Đồ án tốt nghiệp " Nghiên cứu công nghệ thiết kế ngược và ứng dụng vào quá trình tạo mẫu nhanh "

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI MỤC LỤC Trang MỤC LỤC DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ TRONG ĐỒ ÁN LỜI NÓI ĐẦU PHẦN I: CÔNG NGHỆ THIẾT KẾ NGƯỢC (REVERSE ENGINEERING) VÀ ỨNG DỤNG THIẾT KẾ LẠI MỘT SỐ CHI TIẾT TRONG LĨNH VỰC CƠ KHÍ CHƯƠNG I : TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ THIẾT KẾ NGƯỢC 1.1 Giới thiệu công nghệ thiết kế ngược 1.1.1 Khái niệm 1.1.2 Ưu nhược điểm công nghệ thiết kế ngược 13 2.1 Qui trình cơng nghệ thiết kế ngược 13 3.1 Qui trình mơ hình hóa mẫu sản phẩm có sẵn theo cơng nghệ thiết kế ngược 15 3.1.1 Giai đoạn số hóa sản phẩm 15 3.1.2 Giai đoạn sử lý số liệu hóa 16 3.1.3 Thiết kế lại sở liệu số hóa 16 3.1.4 Tạo mẫu, gia công chi tiết 16 4.1 Phương pháp thiết bị số hóa cơng nghệ thiết kế ngược 17 4.1.1 Phương pháp đo tiếp xúc 17 4.1.2 Phương pháp đo không tiếp xúc 19 5.1 Các ứng dụng công nghệ thiết kế ngược 20 CHƯƠNG II : ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ THIẾT KẾ NGƯỢC THIẾT KẾ LẠI VỎ MÁY KHOAN PHÁ 24 2.1 Lựa chọn chi tiết thiết bị 24 2.2 Số hóa sản phẩm máy quét 3D ATOS I 25 2.2.1 Thiết bị số hóa ATOS I 25 2.2.2 Sử dụng phần mềm ATOS -V6.2.0.3 27 3.2 Ứng dụng phần mềm Rapid Form XO Redesign (XOR) thiết kế lại mơ hình CAD sở liệu số hóa 31 3.2.1 Giới thiệu phần mềm XOR 31 3.2.2 Các chế độ làm việc Rapid form XOR 33 3.2.3 Quá trình sử dụng phần mềm XOR xử lý liệu scan, xây dựng mơ hình CAD cho chi tiết mẫu quét 34 3.2.3.1 Xử lý lưới liệu (Mesh Editing) 34 3.2.3.2 Phân mảng vùng liệu (Region Group) 36 3.2.3.3 Xây dựng hồn chỉnh mơ hình CAD 37 3.2.3.4 Xuất file CAD cho phần mềm CAD CAM khác 57 4.2 Đánh giá sai số thiết kế 58 4.2.1 Các phương pháp đánh giá sai số thiết kế 58 4.2.2 Đánh giá sai số mơ hình CAD thiết kế với liệu số hóa 60 5.2 Một vài mơ hình CAD thiết kế lại từ liệu số hóa 63 Trần Ngọc Tú Lớp:Tự Động Hóa Thiết Kế Cơ Khí – K46 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI PHẦN II : CÔNG NGHỆ TẠO MẪU NHANH 64 CHƯƠNG III : TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ TẠO MẪU NHANH 64 3.1 Giới thiệu kỹ thuật tạo mẫu nhanh 64 3.2 Các bước công nghệ tạo mẫu nhanh 65 3.2.1 Mơ hình hoá CAD 65 3.2.2 Xuất sang dạng file.STL 65 3.2.3 Tạo chân đỡ sản phẩm 65 3.2.4 Cắt lát 66 3.2.5 Chế tạo 66 3.2.6 Loại bỏ vật liệu thừa, hoàn thiện làm vật thể chế tạo 66 3.2.7 Xử lý sau chế tạo 67 3.2.8 Hoàn thiện chi tiết 67 3.3 Các công nghệ tạo mẫu nhanh 67 3.3.1 Các công nghệ tạo mẫu nhanh sử dụng vật liệu dạng lỏng 67 3.3.2 Các công nghệ tạo mẫu nhanh sử dụng vật liệu dạng bột 68 3.3.3 Các công nghệ tạo mẫu nhanh sử dụng vật liệu dạng 68 4.3 Dữ liệu đầu vào công nghệ tạo mẫu nhanh 68 5.3 Ứng dụng công nghệ tạo mẫu nhanh 69 5.3.1 Đúc khuôn vỏ mỏng 69 5.3.2 Chế tạo dụng cụ 69 5.3.3 Tạo mẫu nhanh chế tạo sản xuất 69 5.3.4 Ứng dụng tạo mẫu nhanh y học 69 CHƯƠNG IV: MỘT SỐ CÔNG NGHỆ TẠO MẪU NHANH ĐIỂN HÌNH 71 4.1 Cơng nghệ tạo mẫu nhanh SLA 71 4.2 Công nghệ tạo mẫu nhanh SLS 73 4.3 Công nghệ tạo mẫu nhanh LOM 76 4.4 Công nghệ tạo mẫu nhanh SGC 78 4.5 Tạo mẫu nhanh công nghệ in chiều 80 CHƯƠNG V: ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ TẠO MẪU NHANH ĐỂ CHẾ TẠO MỘT SỐ SẢN PHẨM TRÊN MÁY TẠO MẪU SPECTRUM Z510 83 5.1 Các tiêu kỹ thuật máy 83 5.1.1 Thông số kỹ thuật máy Z510 83 5.1.2 Cấu tạo nguyên lý hoạt động máy Spectrum Z510 83 5.2 Tạo mẫu số sản phẩm 86 5.3 Một vài sản phẩm in máy Spectrun Z510 ( Z – Zcorp ) 90 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 91 TÀI LIỆU THAM KHẢO 93 Trần Ngọc Tú Lớp:Tự Động Hóa Thiết Kế Cơ Khí – K46 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT - RE (Reverse Engineering) : Công nghệ thiết kế ngược hay công nghệ đảo chiều, công nghệ chép mẫu - CAD (Compurter Aided Design) : Thiết kế với trợ giúp máy tính (CAD cịn định nghĩa Compurter Aided Drawing – Công cụ trợ giúp vẽ máy vi tính) - CAM (Compurter Aided Manufacturing): Lĩnh vực sử dụng máy tính để tạo chương trình điều khiển hệ thống sản xuất, kể trực tiếp điều khiển thiết bị, hệ thống đảm bảo vật tư, kỹ thuật - CAE (Computer Aided Engineering): Tính tốn kỹ thuật với trợ giúp máy tính CAD CAE thường gắn liền với thiết kế sản phẩm gắn liền với thử nghiệm, mô hoạt động sản phẩm - CAPP (Computer Aided Process Planning): Lĩnh vực sử dụng máy tính trợ giúp thiết kế q trình công nghệ chế tạo sản phẩm (thường gọi chuẩn bị công nghệ) - RP (Rapid Propotyping): Bao gồm phương pháp gia công tạo mẫu nhanh - CNC (Computerized Numerical Control): Máy gia công điều khiển số có trợ giúp máy tính việc vận hành lập trình gia cơng Trần Ngọc Tú Lớp:Tự Động Hóa Thiết Kế Cơ Khí – K46 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ TRONG ĐỒ ÁN STT Tên hình vẽ Trang Hình 1.1 Qui trình lấy mẫu áp dụng cơng nghệ thiết kế ngược 11 Hình 1.2 Quy trình thiết kế thuận Quy trình thiết kế ngược 14 Hình 1.3 Mơ hình hóa chi tiết mặt người 16 Hình 1.4 Phay mặt người máy CNC 16 Hình 1.5 Máy đo đầu đo dùng phương pháp đo tiếp xúc 18 Hình 1.6 Mơ hình máy qt ánh sáng trắng 19 Hình 1.7 Cơng nghệ RE dựng mơ hình CAD cho tác phẩm nghệ thuật 20 Hình 1.8 Ứng dụng cơng nghệ tái tạo lấy mẫu hoa văn thủ cơng 20 Hình 1.9 Ứng dụng RE thiết kế lại sản phẩm khí phức tạp 21 Hình 1.10 Ứng dụng cơng nghệ thiết kế ngược lấy mẫu mặt người động vật 22 Hình 1.11 Ứng dụng RE khảo cổ học 22 Hình 1.12 Ứng dụng RE tạo mảnh sọ não dùng y học 22 Hình 1.13 Sử dụng RE thiết kế nhân vật mơi trường Game 23 Hình 2.1 Mơ hình chi tiết thiết kế lại 24 Hình 2.2 Máy quét ánh sáng trắng ATOS I 25 Hình 2.3 Hình vẽ thể bướ quét mẫu 27 Hình2.4 Kết quét mặt mẫu 28 Hình 2.5 Kết quét mặt mẫu 28 Hình 2.6 Mẫu qt hồn chỉnh nhìn góc độ khác 30 Hình 2.7 Các chế độ làm việc Rapid From 33 Hình 2.8 Các cơng cụ xử lý liệu 34 Hình 2.9 Xử lý liệu quét 35 Trần Ngọc Tú Lớp:Tự Động Hóa Thiết Kế Cơ Khí – K46 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THƠNG VẬN TẢI Hình 2.10 Phân vùng tự động 36 Hình 2.11 Hình ảnh chi tiết sau phân vùng hồn chỉnh 36 Hình 2.12 Hình ảnh chi tiết sau chọn hệ tọa độ hoàn chỉnh 37 Hình 2.13 Tạo bề mặt Surface phane1 37 Hình 2.14 Phác thảo biên dạng khối đặc 38 Hình 2.15 Biểu tượng lệnh Mesh Sketch 38 Hình 2.16 Biên dạng Sketch chủa khối đặc 38 Hình 2.17 Tạo khối đặc lệnh Extrude 39 Hình 2.18 Mơ hình kết bước 39 Hình 2.19 Xây dựng bề mặt Surface Sphere1 40 Hình 2.20 Một số bề mặt Surface khác 40 Hình 2.21 Xây dựng bề mặt Surface Cylinder1 41 Hình 2.22 Tạo bề mặt lệnh Surface Offset 41 Hình 2.23 Mơ hình tổng thể bề mặt tạo 42 Hình 2.24 42 Hình 2.25 Bề mặt Surface trước sau thực lệnh Trim Surface Bề mặt Surface sau cắt 43 Hình 2.26 Mơ hình khối trước sau thực lệnh cắt 43 Hình 2.27 Kết mơ hình sau lệnh Cut 44 Hình 2.28 Dán bề mặt lệnh Sew 44 Hình 2.29 44 Hình 2.30 Mặt chi tiết trước sau thự lệnh Boolean Thao tác lệnh Hollow 44 Hình 2.31 Kết tạo độ dày cho cạnh từ dừ liệu Scan 45 Hình 2.32 Các phần cần thiết kế bước 46 Hình 2.33 Mơ hình kết bước 46 Hình 2.34 Qui trình xây dựng khối trụ trịn 47 Hình 2.35 Mơ hình kết mặt chi tiết 48 Hình 2.36 Mặt chi tiết số hóa 49 Trần Ngọc Tú Lớp:Tự Động Hóa Thiết Kế Cơ Khí – K46 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THƠNG VẬN TẢI Hình 2.37 Mơ hình cần dựng lại bước nhìn góc độ khác 50 Hình 2.38 Tạo mặt phẳng sử dụng lệnh Surface Offset Extend 50 Hình 2.39 Các mặt phẳng tạo Surface Offset 51 Hình 2.40 Kết lần cắt thứ 51 Hình 2.41 Kết lần cắt thứ 51 Hình 2.42 Tạo mặt phẳng Surface Extrude 52 Hình 2.43 Mặt phẳng tạo dùng để cắt khối 52 Hình 2.44 Kết bước tạo hốc cho chi tiết 52 Hình 2.45 Tạo khối trụ trịn từ số liệu số hóa 53 Hình 2.46 Qui trình thực bước 53 Hình 2.47 Mơ hình kết bước bước5 54 Hình 2.48 Chỉnh sửa lệnh Fillet 55 Hình 2.49 Tồn mặt chi tiết 56 Hình 2.50 Tồn mặt chi tiết 56 Hình 2.51 Cửa sổ Export 57 Hình 2.52 Sơ đồ đánh giá sai số 58 59 Bảng 2.53 Các dụng cụ đo xác Hình 2.54 Hình 2.55 Hình 2.56 Hình 2.57 Hình 2.58 Hình 4.1 Trần Ngọc Tú Đánh giá sai số mơ hình CAD(mặt trên) thiết kế với liệu số hóa Đánh giá sai số mơ hình CAD(mặt dưới) thiết kế với liệu số hóa Bản đố màu cập nhật mơ hình sau giảm giới hạn dung sai Accuracy Analyzer hỗ trợ bắt điểm , tạo phác thảo 3D Một vài mơ hình CAD xây dựng lại phần mềm Rapidfom XO Máy tạo mẫu nhanh SLA 60 61 61 62 63 71 Lớp:Tự Động Hóa Thiết Kế Cơ Khí – K46 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THƠNG VẬN TẢI Hình 4.2 Ngun lý hoạt động phương pháp SLA 72 Hình 4.3 Máy tạo mẫu nhanh SLS 73 Hình 4.4 Nguyên lý hoạt động phương pháp SLS 74 Hình 4.5 Nguyên lý hoạt động phương pháp LOM 76 Hình 4.6 Máy in chiều 80 Hình 4.7 Cấu tạo máy in chiều 81 Hình 5.1 Hình 5.2 Bảng 5.3 Cấu tạo thiết bị tạo mẫu nhanh Spectrum Z510 3D Printer Cấu tạo thiết bị tạo mẫu nhanh Spectrum Z510 3D Printer Cấu tạo thiết bị làm chi tiết mẫu, hồn thiện lần cuối ZD 83 84 84 Hình 5.4 Sơ đồ nguyên lý hoạt động thiết bị Spectrum Z510 85 Hình 5.5 Mơ hình CAD chi tiết dùng để tạo mẫu 86 Hình 5.6 Các bược chuẩn bị cho máy tạo mẫu nhanh 87 Hình 5.7 Phần mềm máy in Spectrum Z510 87 Hình 5.8 Mơ hình CAD gọi vào phần mềm 88 Hình 5.9 Thiết lập chế độ in cho máy 88 Hình 5.10 In chi tiết 89 Hình 5.11 Lấy mẫu làm mẫu in 89 Hình 5.12 Hình 5.13 Trần Ngọc Tú Một vài sản phẩm khí in máy tạo mẫu nhanh Sản phẩm tạo mẫu nhanh lĩnh vực kiến trục công nghệ thông 90 90 Lớp:Tự Động Hóa Thiết Kế Cơ Khí – K46 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI LỜI NÓI ĐẦU Ngày nay, với phát triển vượt bậc khoa học kỹ thuật đặc biệt khoa học máy tính làm thay đổi mặt đời sống xã hội.Từ kỷ 20, cơng nghệ máy tính đưa vào áp dụng sản xuất góp phần tự động hóa sản xuất, giải phóng sức lao động cho người, tăng suất chất lượng sản phẩm Theo đời phương thức sản xuất có trợ giúp máy tính máy cơng cụ tích hợp điều khiển số Ở Việt Nam, ngồi việc cơng nghệ CAD /CAM phát triển, ứng dụng rộng rãi xí nghiệp, nhà máy Thì vài năm trở lại công nghệ tạo mẫu nhanh (RPM) bước đầu nghiên cứu ứng dụng viện nghiên cứu, trung tâm công nghệ cao Công nghệ tạo mẫu nhanh (RPM) tổ hợp CAD, kỹ thuật thiết kế ngược RE (Reverse Engineering), tạo mẫu nhanh RP (Rapid Prototyoing) kỹ thuật chế tạo nhanh RT(Rapid Tooling) mà RP kỹ thuật chủ chốt Kỹ thuật RPM kỹ thuật tạo nên sản phẩm mới, phù hợp với xu tồn cầu hóa phương diện thị trường thương mại sản xuất, đa dạng hóa sản phẩm, đổi sản phẩm mẫu mã nhanh, sản phẩm cơng nghệ cao, phù hợp với tính cạnh tranh thị trường ngày khốc liệt Đồ án "Nghiên cứu công nghệ thiết kế ngược ứng dụng vào trình tạo mẫu nhanh" tập chung vào nghiên cứu nắm bắt qui trình cơng nghệ thiết kế ngược ứng dụng vào trình tạo mẫu nhanh, để bắt kịp phát triển công nghệ Nội dung đồ án chia làm phần : ƒ Phần I : Công nghệ thiết kế ngược ứng dụng thiết kế lại số chi tiết lĩnh vực khí ƒ Phần II : Công nghệ tạo mẫu nhanh Trong trình làm đồ án cố gắng hạn chế kiến thức thiết bị nên không tránh khỏi thiếu sót Em mong góp ý, bổ xung, đóng góp ý kiến thầy bạn đọc để đồ án hoàn thiện Em xin chân thành cảm ơn thầy giáo Trương Hồng Quang trưởng môn Thiết Kế Máy, tồn thể thầy mơn Thiết Kế Máy trường ĐHGTVT tận tình giúp đỡ, bảo, tạo điều kiện suốt thời gian qua để em hồn thành đồ án Em xin chân thành cảm ơn ! Sinh viên : Trần Ngọc Tú Trần Ngọc Tú Lớp:Tự Động Hóa Thiết Kế Cơ Khí – K46 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI PHẦN I: CÔNG NGHỆ THIẾT KẾ NGƯỢC (REVERSE ENGINEERING) VÀ ỨNG DỤNG THIẾT KẾ LẠI MỘT SỐ CHI TIẾT TRONG LĨNH VỰC CƠ KHÍ CHƯƠNG I : TỔNG QUAN VỀ CƠNG NGHỆ THIẾT KẾ NGƯỢC 1.1 Giới thiệu công nghệ thiết kế ngược 1.1.1 Khái niệm Trong lĩnh vực sản xuất, thông thường để chế tạo sản phẩm, người thiết kế đưa ý tưởng sản phẩm đó, phác thảo sản phẩm, q trình tính tốn thiết kế, chế thử, kiểm tra, hồn thiện phác thảo, để đưa phương pháp tối ưu, cuối công đoạn sản xuất sản phẩm Đây chu trình sản xuất truyền thống, phương pháp sản xuất áp dụng từ bao kỷ Phương pháp cịn gọi cơng nghệ sản xuất thuận(Forward Enineering) Trong vài chục năm trở lại với phát triển với phát triển công nghệ, xuất dạng sản xuất theo chu trình mới, ngược với sản xuất truyền thống, chế tạo sản phẩm theo dựa sản phẩm có sẵn Quy trình gọi công nghệ thiết kế ngược (Reverse Engineering) hay hiểu công nghệ chép mẫu hay công nghệ chế tạo ngược Công nghệ đời dựa nhu cầu sản xuất thực tế, người ta cần chế tạo sản phẩm theo mẫu có sẵn mà chưa (hoặc khơng) có mơ hình CAD tương ứng chi tiết không rõ xuất xứ, phù điêu, phận thể người, động vật Hay đơn giản chép lại kết sản phẩm khẳng định tên tuổi thị trường (để giảm chi phí chế tạo mẫu) để cải tiến sản phẩm theo hướng Để tạo mẫu sản phẩm này, trước người ta phải đo đạc vã phác lại dựng sáp, thạch cao để in mẫu Các phương pháp cho độ xác khơng cao, tốn nhiều thời gian công sức, đặc biệt chi tiết phức tạp Ngày người ta sử dụng máy qt hình để số hóa hình dáng chi tiết sau phần mềm CAD/CAM chuyên dụng để xử lý liệu số hóa cuối tạo mơ Trần Ngọc Tú Lớp:Tự Động Hóa Thiết Kế Cơ Khí – K46 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THƠNG VẬN TẢI hình CAD 3D cho chi tiết với độ xác cao Mơ hình CAD chỉnh sửa cần Trên phạm vi rộng công nghệ thiết kế ngược định nghĩa hoạt động bao gồm bước phân tích để lấy thơng tin sản phẩm có sẵn (bao gồm thông tin chức phận, đặc điểm kết cấu hình học, vật liệu, tính cơng nghệ) sau tiến hành khơi phục lại mơ hình CAD cho chi tiết phát triển thành sản phẩm mới, sử dụng CAD/RP/CNC để chế tạo sản phẩm Công nghệ thiết kế ngược ứng dụng nhiều lĩnh vực hóa học, điện tử, xây dựng, khí, y học, nghệ thuật Ví dụ xây dựng, học hỏi kỹ thuật thiết kế thi cơng cơng trình hồn thiện (Succeessful building/brige) giới để giảm thiểu sai sót Giảm thời gian thiết kế tăng thêm ưu việt cho cơng trình Trong lĩnh vực khí chế tạo, cơng nghệ thiết kế ngược định nghĩa hoạt động tạo sản phẩm từ mẫu sản phẩm cho trước mà khơng có vẽ thiết kế bị hay không rõ dàng Sản phẩm tạo sở khôi phục nguyên vẹn phát triển lên từ thực thể ban đầu Từ đời vào năm 90 kỷ trước, công nghệ thiết kế ngược ( Reverse Engineering) nghiên cứu, áp dụng nhiều lĩnh vực phát triển nhanh sản phẩm, đặc biệt lĩnh vực thiết kế mơ hình 3D từ mơ hình có sẵn nhờ trợ giúp máy tính Kỹ thuật thiết kế ngược ngày phát triển theo phát tiển phần mềm CAD/CAM Nó ln quan tâm liên tục cải tiến để đáp ứng để đáp ứng nhu cầu xã hội nhiều lĩnh vực sản xuất RE trở thành phận quan trọng sản xuất Đã có nhiều cơng ty nhiều quốc gia ứng dụng hiệu thành cơng cơng nghệ Có thể thấy Trung Quốc điển hình Nhiều sản phẩm xe máy, tơ, máy móc hàng loạt đồ gia dụng, đồ chơi sản xuất dựa chép mẫu có sẵn thị trường hãng tiếng Nhật, Hàn Quốc Honda, Misubishi, Toyota (Hình 1.1 ví dụ minh họa) Trần Ngọc Tú 10 Lớp:Tự Động Hóa Thiết Kế Cơ Khí – K46 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI * Một số ưu nhược điểm phương pháp SGC - Ưu điểm: + Hệ thống xử lý song song: trình tạo mẫu xử lý tinh xảy song song tiết kiệm thời gian từ 25-50%, giảm ứng suất bên độ cong vênh sản phẩm + Không cần thiết kế kết cấu hỗ trợ + Đặc tính sản phẩm đồng + Có thể chế tạo lúc nhiều sản phẩm - Nhược điểm: + Giá thành cao, thiết bị làm việc ồn + Vật liệu sử dụng bị hạn chế + Phải qua giai đoạn hậu xử lý + Chi phí vận hành bảo trì cao + Phải lấy sáp khỏi sản phẩm chế tạo xong 79 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI 4.5 Tạo mẫu nhanh công nghệ in chiều Công nghệ in chiều (3D Printing Technology) sản phẩm hãng Zcoporation Mỹ hãng chuyên cung cấp, sản xuất cung cấp thiết bị tạo mẫu nhanh với cơng nghệ in chiều có tốc độ nhanh nay.Cơng nghệ chế tạo sản phẩm mẫu nhanh, dễ dàng với chi phí thấp từ liệu dạng CAD dạng kỹ thuật số khác Thiết bị in chiều sử dụng cơng nghệ kết dính vật liệu bột phát minh sáng chế Ely Sachs học viện công nghệ Massachusetts (MIT) mỹ để chế tạo chi tiết trực tiếp từ file liệu số Hình 4.6: Máy in chiều 80 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI * Nguyên lý làm việc Phương pháp 3D Printing hoạt động theo nguyên tắc in “phun mực” Một loại mực keo đặc biệt phun lên lớp bột nhựa trải phẳng hoá cứng Như chúng tạo lớp lớp tạo vật thể Hình 4.7: Cấu tạo máy in chiều Công nghệ thực qua bước : - Đầu tiên thiết bị trải lớp bột mỏng - Sau đầu phun chất dính kết để tạo mặt tiết diện ngang chi tiết sản phẩm - Lúc piston hạ xuống bậc tạo không gian cho lớp (mặt tiết diện mới) hình thành - Quá trình lặp lại toàn chi tiết sản phẩm hình thành - Sau hồn thành chi tiết sản phẩm bao bọc lớp bột thừa, lúc việc rung lắc nới lỏng bột để lấy chi tiết sản phẩm Bột thừa tái sử dụng 81 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI * Một số ưu nhược điểm công nghệ in 3D - Ưu điểm: + Tốc độ hình thành sản phẩm nhanh, gấp 5-10 lần so với công nghệ khác + Chi phi đầu tư sở hữu thấp lĩnh vực công nhgệ tạo mẫu nhanh + Chi phí nguyên vật liệu chi phí sản xuất thấp + Đa dạng vật liệu chế tạo ứng dụng + Có thể in vật có cấu tạo hình học phức tạp mà khơng cần giá đỡ + Dễ dàng chuẩn bị, sử dụng, bảo dưỡng + Là cơng nghệ tạo mẫu có đầy đủ màu sắc lên đến hàng triệu màu + Công nghệ in 3D cho phép chế tạo sản phẩm đa dạng từ vật liệu khác nhau, màu sắc khác nhau, khối lượng kích thước với tỷ lệ khác so với chi tiết sản phẩm thật Ngồi cịn có phương pháp khác: 3DP, DSPC, BPM, DFL, SDM, MSDM, FDM 82 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI CHƯƠNG V: ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ TẠO MẪU NHANH ĐỂ CHẾ TẠO MỘT SỐ SẢN PHẨM TRÊN MÁY TẠO MẪU SPECTRUM Z510 5.1 Các tiêu kỹ thuật máy 5.1.1 Thông số kỹ thuật máy Z510 - Độ dày lớp cắt mẫu: 0,089 – 0,203 mm - In chiều màu sắc thực - Tốc độ in màu: lớp/phút - Kích thước mẫu lớn nhất: 254 x 356 x 203 mm - Độ phân giải: 600 x 540 DPI - Có thể tạo nhiều mẫu lúc - Số đầu tia phun 1216 - In màu: RGB full colour, 16 triệu màu 5.1.2 Cấu tạo nguyên lý hoạt động máy Spectrum Z510 Hệ thống pitton cấp bột chế tạo Hình 5.1 : Cấu tạo thiết bị tạo mẫu nhanh Spectrum Z510 3D Printer 83 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI Hình 5.2 : Cấu tạo thiết bị tạo mẫu nhanh Spectrum Z510 3D Printer Hình 5.3 : Cấu tạo thiết bị làm chi tiết mẫu, hoàn thiện lần cuối ZD 84 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI * Nguyên lý hoạt động - Thiết bị tạo mẫu nhanh Spectrum Z510 dùng để tạo chi tiết mẫu có màu sắc thực khuôn đúc kim loại Thiết bị chế tạo dựa phương pháp in chiều Phương pháp hình thành sau: - Đầu tiên lăn gạt để rải bột mặt chế tạo Đầu in phun chất kết dính nhằm liên kết hạt bột với để tạo mặt cắt ngang vật thể Sau piston cấp bột nâng lên cịn piston chế tạo lùi xuống khoảng chiều dày lớp in Quá trình tiếp tục chi tiết tạo xong Hình 5.4: Sơ đồ nguyên lý hoạt động thiết bị Spectrum Z510 - Kết hợp với việc ứng dụng công nghệ CAD thiết kế 3D chế tạo chi tiết có hình dạng phức tạp bất kỳ, mà gia cơng phương pháp khác khó khăn chí khơng thể Đặc biệt chế tạo cấu trúc bên phức tạp, thành mỏng chi tiết lắp ghép với lần gia cơng Nó cho phép sửa đổi thiết kế chi tiết đơn giản - Thiết bị sử dụng phương pháp in chiều, không làm biến đổi trạng thái vật liệu nên độ xác chế tạo đạt cao - Đặc biệt, kết hợp với việc ứng dụng thiết bị đo chiều CMM chế tạo chi tiết có hình dạng giống chi tiết mẫu với độ xác cao 85 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI 5.2 Tạo mẫu số sản phẩm Bước 1: Thiết lập mơ hình CAD chi tiết mẫu (chính mơ hình kết xây dựng chương II) Hình 5.5 : Mơ hình CAD chi tiết dùng để tạo mẫu Bước 2: Chuẩn bị máy tạo mẫu nhanh Cho bột buồng cấp bột Cho keo kết dính vào bình Cán phẳng bột để tạo ban đầu 86 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI Cho chất tẩy rửa vào bình Vệ sinh trạm rửa đầu in Chuyển máy sang chế độ làm việc online Hình 5.6 : Các bược chuẩn bị cho máy tạo mẫu nhanh Bước 3: Khởi động phần mềm Zprint Hình 5.7 : Phần mềm máy in Spectrum Z510 87 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THƠNG VẬN TẢI Bước 4: Nhập mơ hình CAD tạo hiệu chỉnh lại mơ hình Hình 5.8 : Mơ hình CAD gọi vào phần mềm Bước 5: Thiết lập chế độ in cho máy Nhấn chuột trái vào File chọn 3D Print Setup → Hộp thoại xuất Chọn loại máy in mục Printer cách kích chuột trái vào Select Printer → cửa số thứ chọn máy mục Offline Spectrum → Chọn OK → chọn độ dày cho lượt in mục Layer Thickness → Kích chọn OK kết thúc việc thiết lập chế độ in Hình 5.9 : Thiết lập chế độ in cho máy 88 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI Bước 6: In chi tiết mẫu Nhấn chuột trái vào File chọn Print 3D Hình 5.6 : In chi tiết Hình 5.10 : In chi tiết Bước 7: Lấy mẫu hồn thiện lần cuối Hình 5.11 : Lấy mẫu làm mẫu in 89 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI 5.3 Một vài sản phẩm in máy Spectrun Z510 ( Z – Zcorp ) *Sản phẩm lĩnh vực khí Hình 5.12 : Một vài sản phẩm khí in máy tạo mẫu nhanh * Sản phẩm lĩnh vự kiến trúc Hình 5.13 : Sản phẩm tạo mẫu nhanh lĩnh vực kiến trục công nghệ thông tin 90 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Sau tháng thực đồ án, hướng dẫn tận tình thầy mơn Thiết Kế Máy chúng em hồn thành đồ án theo thời gian qui định … Đối chiếu kết đạt với nhiệm vụ đồ án, em đánh giá chung kết đạt sau: Đã hoàn thành hiệm vụ đặt ra: Đó tìm hiểu nắm bắt cơng nghệ thiết kế ngược, công cụ thiết bị hỗ trợ cho trình thiết kế, chế tạo ngược Và áp dụng thiết bị công cụ vào trình tạo mẫu sản phẩm Đồ án thực đầy đủ nội dụng quy định Bao gồm: - Tìm hiểu khái niệm, quy trình, ứng dụng cơng nghệ thiết kế ngược sản xuất - Tìm hiểu sử dụng thiết bị số hóa ATOS I - Sử dụng phần mềm thiết kế ngược XOR để xây dựng lại mơ hình CAD cho mẫu sản phẩm từ liệu số hóa - Tìm hiểu cấu tạo, nguyên lý hoạt động số phương pháp tạo mẫu nhanh điển hình - Quy trình tạo sản phẩm máy tạo mẫu nhanh SPECTRUM Z510 3.Hạn chế đồ án Mặc dù cố gắng tìm hiểu nghiên cứu kỹ song lĩnh vực mẻ, thiếu trang thiết bị hạn chế kiến thức nên có số vấn đề em đánh giá chưa sâu việc đánh giá sai số thiết kế phương pháp đo trực tiếp Sản phẩm tạo đạt độ bóng chưa cao, chưa sử dụng (Do chưa có vật liệu phù hợp) Kiến nghị : Là sinh viên chuẩn bị tốt nghiệp, đồ án tốt nghiệp thực mang lại cho em nhiều kiến thức kinh nghiệm quý báu Thông qua đồ án em học nhiều điều mẻ, có nhìn sâu sắc tổng quan chế tạo, sản xuất sản phẩm thực tế Đồ án " Nghiên cứu công nghệ thiết kế ngược ứng dụng vào trình tạo mẫu nhanh " Đã giúp em tổng hợp kiến thức nhiều môn học chi tiết máy, dung sai, công nghệ kim loại, 91 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI CAD/CAM/CAE… Đây sở quan trọng công tác nghiên cứu, chế tạo ứng dụng CAD/CAM/CAE vào sản xuất công nghiêp Sản xuất theo công nghệ tạo mẫu nhanh thực có nhiều ứng dụng thực tế trở thành xu hướng sản xuất Do vây mà cần quan tâm, phát triển để góp phần đưa công nghệ Việt Nam bắt kịp giới Mặc dù nỗ lực cố gắng song thời gian hạn chế nên đồ án em không tránh khởi thiếu xót, nhiên em tự đánh giá hoàn thành nhiệm vụ đặt 92 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] PGS.TS Trương Tất Đích, Chi tiết máy (Tập tập 2) (2001), Nhà xuất Giao thông vận tải, Hà Nội [2] PGS.TS An Hiệp, PGS.TS Trần Vĩnh Hưng, KS Nguyễn Văn Thiệp (2003), Phần mềm thiết kế công nghiệp Autodesk Inventor, Nhà xuất khoa học kỹ thuật, Hà Nội- Năm 2007 [3] PGS.TS An Hiệp, PGS.TS Trần Vĩnh Hưng, Dung sai đo lường Cơ Khí, Nhà xuất Giao thông vận tải, Hà Nội [4] PGS.TS An Hiệp , PGS.TS Trần Vĩnh Hưng, Thiết kế chi tiết máy máy vi tính , Nhà xuất Giao thơng vận tải, Hà Nội, Năm 2006 [5] Tài liệu công nghệ đo 3D, Công nghệ Scan 3D hang GOM – http: www.gom.com [6] Tài liệu phần mềm thiết kế ngược Reverse Engineerung hãng Rapidform – http : www.rapidform.com [7] Tài liệu máy in 3D Spectrum Z510 hãng Zcorp – http: www.Zcorp.com 93