Thiết kế, chế tọa và điều khiển máy in 3d

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP HỒ CHÍ MINH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ, CHẾ TẠO VÀ ĐIỀU KHIỂN MÁY IN 3D NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ ĐIỆN TỬ GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN: ThS LÊ TẤN SANG Sinh viên thực hiện: MSSV: Lớp: Nguyễn Chí Thanh 1811030083 18DCTA2 Lê Trung Vĩnh 1811030265 18DCTA2 Trần Xuân Đỉnh 1811030232 18DCTA2 TP Hồ Chí Minh, 02 tháng 08 năm 2022 MỤC LỤC PHIẾU ĐĂNG KÝ TÊN ĐỀ TÀI ĐATN PHIẾU GIAO NHIỆM VỤ LỜI CAM ĐOAN i LỜI CẢM ƠN ii TÓM TẮT iii SUMMARY iv MỤC LỤC v LỜI MỞ ĐẦU xiii Chương TỔNG QUAN 1.1 Giới thiệu máy in 3D 1.1.1 Lý chọn đề tài: 1.1.2 Mục tiêu đề tài 1.1.3 Khái niệm in 3D 1.1.4 Ứng dụng 1.2 Một số mơ hình máy in 3D thị trường 1.3 Các vấn đề liên quan thiết kế máy in 3D vi 1.3.1 Sơ đồ nguyên lý hệ thống truyền động 1.3.2 Công nghệ in 3D 1.3.3 Vật liệu in 3D 1.3.4 Các phận cần thiết máy in 3D 16 1.3.5 Động motor 17 1.3.6 Dây đai 21 1.3.7 Khớp nối mềm 25 1.3.8 Đặt đầu 29 Chương 29 LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN 29 2.1 Yêu cầu chung: 30 2.2 Phương án thiết kế: 30 2.2.1 Chọn động cơ: 30 2.2.2 Chọn kim phun: 31 2.2.3 Chọn đùn nhựa: 31 2.2.4 Chọn dây đai: 31 2.2.5 Chọn khớp nối: 31 2.2.6 Chọn dây gia nhiệt: 32 2.2.7 Chọn quạt tản nhiệt: 32 vii 2.2.8 Chọn bánh khôn 33 2.2.9 Bàn nhiệt 33 2.2.10 Chọn khay in 34 2.2.11 Chọn hình LCD 34 2.2.12 Chọn boarb mạch điều khiển: 35 Chương 39 TÍNH TỐN, THIẾT KẾ CƠ KHÍ 39 3.1 Sơ đồ động chung máy 39 3.2 Tính tốn lực cho động 39 3.3 Tính tốn truyền đai 41 3.3.1 Bộ truyền đai 41 3.3.2 Các thông số động tỷ số truyền truyền đai: 42 3.3.3 Tính tốn đai từ động đến trục X: 42 3.3.4 Tính tốn đai trục X: 43 3.3.5 Tính tốn đai trục Y: 45 Chương 47 HỆ THỐNG ĐIỆN 47 4.1 Sơ đồ khối chung hệ thống 47 4.2 Các thiết bị điện sử dụng 48 viii Chương 57 THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN 57 5.1 Mô hình hệ thống điều khiển: 57 5.2 Mạch điều khiển: 58 5.3 Động bước – steep motor 61 5.4 Cơng tắt hành trình 64 5.5 Phần mềm Ultimaker 64 5.5.1 Giới thiệu 64 5.5.2 Vì chọn phần mềm ultimaker vào máy in 3D? 64 Chương 66 KẾT QUẢ VÀ THỰC NGHIỆM 66 6.1 Bộ phận đùn nhựa 66 6.2 Cơ cấu trục X Y Z 66 6.3 Bộ điều khiển trung tâm 67 6.4 Bộ phận hiển thị 68 6.5 Bộ phận bàn in 68 6.6 Đề tài sau hoàn thiện 69 6.7 Các sản phẩm làm đề tài 71 Chương 74 ix KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 74 7.1 Kết luận 74 7.2 Hướng phát triển 75 TÀI LIỆU THAM KHẢO 77 x DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1 Các sản phẩm kim hoàn Hình Chế tạo sản phẩm mẫu Hình Các thiết bị y khoa in 3D Hình Cấu trúc Gen in từ máy in 3D Hình Hội trường Hồng gia Albert in 3D Hình Máy in Ender – 3D DIY Hình Máy in FDM Prusa I3 MK3S+ Hình Máy in 3D Vit Hình Sơ đồ hệ thống truyền động máy in 3D Hình 10 Vật liệu in 3D dạng sợi Hình 11 Nhựa PLA thị trường 10 Hình 12 Sản phẩm làm từ nhựa ABS 11 Hình 13 Vật liệu PEEK ứng dụng vào công nghệ in 3D 12 Hình 14 Sản phẩm từ nhựa PET tạo nhờ công nghệ in 3D 13 Hình 15 Một số sản phẩm làm từ nhựa PETG 14 Hình 16 Một số loại nhựa TPU thị trường 15 Hình 17 Đầu kim phun máy in 3D 16 Hình 18 Bộ đùn MK8 cho máy in 3D 17 Hình 19 Step LDO Motors 18 Hình 20 Cấu tạo động bước – Step Motor 19 xi Hình 21 Động Cơ AC Servo 3000RPM 20 Hình 22 ĐỘNG CƠ DC SERVO 21 Hình 23 Dây curoa ứng vào cơng nghệ chế tạo ô tô 22 Hình 24 Dây curoa thang (V-belt) 23 Hình 25 Dây curoa (Timing Belt) 24 Hình 26 Dây curoa dẹt (Flat belt) 24 Hình 27 Một số loại vitme có thị trường 26 Hình 28 Khớp nối mềm inox 27 Hình 29 Khớp nối mềm cao su 29 Hình Dây gia nhiệt cho đầu in 32 Hình 2 Quạt tản nhiệt vho đầu đùn máy in 3D 33 Hình Bánh xe lăn bánh trượt 33 Hình Bàn nhiệt máy in 3D 34 Hình Một số loại khay in chuyên dụng cho máy in 3D 34 Hình Màn hình cảm ứng hình LCD 35 Hình board MKS GEN V1 35 Hình Hệ thống điều khiển máy in 36 Hình Kết nối RAMPS1.4 tới thiết bị điều khiển 36 Hình Sơ đồ động máy in 39 xii Hình Đai hình thang 42 Hình 3 Đai hình trịn 42 Hình Sơ đồ khối 47 Hình Board điều khiển máy in 3D MKS GEN V1 48 Hình Board kết nối cua máy in 51 Hình 4 Driver 52 Hình Cơng tắc hành trình 53 Hình Cấu tạo nguồn AC – DC 54 Hình Sơ đồ đấu dây nguồn AC – DC12V 55 Hình Sơ đồ mơ hình điều khiển 57 Hình Board RAMPS 1.4 58 Hình Sơ đồ nối chân RAMPS 1.4 59 Hình Động bước 62 Hình Bộ đùn nhựa máy in 3D 66 Hình Cơ cấu trục X Y Z máy in 3D 67 Hình Bộ điều khiển trung tâm máy in 3D 68 Hình Màn hình hiển thị núm xoay điều chỉnh thông số máy in 3D 68 Hình Bàn in 69 Hình 6 Máy in 3D hồn chỉnh 69 xiii Hình Bộ đùn máy 71 Hình Các bat chịu lực băng tải 72 Hình Sản phẩm in từ mơ hình 73 Hình 10 Sản phẩm in từ mơ hình 73 Hình Mơ hình thực tế 75 Hình Quá trình in sản phẩm 75 DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng Một số ưu điểm nhược điểm khớp nối mềm inox: 28 Bảng Thông số kỹ thuật Adruino 61 xiv Điều khiển động vi bước (Microstep): Đây phương pháp mới, áp dụng q trình điều khiển động bước Từ đó, cho phép động bước dừng lại định vị khoảng vị trí nửa bước bước đủ Ưu điểm dễ thấy phương pháp động hoạt động hiệu với góc bước nhỏ độ xác cao Do xung cấp động có dạng sóng nên máy hoạt động êm hơn, hạn chế vấn đề cộng hưởng lực động hoạt động 5.4 Cơng tắt hành trình Cơng tắt hành trình dùng để giới hạn chuyển động Gồm hay nhiều tiếp điểm NO NC Các công tắt hành trình nút nhấn thường đóng, thường mở, công tắt tiếp điểm, công tắt quang Khi cơng tắt hành trình tác động làm đóng ngắt mạch điện ngắt khởi động cho thiết bi 5.5 Phần mềm Ultimaker 5.5.1 Giới thiệu Những tiến in 3D làm cho trở nên lý tưởng cho việc tạo mẫu, khuôn tùy chỉnh, hỗ trợ sản xuất phận sử dụng cuối Do đó, nhiều cơng ty mua máy in 3D chế tạo dây tóc hợp (FFF) để hợp lý hóa quy trình sản xuất họ Nhưng việc lựa chọn máy in 3D phù hợp quan trọng 68 5.5.2 Vì chọn phần mềm ultimaker vào máy in 3D? Vì FFF in theo lớp, chiều cao lớp định độ mịn bề mặt Điều giống độ phân giải hình: nhiều pixel hình - lớp in - bạn thấy chi tiết Chiều cao lớp cao dẫn đến `` bước '' nhỏ nhìn thấy bề mặt cong in Để đảm bảo máy in 3D bạn tạo bề mặt nhẵn, kiểm tra chiều cao lớp tối thiểu - điều nhỏ tạo nhiều chi tiết Độ dày lớp điển hình máy in 3D từ 20 đến 600 micron Độ dày tối thiểu 20 micron có nghĩa máy in bạn sử dụng cho ứng dụng thích hợp, chẳng hạn tạo khn cho phận Hãy nhớ chất lượng in ảnh hưởng đến tốc độ in - in vật thể với độ xác 100 micron nhiều thời gian 300 micron Nhưng tất phận cần chất lượng hoàn thiện tốt Đối với nguyên mẫu đơn giản để kiểm tra độ vừa vặn kích thước, bạn nên in nhanh Khi thiết lập in bạn phần mềm Ultimaker Cura, bạn chọn độ dày tốc độ lớp 69 Chương KẾT QUẢ VÀ THỰC NGHIỆM 6.1 Bộ phận đùn nhựa Là kết hợp thiết bị động bước, đùn, ống tản nhiệt, đầu đùn, cảm biền nhiệt độ, đầu gia nhiệt, khối gia nhiệt quạt tản nhiệt 6.2 Cơ cấu trục X Y Z Là vừa khung máy in 3D, vừa cấu di chuyển theo trục X Y Z giá trị cho biết vị trí dụng cụ cắt theo ba chiều: Chiều X cho chiều ngang, Y cho chiều dọc Z cho chiều sâu 70 6.3 Bộ điều khiển trung tâm trái tim não máy in 3D, chịu trách nhiệm điều khiển phận đầu đùn, đế nóng, động cảm biến Dùng quạt tản nhiệt để làm mát cho điều khiển trung tâm 71 6.4 Bộ phận hiển thị Là hình hiển thị thông tin núm núm xoay để điều chỉnh thống số máy in 3D 72 6.5 Bộ phận bàn in Là gồm có bàn nhiệt liên kết vs bat đỡ, chỉnh bàn lên xuống núm vặn dùng miếng dán bàn nhiệt để làm in, tạo độ bám cho vật 73 6.6 Đề tài sau hoàn thiện Máy in 3D ứng dụng công nghệ FDM khung nhôm lên kết với ke nối vuông chuyên dụng tạo thành cấu trục X Y Z Máy trang bị thêm linh kiện thiết bị như: + x Mạch điều khiển máy in MKS Gen V1.0 + x board hình 2004 + x Driver điều khiển động bước A4988 + x Bàn nhiệt Mk2b kích thước 20x20 + x Động bước NEMA 17 + x Bộ đùn MK8 + x ống tản nhiệt + x Đầu gia nhiệt + x Cảm biến nhiệt độ + x cơng tắc hành trình + x quạt tản nhiệt 74 + x Nguồn 12VDC – 32A + Các phụ kiện dây nối, ke, miếng dán nhiệt, … 75 6.7 Các sản phẩm làm đề tài Các chi tiết lắp ráp máy: Các chi tiết máy có tính chịu lực cao 76 77 Các mơ hình địi hỏi chi tiết xác cao 78 Chương KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 7.1 Kết luận Bất kì sản phẩm thị trường kể máy in 3D có ưu nhược điểm riêng biệt nhiên có mục đích chung phục vụ nhu cầu khách hàng, lợi ích doanh nghiệp Việc lắng nghe tiếp thu phản hồi người tiêu dùng góp phần to lớn vào việc phát triển tiến sản phẩm từ đem lại lợi nhuận cho doanh nghiệp người tiêu dùng Với việc chế tạo thành công máy in 3D góp phần vào phát triển cơng nghệ nước nói chung người tiêu dùng nói riêng: tiết kiệm thời gian, tăng suất, tiết kiệm chi phí, việc tự chủ cơng nghệ khơng phụ thuộc vào nước ngồi góp phần không nhỏ việc phát triển công nghiệp Đưa công nghiệp Việt Nam vươn xa giới Mô hình máy in 3D thiết kế chế tạo Quá trình in thử nghiệm với vật liệu nhựa cho sản phẩm xác mặt kích thướt hình học đảm bảo tính kỹ thuật yêu cầu Kết nghiên cứu chế tạo máy in 3D ứng dụng cho vật liệu in hệ gốm sứ, cho xây dựng,… góp phần phục vụ đào tạo phục vụ dây chuyển sản xuất 79 80 7.2 Hướng phát triển Mặt dù hoàn thành thiết kế lắp đặt máy, nhiên đề tài nhiều mặt cần cải tiến nhằm đạt hiệu suất tối đa sản xuất Một số hướng phát triển nhóm muốn hướng đến: Hoàn thiện máy cho hướng sản xuất đại trà, giảm giá thành sản xuất đạt hiệu suất cao ổn định Do hạn chế đồ án tốt nghiệp, nên dùng lại sản xuất chi tiết nhỏ Nhóm hi vọng cải tiến máy để sản xuất đại trà với giá thành thấp hiệu suất độ ổn định nâng cao + Đơn giản cấu trúc, khối lượng, quy mơ + Tích hợp thêm số tính (hiện đại máy hơn) + Có thể in nhiều màu nhiều chất liệu 81 TÀI LIỆU THAM KHẢO (1) PGS Nguyễn Xuân Chánh, Công nghệ in 3D đột phá vào ngành nghề, NXB Bách khoa, 2016 (2) Lê Đoàn Thanh Lâm, Công nghệ 3D, NXB Hà Nội 2018 - Tài liệu tiếng Anh: (3) Nguyễn Ngọc Đào – Hồ Viết Bình – Trần Thế San, Chế độ cắt gia cơng khí – – Trường ĐH SPKT, NXB ĐÀ NẴNG, năm 2006 (4) Nguyễn Thành Lâm, Bảng tra dung sai lắp ghép, NXB TP HỒ CHÍ MINH 2013 (5) Hồ Viết Bình – Phan Minh Thanh, Hướng dẫn thiết kế đồ án công nghệ chế tạo máy, NXB ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH, 2014 (6) Nguyễn Phùng Tấn, Giáo trình cơng nghệ chế tạo máy 1, 2009 (7) Nguyễn Phùng Tấn, Giáo trình cơng nghệ chế tạo máy 2, 2010 82 ... X Y Z máy in 3D 67 Hình Bộ điều khiển trung tâm máy in 3D 68 Hình Màn hình hiển thị núm xoay điều chỉnh thơng số máy in 3D 68 Hình Bàn in 69 Hình 6 Máy in 3D hoàn... Chọn boarb mạch điều khiển: Chọn board MKS GEN V1 hệ thống điều khiển máy in Chương trình điều khiển từ máy tính chuyển tới vi điều khiển ArduinoMega2560 thông qua cổng USB Mạch điều khiển RAMPS1.4... Hình Chế tạo sản phẩm mẫu Hình Các thiết bị y khoa in 3D Hình Cấu trúc Gen in từ máy in 3D Hình Hội trường Hoàng gia Albert in 3D Hình Máy in Ender – 3D DIY