Báo cáo công nghệ tạo mẫu nhanh thành tựu và triển vọng

Công nghệ Nguyên lý làm việc Vật liệu Sơ đồ nguyên lý SLA Sử dụng tia laser làm đông đặc Polymer nhạy quang Polymer nhạy quang tính độc hại cao LOM Dụng cụ cắt các tấm cứng theo biên dạn

PGS.TS Đặng Văn Nghìn Viện Cơ học và Tin học ứng dụng

CÔNG NGHỆ TẠO MẪU NHANH

THÀNH TỰU VÀ TRIỂN VỌNG

NỘI DUNG

I Giới thiệu chung

1 Làm như thế nào để tạo được mẫu phức tạp.

2 Phân loại các phương pháp tạo mẫu nhanh.

3 Tình hình nghiên cứu.

4 Tốc độ phát triển.

II Những thành tựu công nghệ

III Triển vọng thế kỷ 21.

1 Làm như thế nào để tạo được mẫu phức tạp.

I SỰ RA ĐỜI VÀ PHÁT TRIỂN

Công nghệ Nguyên lý làm việc Vật liệu Sơ đồ nguyên lý

SLA

Sử dụng tia laser  làm đông đặc  Polymer nhạy  quang

Polymer nhạy  quang (tính độc hại cao)

LOM

Dụng cụ cắt các  tấm cứng theo  biên dạng, sau đó  dán từng lớp lại  với nhau

Giấy, tấm gỗ

FDM

Vật liệu được đùn  qua đầu gia nhiệt,  sau đó đông dặc  tạo hình

Sáp, nhựa ABS, …

Stereo Lithography Appratus (SLA)

Selective Laser Sintering (SLS)

• Có thể sử dụng cho cả nhựa nhiệt dẻo và kim loại.

• Sử dụng Laser thiêu kết

• Lớp có độ dày < 0,1 mm

• Được thương mại hóa bởi 3DSystem & EOS

Selective Laser Sintering (SLS)

Laminated Object Manufacturing (LOM)

Fused Deposition Modeling (FDM)

• Phát minh bởi S. Scott  Crump vào năm 1989

và được thương mại  hóa vào năm 1992 bởi Stratasys Inc.

Fused Deposition Modeling (FDM)

Three dimensional Printing (3D printing)

ƒ Tạo ra các lớp cắt theo phương pháp in phun 2D và liên kết chúng lại với nhau để tạo nên vật thể.

Three dimensional Printing (3D printing)

3D Printers

Dop on  demand  printing Dop On Dop (phun 

3D systems

Thermojet Invision TM 3D printer Invision TM HR 3D printer

3D plotting

Solidscape

T612 T66 PatternMaker Sanders design 

international

Rapid tool Maker

Drop On Bed (phun gián đoạn)

Metal 3DP Extrude home 

(proMetal)

R2 R10 Three dimensional 

printing (3DPrinting) Z corp

Z406 Z810 Zprinter 310

Continuous  printing

Continuous  deposition  (phun liên tục)

Fused  deposition  modeling (FDM)

Stratasys Prodigy Dimension  Dimension SST

CÔNG NGHỆ NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC VẬT LIỆU SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ

Sáp, nhựa nhiệt dẻo

3D plotting

Sử dụng 2 đầu phun, một  đầu sẽ phun nguyên liệu nền 

là nhựa nhiệt dẻo tạo chi  tiết, một đầu sẽ phun sáp  (wax) để tạo hệ thống đỡ.

Sáp, nhựa nhiệt dẻo

CÔNG NGHỆ NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC VẬT LIỆU SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ

Metal 3DP

Sử dụng hệ thống đầu in phun  kiểu tĩnh điện để phun vật liệu 

là chất kết dính lên vật liệu lớp   bột kim loại

Chất kết dính và bột  kim loại.

Vật liệu dạng bột…

FDM

Đầu đùn ép vật liệu thành từng lớp với biên dạng giống biên dạng lớp cắt, các lớp liên kết lại với nhau tạo thành sản phẩm.

Nhựa ABS, PLA,  

Phạm vi ứng dụng

• Công nghệ tạo mẫu nhanh được áp dụng rộng rãi 

để phát triển nhanh sản phẩm trong nhiều lĩnh  vực khác nhau như an ninh quốc phòng, công 

nghiệp, y học, khảo cổ, nữ trang, đào tạo,…

Tình hình nghiên cứu.

Nghiên cứu ngồi nước:

¾ Các hội thảo quốc tế.

¾ Các dự án tạo mẫu nhanh trong công nghiệp (RAPTEC,…)

PHIDIAS,…).

¾ Sách, tạp chí, các luận văn Thạc sĩ, Tiến sĩ.

Các công trình nghiên cứu đã công bố đã tập trung vào những vấn đề chính sau đây:

ƒ Quy trình công nghệ sản xuất

ƒ Thiết bị cắt lớp điện toán CT

ƒ Các phương pháp công nghệ tạo mẫu nhanh

ƒ Vật liệu sử dụng để tạo sản phẩm

ƒ Phần mềm để biến đổi dữ liệu

ƒ Độ chính xác hình học của sản phẩm

ƒ Phạm vi ứng dụng…

ƒ Tính tương thích trên cơ thể người

Xu thế chung của thế giới là đầu tiên nghiên cứu về tạo mẫu nhanh (RP), kế đến là tạodụng cụ nhanh (RT) để đi tới sản xuất nhanh sản phẩm (RM)

Tình hình nghiên cứu.

ƒ Đại học Bách Khoa TPHCM có máy SLA và đã ứng dụng để thực hiện đề

tài KC05 ‘Nghiên cứu công nghệ tạo mẫu nhanh để gia công các bề mặt

phức tạp’ do PGS.TS Đặng Văn Nghìn làm chủ nhiệm.

ƒ Đại học Bách Khoa Hà Nội có máy Polyjet tại trung tâm công nghệ cao

ƒ Phòng thí nghiệm trọng điểm quốc gia điều khiển số và kỹ thuật hệ thống

có máy SLS và Polyjet

ƒ Đại học Thái Nguyên đã đầu tư máy in 3 chiều 3D Printing

nghệ cao

ƒ Từ đầu năm 2011 nhóm nghiên cứu tại phòng thí nghiệm trọng điểm quốc gia 

Điều khiển số và kỹ thuật hệ thống đã triển khai thực hiện đề tài nghiên cứu  thiết kế và chế tạo máy tạo mẫu nhanh theo công nghệ LOM (Laminated 

Object Manufacturing)

Tình hình nghiên cứu trong nước.

III Triển vọng

CÁC CÔNG NGHỆ TẠO MẪU

NHANH CỦA THẾ KỶ 21

THEO BÁO CÁO ĐÁNH GIÁ

(NĂM 2008) CỦA HIỆP HỘI TẠO MẪU NHANH THẾ GIỚI

FDM SẼ LÀ 1 TRONG 10 CÔNG NGHỆ QUAN TRỌNG TRÊN THẾ GIỚI ĐẾN NĂM 2020

• Biểu đồ tăng trưởng công nghệ tạo mẫu nhanh trên thế giới.

FDM LÀ “CÔNG NGHỆ NGUỒN”

PATENT ĐẦU TIÊN

Năm 1989, công nghệ FDM được sáng chế bởi S Scott Crump và được thương mại hóa vào năm 1992 bởi Stratasys Inc

(patent số 5121329)

Support Material Modeling Material

NGUYÊN LÝ FDM

Nhu cầu về các dòng máy tạo mẫu giá rẻ

• Mọi người đều có thể sử dụng, đặc biệt là trong lĩnh vực:

giáo dục, đào tạo,…

• Có thể dễ dàng chế tạo và phát triển sản phẩm theo ý muốn.

Sự ra đời và phát triển RepRap.

• Mendel là phiên bản ổn định nhất của RepRap hiện nay Tuy nhiên cộng đồng người dùng luôn tìm tòi đổi mới và làm cho

nó tốt hơn, và những cải tiến này có thể được tích hợp vào các bản phát hành về sau.

Tiến sĩ Adrian Bowyer

Ý tưởng hình thành.

• Reprap là máy tạo

mẫu nhanh tự tái tạo,

Các dòng máy hiện nay

“Fab@Home is a project dedicated to making and using

fabbers - machines that can

make almost anything, right on your desktop”

Bản đồ thế giới về Reprap

Reprap là công nghệ mới ra đời trên thế giới Tuy nhiên nó đã xuất hiên ở nhiều nước trên thế giới Chính sự đơn giản và tính thực tiễn cao của nó đã đem nó đến gần với công chúng hơn Nhiều dự án cả tư nhân và nhà nước đang được tiến hành trên khắp thế giới.

Bản đồ thế giới về Reprap

Ở Việt Nam khái niệm

Reprap vẫn còn khá mới mẻ.

Nguồn tài liệu trên mạng

bằng tiếng Việt hầu như

không có, hy vọng trong

những năm tiếp theo công

nghệ này sẽ được phổ biến

sâu vào các trường đại học

của Việt Nam, hấp dẫn nhiều

bạn trẻ nghiên cứu phát triển

và nhân rộng.