Hcmute nghiên cứu công nghệ in 3d vật liệu lỏng

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH CƠNG TRÌNH NGHIÊN CỨU KHOA HỌC SINH VIÊN NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ IN 3D VẬT LIỆU LỎNG MÃ SỐ: SV2019-102 SKC 0 9 Tp Hồ Chí Minh, tháng 06/2019 Luan van Mục lục Mở đầu CHƯƠNG 1: Tổng quan công nghệ in 3D Giới thiệu công nghệ in 3D Thế in 3D ? Cơng nghệ in 3D ? 11 Nguyên lý công nghệ Resin 13 Khả công nghệ 14 CHƯƠNG 2: Vật liệu Resin 25 Nhựa Resin ? 25 Chọn nhựa Resin 26 Resin suốt ( CLERAR TYPE) 29 Đúc Resin khuôn 29 Nhược điểm Resin 30 Vật liệu nhựa PLA 31 CHƯƠNG 3: Công nghệ in 3D DLP 39 Xu hướng tương lai 39 Công nghệ in 3D DLP 39 Đặc điểm kỹ thuật 40 Quá trình in 3D DLP 41 Ứng dụng công nghệ in 3D DLP 41 So sánh khác SLA DLP 42 Về phương pháp in ấn 44 Công nghệ SLA dùng tia Laser kết tinh nhựa lỏng Resin 45 Lựa chọn SLA DLP? 47 10 Lợi ích SLA công nghệ in DLP 3D 47 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ: 49 TÀI LIỆU THAM KHẢO……………………………………………………………… 50 Luan van BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐH SƯ PHẠM KỸ THUẬT TPHCM THÔNG TIN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI Thông tin chung: - Tên đề tài: Nghiên cứu công nghệ in 3D vật liệu lỏng - SV thực hiện: Nguyễn Hoàng Khanh Mã số SV: 15144031 - Lớp: 15144CL2 Khoa: Chất lượng cao Năm thứ: Số năm đào tạo: - Người hướng dẫn: ThS Nguyễn Văn Minh Mục tiêu đề tài: Hiểu rõ chất công nghệ in 3D vật liệu resin Tính sáng tạo: In 3D với vật liệu resin Kết nghiên cứu: Cho thấy cơng nghệ có tiềm xu hướng tương lai 4.0 Đóng góp mặt giáo dục đào tạo, kinh tế - xã hội, an ninh, quốc phòng khả áp dụng đề tài: Đóng góp cho xã hội cơng nghệ mới, nâng tầm công nghệ đất nước lên tầm cao Công bố khoa học SV từ kết nghiên cứu đề tài (ghi rõ tên tạp chí có) nhận xét, đánh giá sở áp dụng kết nghiên cứu (nếu có): Ngày tháng năm 2019 SV chịu trách nhiệm thực đề tài (kí, họ tên) Nhận xét người hướng dẫn đóng góp khoa học SV thực đề tài (phần người hướng dẫn ghi): Xác nhận Trường (kí tên đóng dấu) Luan van Ngày tháng năm 2019 Người hướng dẫn (kí, họ tên) Luan van LỜI CÁM ƠN Trong thời gian học tập nghiên cứu trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành phố Hồ Chí Minh với tư cách sinh viên ngành Cơng nghệ kĩ thuật Cơ khí, bốn năm - quảng thời gian không dài không ngắn, chúng em học hỏi nhiều điều tự trang bị cho nhiều kiến thức từ bản, sở ngành chuyên ngành, giúp chúng em có tảng kiến thức để ứng dụng vào cơng việc mà chúng em theo đuổi sau trường Có ngày hôm nay, chúng em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc nhất, chân thành đến toàn thể cán bộ, công nhân viên nhà trường, đặc biệt Thầy, Cô trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành phố Hồ Chí Minh nói chung Thầy, Cơ Khoa Đào Tạo Chất Lượng Cao nói riêng, suốt thời gian qua trực tiếp giảng dạy, dìu dắt, hướng dẫn truyền đạt kiến thức quý báu chuyên môn lẫn kinh nghiệm suốt khoảng thời gian chúng em theo học trường, trình thực nghiên cứu khoa học Nghiên cứu khoa học không thành nghiên cứu, tổng hợp, làm việc mà kết đến từ cố gắng nỗ lực thành viên nhóm giúp đỡ dạy nhiệt tình, khơng ngừng nghỉ đến từ ThS Nguyễn Văn Minh Bên cạnh đó, nhờ giúp đỡ Thầy hướng dẫn với Thầy phản biện, chúng em học hỏi nhiều kiến thức kinh nghiệm suốt trình thực đồ án hồn thiện thời hạn đề Để bày tỏ lịng kính trọng biết ơn, chúng em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến giáo viên hướng dẫn ThS Nguyễn Văn Minh tận tình giúp đỡ, hỗ trợ, truyền đạt kiến thức bổ ích lý thuyết lẫn thực tiễn, cảm ơn Thầy cung cấp tài liệu liên quan động viên, khích lệ tinh thần giúp nhóm chúng em hồn thành đồ án cách tốt đẹp Với điều kiện thời gian kinh nghiệm hạn chế, đồ án khơng thể tránh thiếu sót Nhóm chúng em mong nhận bảo, đóng góp ý kiến Thầy Cơ để chúng em có điều kiện bổ sung, nâng cao chất lượng đề tài Nhóm chúng em xin chân thành cảm ơn! Luan van Mở đầu Đề tài “Nghiên cứu công nghệ in 3D vật liệu lỏng” thực Trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật TP Hồ Chí Minh từ tháng năm 2018 đến tháng năm 2019 Nội dung báo cáo sơ lược công nghệ in 3D với vật liệu lỏng, Hai từ “In 3D” khơng cịn xa lạ với tất chúng ta, chí ngày cơng nghệ in 3D phương pháp tạo sản phẩm đáp ứng yêu cầu kĩ thuật cần thiết mà phương pháp gia công chế tạo khác khó thực khơng thể thực Với ưu điểm bật tiết kiệm vật liệu, công nghệ in 3D ngày ưa chuộng sử dụng nhiều doanh nghiệp khí Tuy nhiên, cơng nghệ in 3D áp dụng nhiều lĩnh vực sản xuất sản phẩm nhựa, sản phẩm kim loại cịn hạn chế phần lớn giá thành máy cao vượt khả chi trả doanh nghiệp Máy in 3D kim loại theo phương pháp lắp ghép công cụ giúp tạo sản phẩm cách hiệu quả, đáp ứng yêu cầu kĩ thuật sản phẩm đặc biệt có chi phí chế tạo phù hợp để doanh nghiệp Việt Nam sở hữu tận dụng ưu điểm việc in 3D cho khn kim loại theo phương pháp lắp ghép Chính thế, việc gia công thực nghiệm số chi tiết khí lần khẳng định ưu phương pháp in 3D kim loại theo phương pháp lắp ghép từ thay phương pháp gia công thông thường Luan van A Tổng quan tình hình nghiên cứu thuộc lĩnh vực đề tài - Trong nước: Tình hình nghiên cứu nước có tổ chức, đội nhóm, công ty, … nghiên cứu nhiều máy liên quan đến đề tài sản phẩm vô tốt như: in dồ trang sức, nữ trang, giày dép,… Các máy bán với mức giá lên tới 150 triệu đồng - Ngoài nước: Nhiều nước đầu tư phát triển lĩnh vực in 3D mạnh mẽ Mỹ, Đức, Ý, Trung Quốc,… ngồi cịn nghiên cứu cơng nghệ khác công nghệ SLA, công nghệ FDM, công nghệ SLS, công nghệ SLM, công nghệ EBM, công nghệ LOM, công nghệ BJ, cơng nghệ MJ Chi phí để mua máy dao động từ vài trăm đến vài nghìn USD B Lý chọn đề tài - Góp phần tạo máy in 3D công nghệ DLP Việt Nam nhầm nâng tầng công nghệ đất nước lên tầm cao đáp ứng hài lòng nhu cầu người dân thời đại 4.0 giải pháp tối ưu hóa tốt so với máy khác thị trường C Mục tiêu đề tài - Hiểu rõ chất công nghệ in 3D vật liệu resin D Phương pháp, đối tượng, phạm vi nghiên cứu - Sử dụng internet, laptop, tham khảo websites nước, tham khảo tài liệu liên quan hỗ trợ giảng viên - Đọc hiểu báo ngồi nước, xem chi tiết video cơng nghệ DLP - Nghiên cứu máy in 3D công nghệ DLP, vật liệu resin Luan van CHƯƠNG 1: Tổng quan công nghệ in 3D Giới thiệu công nghệ in 3D - Cách khoảng 40 năm trước, lần nghe tiếng phát radio, nhìn thấy hình giấy, hay xem người bé tí chạy nhảy hộp vng vng tưởng tượng Ngày nay, khoa học công nghệ phát triển vượt bậc, đâu nghe thấy nhan nhản TV 3D, Phim 3D, âm 3D, hình 3D Tất cụm từ dùng để công nghệ tạo ảo giác hình khối lên thị giác thính giác người, nhằm mơ lại ta thấy nghe Hình 1.1: TV chiếu phim 3D Luan van Hình 1.2: Phim 3D Hình 1.3: Âm 3D Luan van - Nhưng 3D công nghệ in 3D định nghĩa hồn tồn khác với 3D mang tính mơ mà ta nói 3D sản phẩm thật, vật thể thật mà ta cầm tay, sờ mó, quan sát cách xác, 3D thứ xung quanh ta, mà từ nguyên thủy đến ta tiếp xúc ngày, quen thuộc ta chẳng gọi 3d làm Hình 1.4: sản phẩm từ công nghệ in 3D vật liệu lỏng Luan van Hình 6.8: Tháp in máy in 3D vật liệu Resin - Cùng với công nghệ SLA / DLP, nhựa in 3D Resin tạo nên điều tuyệt vời bạn đạt bề mặt mịn tự nhiên, truyền đạt đặt tính cụ thể cho khuôn mẫu in nhiều chi tiết nhỏ lúc Vật liệu cho phép máy in xác vật liệu khác Bởi khơng có khó hiểu Resin thường vật liệu lựa chọn in sản phẩm nhỏ, khó, cần độ tinh xảo hay chi tiết to đẹp, đường nét phải sắc sảo Trong lĩnh vực in 3D, trang sức nha khoa hai ngành chuyên dụng sử dụng nhựa in Resin tạo mẫu nhanh để đúc mẫu, hai ngành u cầu cao tính thẩm mỹ độ xác Hình 6.9: Hàm 37 Luan van Hình 6.10: Nhẫn - SLA thường công nghệ hỗ trợ tối đa cho hai ngành này, in nhiều chi tiết nhỏ lúc mà đảm bảo chất lượng vật thể Hình 6.10: Mẫu đúc Resin - Với đặc tính ưu điểm trội vậy, không đề cao nói Resin loại nhựa chất lượng cao Trên thị trường có nhiều loại nhựa Resin khác nhau, điều thể qua chất lượng, nguồn gốc giá loại Vì tùy vào mong muốn mục đích sản phẩm 3D mà người dùng lựa chọn cho loại nhựa Resin phù hợp để vừa hài lòng sản phẩm vừa tiết kiệm chi phí Hy vọng viết cho bạn nhìn tổng quan hiểu nhựa chất lượng cao – nhựa in 3D Resin 38 Luan van CHƯƠNG 3: Công nghệ in 3D DLP Xu hướng tương lai - Cơng nghệ in 3D có đặc điểm khiến chuyên gia đánh giá xu hướng phát triển đầy mạnh mẽ thời gian tới, xu hướng tương lai - Ưu điểm tên gọi : cơng nghệ tạo mẫu nhanh, cơng nghệ có vượt trội thời gian chế tạo sản phẩm hoàn thiện “Nhanh” giới hạn tương đối Thông thường, để tạo sản phẩm khoảng từ – 72 giờ, phụ thuộc vào kích thước độ phức tạp sản phẩm Có thể bạn cho khoảng thời gian chậm, so với thời gian mà công nghệ chế tạo truyền thống thường từ nhiều tuần đến nhiều tháng để tạo sản phẩm nhanh nhiều - Chính cần thời gian để tạo sản phẩm nên công ty sản xuất tiết kiệm chi phí, nhanh chóng đưa thị trường sản phẩm - Ưu điểm đặc biệt thứ hai: ví dụ hình dung in 3d bên trên, ta chế tạo đầu người với đầy đủ phận bên lẫn bên cách chi tiết lần thực mà phương pháp truyền thống chế tạo Công nghệ in 3D DLP - Công nghệ in 3D DLP – Công nghệ in 3D Digital Light Processing công nghệ in 3D gần giống SLA (Stereolithography), sử dụng chất liệu nhựa Photopolymer Điểm khác biệt lớn công nghệ in 3D nguồn sáng DLP sử dụng đèn hồ quang, có khả qt qua tồn khay vật liệu lần quét 39 Luan van Hình 2.1: Mơ máy in 3D Đặc điểm kỹ thuật - Tốc độ in nhanh SLA - Sản xuất chi tiết xác với độ phân giải chất lượng cao - Yêu cầu tương tự SLA hệ thống support xử lý hậu kỳ in 3D Hình 3.1: Máy in 3D in 40 Luan van Quá trình in 3D DLP - Bồn nguyên liệu Photopolymer tiếp xúc với ánh sáng từ máy chiếu máy in DLP - Máy chiếu DLP chiếu hình ảnh mơ hình 3D CAD lên ngun liệu polymer lỏng theo dạng cắt lớp - Nguyên liệu polymer lỏng đông cứng lại, bàn vật liệu hạ xuống (hoặc bàn in nâng lên), sau lớp nhựa tiếp xúc với ánh sáng - Quá trình lặp lại đối tượng in 3D hoàn thành bồn in hết nguyên liệu, để lộ sản phẩm in hồn thiện Hình 4.1: Các sản phẩm in 3D Ứng dụng công nghệ in 3D DLP - Tạo mẫu sản phẩm cho đúc chân không cn tạo sản phẩm mẫu sản lượng khác - Sản phẩm mẫu thử nghiệm vận hành - Sản xuất với số lượng thấp/phiên hạn chế số lượng, đặc biệt với sản phẩm có hình học phức tạp - Sản phẩm mẫu cho buổi chụp ảnh thử nghiệm thị trường 41 Luan van Nha khoa/ Kim hoàn/ Nghệ thuật ngành khác yêu cầu độ chi tiết cao sản phẩm hồn thiện Hình 5.1: Các sản phẩm So sánh khác SLA DLP - SLA DLP hai cơng nghệ sử dụng cho máy in 3D resin Máy in 3D SLA DLP ngày trở nên phổ biến chúng có khả in chất lượng cao so với máy in 3D cổ điển (FDM) Hình 6.1: Các chi tiết máy in 42 Luan van - Máy in 3D SLA DLP sử dụng nhựa lỏng – Resin làm vật liệu in 3D Nhựa resin trở nên rắn tác động nguồn ánh sáng Máy chiếu laser ánh sáng xử lý nhựa lỏng, lưu trữ bể, để tạo thành lớp đối tượng Quá trình tạo nên đối tượng in 3D điểm khác đặc biệt hai công nghệ in 3D - SLA: Laser tác động lên nhựa resin bể chứa tạo thành vật theo điểm - DLP: Nhựa xử lý ánh sáng từ máy chiếu theo lớp Hình 6.2: Các cơng nghệ in 3D - Có cơng nghệ thứ ba gọi CDLP (Continuous Digital Light Processing), công nghệ DLP cải tiến phát triển Carbon3D Công nghệ tạo vật thể chất lượng cao với tốc độ tối ưu - Máy in 3D DLP sử dụng máy chiếu để quản lý tồn lớp in lần, máy in 3D DLP in nhanh máy in 3D SLA , tồn lớp phơi bày lúc thay chỗ lúc laser - Độ phẩn giải máy in 3D DLP phụ thuộc vào máy chiếu, có điểm ảnh/voxels Máy chiếu full HD thường có 1080p Được định phần lớn máy chiếu nên máy in 3D bị giới hạn kích thước pixel - Máy chiếu sử dụng cho máy in 3D DLP tốn dễ thay đổi so với laser sử dụng cho máy in 3D SLA 43 Luan van - Một máy in 3D SLA xếp vị trí nhựa in điểm laser, khả xác cao in 3D DLP khối lượng vật in hoàn toàn độc lập với độ phân giải in 3D Hình 6.3: Tháp Về phương pháp in ấn - SLA dùng ánh sáng ( phổ nhìn thấy khơng nhìn thấy) để biến nhựa lỏng thành dạng rắn điểm thời điểm Cịn cơng nghệ DLP dùng ánh sáng đơng kết lớp in thời điểm - Cả phương pháp sử dụng resin( nhựa lỏng) để làm nguyên vật liệu in ấn sản phầm , in từ lên Resin tiếp xúc với ánh sáng bị đông kết lại liên tục tạo chuỗi liên hoàn phản ứng đơng kết , liên kết lớp liên tục để đảm bảo tính sản phẩm 3D - SLA sử dụng đầu phát ánh sáng laser để bắn vào vùng in , chùm laser điều khiển cách chạy dọc trục X trục Y thông qua động phụ trách trục Đầu Laser di chuyển từ từ cho đảm bảo đông kết Resin liên tục 44 Luan van Hình 7.1: Mơ q trình in Cơng nghệ SLA dùng tia Laser kết tinh nhựa lỏng Resin - DLP thay sữ dụng đầu phát laser đơng kết điểm bàn in dùng hình máy chiếu kỹ thuật số, pixel hình đóng vai trị đầu phát ánh sáng có trạng thái tắt mở (0 1), với hình hồn tồn in lớp Resin thay in điểm cơng nghệ SLA Hình 8.1: Mơ q trình in 45 Luan van - Cơng nghệ DLP, ánh sáng kết tinh chiếu từ máy chiếu bên làm Resin liên tục kết tinh * VỀ ĐỘ PHÂN GIẢI NHỎ NHẤT: phương pháp có khác rõ rệt SLA chùm tia sáng có hình trịn Cơng nghệ DLP chùm ánh sáng lại số hố theo Pixel tức đơn vị ánh sáng nhỏ hình vng Vậy cấp độ vi mô , thấy biên dạng mà phương pháp in khác nhau, tuỳ theo loại biên dạng mà phương pháp chiếm lấy ưu cho riêng * VỀ THỜI GIAN IN: rõ ràng công nghệ DLP có thời gian in ngắn nhiều so với SLA , thay kết tinh điểm chúng có khả kết tinh đồng loạt lớp resin * VỀ SỰ ỔN ĐỊNH: SLA có ổn định cao DLP , tưởng tượng hình chiếu ánh sáng DLP có hàng ngàn , hàng vạn pixel pixel hoạt động tương tự lẫn cường độ ánh sáng , góc chiếu sáng , khoảng cách chiếu sáng pixel đến lớp resin mà cần đồng đặc * VỀ KHƠNG GIAN IN: nêu bên điểm yếu DLP ổn định , để đảm bảo ổn định thông thường người ta focus khoảng cách cho máy in khoảng cách cố định làm giới hạn không gian in ấn đáng kể Cịn SLA in đâu khơng gian in , điều dẫn đến sản phẩm SLA không bị giới hạn kích thước * VỀ CHẤT LƯỢNG BỀ MẶT: phương pháp có bề mặt xem thô Tuy nhiên DLP đặc biệt với hiệu ứng Voxel , mơ nhỏ sản phẩm 3D ô vuông xếp chồng lên rìa sản phẩm thấy chúng khu ruộng bậc thang kiểu hình minh hoạ bên Hiệu ứng khơng ảnh hưởng nhiều đến chất lượng sản phẩm lại gây khó chịu mặt thẩm mỹ Thường cần bước xử lý để loại bỏ hiệu ứng cách hấp sản phẩm Axeton phun cát để mài chúng 46 Luan van Hình 8.2: Sản phẩm in phức tạp Lựa chọn SLA DLP? - Sau so sánh hai công nghệ khác lưu ý khác biệt, bạn nên tìm hiểu cách phù hợp với quy trình làm việc nhu cầu bạn Như kết luận nói rằng: - Máy in DLP dùng in 3D chi tiết nhỏ, phức tạp in nhanh chi tiết lớn mà không phức tạp - Máy in SLA 3D tốt cho in 3D nhiều chi tiết nhỏ lúc 10 Lợi ích SLA công nghệ in DLP 3D - Máy in 3D resin công cụ lý tưởng để in mẫu thiết kế phức tạp, cần độ sắc nét bề mặt in láng mịn, ngồi kích thước, sản phẩm in từ nhựa resin khơng có hạn chế thiết kế 47 Luan van Hình 10.1: Các sản phẩm in 3D *Điểm mạnh: - Thiết kế phức tạp, xác - Mơ hình chi tiết nhỏ, độ khó cao - Nha khoa, dụng cụ chăm sóc sức khỏe - Điêu khắc, trang sức - Đúc khn mẫu *Hạn chế: - Mơ hình lớn - Tiếp xúc rộng với ánh sáng UV 48 Luan van 11 Một số mẫu in 3D tiêu biểu Hình 11.1: Các sản phẩm in 3D phức tạp KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ: Các nội dung nghiên cứu cho thấy với công nghệ in 3D xu hướng tương lai, khuyến cáo lĩnh vực in ấn 3D nên sử dụng công nghệ 49 Luan van Tài liệu tham khảo https://www.3ders.org/articles/ https://3dinsider.com/3d-printer-resin/ https://i.materialise.com/blog/en/3d-printed-resin-overview/ 50 Luan van Luan van ... gọi chung loạt công nghệ in 3D dựa loại mực in 3D resin lỏng Gồm có, cơng nghệ SLA, DLP IN 3D liên tục Hình 4.1: Sơ đồ cơng nghệ in 3D resin 13 Luan van - Ưu điểm: Công nghệ in3 D RESIN cho sản phẩm... báo nước, xem chi tiết video công nghệ DLP - Nghiên cứu máy in 3D công nghệ DLP, vật liệu resin Luan van CHƯƠNG 1: Tổng quan công nghệ in 3D Giới thiệu công nghệ in 3D - Cách khoảng 40 năm trước,... Ý, Trung Quốc,… ngồi cịn nghiên cứu công nghệ khác công nghệ SLA, công nghệ FDM, công nghệ SLS, công nghệ SLM, công nghệ EBM, công nghệ LOM, công nghệ BJ, công nghệ MJ Chi phí để mua máy dao động