/5668/enUS/Article/View/2415/Design-X-XOR-User-Guides-and-Tutorials Tài liệu giới thiệu Kinect hãng Microsoft https://developer.microsoft.com/en-us/windows/kinect/hardware https://openkinect.org/wiki/Main_Page Đồ án “Công nghệ thiết kế ngược ứng dụng vào trình tạo mẫu nhanh” – Trường Đại Học Giao Thông Vận Tải Tài liệu phần mềm 123D Catch hãng Autodesk – http://www.123dapp.com/dapp http://blogin3d.com/huong-dan-scan-3d-va-in-3d-tuong-nguoi-tu-anh-chup.html Tài liệu máy quét 3D - http://www.scan3d.com.vn/ Tài liệu công nghệ tạo mẫu nhanh - http://www.meslab.org/mes/forums/285CN-Tao-mau-nhanh.html https://thaictm3b.wordpress.com/category/tin-tuc-cong-nghe/ Giáo Trình “Các phương pháp gia cơng đặc biệt” – Khoa khí chế tạo máy Trường Đại họa Sư Phạm Kỹ Thuật TPHCM 118 an an ... ĐỒ ÁN Đồ án ? ?Ứng dụng công nghệ Scan 3D, In 3D công nghệ thiết kế ngược? ?? thực nhằm nghiên cứu khả công nghệ Scan 3D In 3D thiết kế ngược Đồ án bao gồm mục sau:  Tổng quan cơng nghệ Scan 3D ... Tên đề tài: ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ SCAN 3D VÀ IN 3D TRONG CÔNG NGHỆ THIẾT KẾ NGƯỢC Ngành đào tạo: CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT CƠ KHÍ Họ tên GV phản biện: Th.S NGUYỄN VĂN MINH Ý KIẾN NHẬN XÉT Kết cấu, cách... THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY BỘ MƠN CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY - - ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ SCAN 3D VÀ IN 3D TRONG CÔNG NGHỆ THIẾT KẾ NGƯỢC GVHD: Th.S NGUYỄN