Nghiên cứu thiết kế và chế tạo tay máy gia nhiệt cho khuôn ép nhựa trong qui trình chế tạo thiết bị y sinh lab on chip loc

TRƯỜNG ĐH SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM ỦY BAN NHÂN DÂN THÀNH PHỐ SỞ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ BÁO CÁO NGHIỆM THU ĐỀ TÀI *** CHƢƠNG TRÌNH CHẾ TẠO ROBOT CÔNG NGHIỆP ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO TAY MÁY GIA NHIỆT CHO KHUÔN ÉP NHỰA TRONG QUI TRÌNH CHẾ TẠO THIẾT BỊ Y SINH “LAB on CHIP – LOC” Chủ nhiệm đề tài: PGS TS ĐỖ THÀNH TRUNG Đồng chủ nhiệm: TS PHẠM SƠN MINH Đơn vị chủ trì: Đại học Sƣ phạm Kỹ thuật Tp.HCM Đơn vị quản lý: Sở Khoa học Công nghệ Tp.HCM Thành phố Hồ Chí Minh, tháng 11 năm 2016 MỤC LỤC TÓM TẮT NỘI DUNG NGHIÊN CỨU SUMMARY OF RESEARCH CONTENT I THÔNG TIN CHUNG VỀ ĐỀ TÀI Tên đề tài Thời gian thực Cấp quản lý Thuộc Chương trình 5 Tổng vốn thực đề tài: Chủ nhiệm đề tài Đơn vị chủ trì thực đề tài Các thành viên tham gia thực đề tài: Tóm tắt Các nội dung theo đăng ký ban đầu đề tài Nội dung 1: Nghiên cứu công nghệ gia nhiệt khuôn phun ép micro 21 1.1 Tổng quan cơng nghệ khn ép phun kích thước micro 22 1.2 Phương án thực tay máy 30 1.3 Mục tiêu đề tài 33 Nội dung 2: Thiết kế, chế tạo thực nghiệm ảnh hưởng thông số đến hiệu phương pháp gia nhiệt khí nóng 36 2.1 Thiết kế tay máy bậc tự 37 2.2 Khối gia nhiệt 38 2.3 Mạch điều khiển 43 2.4 Thử nghiệm trình gia nhiệt tay máy bậc tự 47 Nội dung 3, 6: Nghiên cứu, thiết kế chế tạo gia nhiệt dùng cho tay máy với cổng phun 61 3.1 Thiết kế gia nhiệt cho khí 62 3.1.1 Thiết kế gia nhiệt loại vòi phun 64 3.1.2 Thiết kế gia nhiệt loại vòi phun 66 3.2 Chế tạo gia nhiệt cho khí 67 3.2.1 Quy trình cơng nghệ gia công cổng phun 67 3.2.2 Quy trình cơng nghệ gia cơng tấm cổng phun 70 3.2.3 Quy trình cơng nghệ gia cơng tấm cổng phun 74 3.2.4 Quy trình cơng nghệ gia công cổng phun 75 3.2.5 Quy trình cơng nghệ gia cơng trung gian cổng phun 78 Nội dung 5, 7, 8, 10: Tính tốn, thiết kế, chế tạo hệ thống truyền động cho tay máy 81 4.1 Tính tốn thiết kế tay máy gia nhiệt bậc tự 82 4.1.1 Tính tốn cụm trục Z 82 4.1.2 Tính tốn chọn đai rang trục Z 90 4.1.3 Tính tốn ray dẫn hướng trục Z 94 4.1.4 Thiết kế, chế tạo khung gắn gia nhiệt cho khí tay máy 98 4.1.5 Kết thiết kế trục Z 104 4.2 Tính tốn cụm trục X 104 4.3 Tính tốn cụm trục Y 121 4.4 Kết thiết kế tay máy gia nhiệt bậc tự 138 4.5 Kiểm nghiệm bền số cấu 139 4.6 Chế tạo tay máy bậc tự 145 4.6.1 Chế tạo lắp ráp cụm trục Y 145 4.6.2 Chế tạo lắp ráp cụm trục X 150 4.6.3 Chế tạo lắp ráp cụm trục Z 157 4.7 Hình ảnh sản phẩm lắp ráp tay máy gia nhiệt bậc tự 159 Nội dung 11: Tính tốn, thiết kế chế tạo hệ thống điều khiển tay máy 166 5.1 Giới thiệu 167 5.2 Hệ thống điều khiển trung tâm 168 5.3 Hệ thống lái động (các driver) 175 5.4 Hệ thống điều khiển cầm tay (teach pendant) 180 5.5 Lưu đồ điều khiển 184 5.5 Hệ thống đóng mở dịng khí nóng 193 Nội dung 12 , 13 14: Thiết kế, chế tạo khuôn micro chip LoC 194 6.1 Thiết kế sản phẩm 195 6.2 Tách khuôn 196 6.3 Thiết kế hồn chỉnh khn âm với kết cấu insert cho lịng khn gia nhiệt khí 199 6.4 Thiết kế hoàn chỉnh khuôn cố định 200 6.5 Gia công khuôn 201 Nội dung 15 16: Thực nghiệm phân tích kết 225 7.1 Mơ tả thí nghiệm 226 7.2 Kết kiểm nghiệm 227 III TỰ NHẬN XÉT VÀ ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC TRONG KỲ ĐẾN BÁO CÁO SO VỚI VỚI HỢP ĐỒNG VÀ THUYẾT MINH BAN ĐẦU 240 IV TÌNH HÌNH SỬ DỤNG KINH PHÍ TÍNH ĐẾN NGÀY BÁO CÁO 241 V ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ VỀ KINH TẾ, XÃ HỘI CỦA ĐỀ TÀI, ĐẶC BIỆT NHẤN MẠNH PHẦN NỘI DUNG VÀ KINH PHÍ NGÂN SÁCH HỖ TRỢ 242 VI KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 245 TÓM TẮT NỘI DUNG NGHIÊN CỨU Qua trình nghiên cứu, đề tài “Nghiên Cứu Thiết Kế Chế Tạo Tay Máy Gia Nhiệt Cho Khn Ép Nhựa Trong Qui Trình Chế Tạo Thiết Bị Y Sinh LAB on CHIP – LOC” tiến hành nghiên cứu thiết kế chế tạo tay máy gia nhiệt khí nóng cho khn phun ép nhựa Ngoài ra, nhằm kiểm định khả hoạt động tay máy, khuôn phun ép sản phẩm Chip LoC tiến hành thiết kế chế tạo Với hệ thống gia nhiệt tiến hành thiết kế chế tạo, cánh tay gia nhiệt cho phép di chuyển khối gia nhiệt với tốc độ cao đưa vào rút khỏi không gian ép Ngoài ra, thiết bị cho phép gia nhiệt tại nhiều vị trí khác nhau, gia nhiệt vùng định Qua đề tài nghiên cứu này, nhóm nghiên cứu sử dụng cánh tay máy chứng minh khả tăng hiệu suất gia nhiệt cho khn cách tự động hóa tối ưu hóa quãng di chuyển thiết bị gia nhiệt Nhóm bước thử nghiệm hiệu gia nhiệt việc điều khiển cánh tay máy chuyển động theo 1, đến bậc tự Trên sở đó, nhóm đưa đánh giá hiệu việc tạo quỹ đạo di chuyển khác thiết bị gia nhiệt dựa theo hình dạng khn khác Q trình thử nghiệm ban đầu cho thấy tay máy có khả gia nhiệt cho lịng khn từ 35 0C đến 150 0C thời gian 15 s ứng với tốc độ gia nhiệt 7.66 C/s Bộ khuôn phun ép chip LoC vật liệu nhựa PC chế tạo với lịng khn Kết thực nghiệm cho thấy trình phun ép có hỗ trợ gia nhiệt khí nóng cho sản phẩm đạt yêu cầu kích thước, cải thiện nhiều khuyết tật trước SUMMARY OF RESEARCH CONTENT Base on the researching with the topic of “Design and manufacture the air heating robot for injection mold of biomedical devide - LAB on CHIP – LoC”, the researchers designed and manufactured the air heating robot for injection molding In addition, for observing the ability of robot, the injection mold of chip LoC was designed and built With the air heating system was designed, the robotic arm can move the heating system with a high speed in the heating step On the other way, this system can also heat cavity mold with many positions at the same time, or step by step According to this research, the heating efficiency of air heating robot was proved by the automatic and optimization the motion of heating block The heating efficiency also tested by 1, 2, and axes Base on these results, the moving method was also concluded that based on the mold geometries The experimental results showed that the mold temperature could increase from 35 0C to 150 0C with the heating time of 15 s, so, the heating rate was about 7.66 0C/s The mold of LoC chip with the PC material was built with two cavities The testing results showed that the injection molding process with the air heating could product the chip with dimensions satifying the requirements In addition, this process could improve many troubles in the common process I THÔNG TIN CHUNG VỀ ĐỀ TÀI Tên đề tài NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO TAY MÁY GIA NHIỆT CHO KHUÔN ÉP NHỰA TRONG QUI TRÌNH CHẾ TẠO THIẾT BỊ Y SINH “LAB on CHIP – LOC” Thời gian thực 18 tháng (Từ 06/2015 đến 12/2016) Cấp quản lý Thành phố Cơ sở Thuộc Chương trình Chương trình Chế tạo Robot Công nghiệp Tổng vốn thực đề tài: 1.706.000.000 đồng (Một tỉ bảy trăm lẻ sáu triệu đồng) Trong đó: Nguồn Kinh phí (triệu đồng) - Từ Ngân sách nghiệp khoa học: 1.150 - Đơn vị chủ trì (tự có, huy động, khác…): 6.1 Chủ nhiệm đề tài Chủ nhiệm: PGS TS Đỗ Thành Trung - Năm sinh: 22/11/1977 - Học vị: Tiến Sỹ - Chức danh khoa học: Phó Giáo Sư - Chức vụ: Phó Trưởng phịng Khoa học Cơng nghệ 556 - Địa quan cơng tác: Phịng Khoa học Công nghệ, Trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật Tp.Hồ Chí Minh – Số 01, Võ Văn Ngân, Quận Thủ Đức, Thành phố Hồ Chí Minh - Điện thoại : 0989881588 - Email 6.2 : trungdt@hcmute.edu.vn Đồng chủ nhiệm: TS Phạm Sơn Minh - Năm sinh: 22/11/1982 - Học vị: Tiến Sỹ - Chức danh khoa học: - Chức vụ: Trưởng ngành Cơ khí Chế tạo máy CNKT Cơ khí - Địa quan cơng tác: Khoa Đào tạo Chất lượng cao, Trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật Tp.Hồ Chí Minh - 01Võ Văn Ngân, Quận Thủ Đức, Thành phố Hồ Chí Minh - Điện thoại : 0938226313 - Email 6.3 : minhps@hcmute.edu.vn Thư ký đề tài: ThS Trần Minh Thế Uyên - Năm sinh: 1981 - Học vị: Thạc Sỹ - Chức danh khoa học: - Chức vụ: Giảng viên Khoa Cơ khí Chế tạo máy - Địa quan công tác: Khoa Cơ khí Chế tạo máy, Trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật Tp.Hồ Chí Minh - 01Võ Văn Ngân, Quận Thủ Đức, Thành phố Hồ Chí Minh - Điện thoại : 0993178491 - Email : uyentmt@hcmute.edu.vn Đơn vị chủ trì thực đề tài Tên đơn vị chủ trì đề tài : Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP Hồ Chí Minh Họ tên thủ trưởng đơn vị : PGS TS Đỗ Văn Dũng Điện thoại: 08 3896 8641 Fax: 08 3896 4922 E-mail : dodzung@hcmute.edu.vn Website : www.hcmute.edu.vn Địa chỉ: Số 01, Võ Văn Ngân, Quận Thủ Đức, Thành phố Hồ Chí Minh Số tài khoản: 3713.0.1055501.00000 Tại Kho bạc Kho bạc nhà nước Thủ Đức, Thành phố Hồ Chí Minh Mã quan hệ ngân sách: 1055501; Mã số thuế: 0302721706 Tên quan quản lý đề tài: Sở Khoa học Công nghệ TP HCM Các thành viên tham gia thực đề tài: Thời gian Đơn vị Họ tên STT công tác Nội dung làm việc công việc cho đề tài tham gia (Số tháng quy đổi1) PGS TS Đỗ Thành Trung TS Phạm Sơn Minh PGS.TS Nguyễn Trường ĐH SPKT TP 1, 2, 3, 4, 5, HCM 6,7, 8, ĐH SPKT TP 10, 11, 12, 13, HCM ĐH SPKT TP 2, 3, 4, 15, 16, Thịnh PGS.TS Đặng Thành Trung ThS Lê Tấn Cường ThS Trần Minh Thế Uyên 14, 15, 16, 17 HCM ĐH SPKT TP HCM ĐH SPKT TP HCM ĐH SPKT TP HCM 17 14 13 10, 11, 12, 13 15, 16 2, 3, 4, 5 14, 15, 16 Cao đẳng ThS Phan Thế Nhân nghề Kỹ thuật Công nghệ Một (01) tháng quy đổi tháng gồm 22 ngày làm việc x tiếng TP HCM ThS Huỳnh Đỗ Song Toàn ThS Nguyễn Văn Sơn ĐH SPKT TP 8, 11, 12, 13, HCM 14 ĐH SPKT TP HCM 12, 13 3, TNHH Kỹ ThS Hồ Ngọc Thế Quang 10 Thuật Đồng Thuận Phát Tóm tắt Các nội dung theo đăng ký ban đầu đề tài 9.1 Các nội dung đăng ký ban đầu theo Thuyết minh hợp đồng DANH MỤC SẢN PHẨM KH-CN DẠNG KẾT QUẢ III, IV TT Tên tài liệu Số lượng Bài báo đăng kỷ yếu hội nghị nước tạp chí chun ngành có tính điểm GS/PGS 02 Tập vẽ thiết kế khuôn Ghi 01 Bản vẽ thiết kế chi tiết 2D 3D Tập vẽ tay máy gia nhiệt 01 Bản vẽ thiết kế chi tiết 2D 3D Đào tạo học viên Cao học 02 HVCH tại trường ĐH SPKT TP HCM Đăng ký giải pháp hữu ích 01 DANH MỤC SẢN PHẨM KH-CN DẠNG KẾT QUẢ I, II TT Tên sản phẩm Số lượng Chỉ tiêu kinh tế, kỹ thuật/thông số kỹ thuật  Độ xác lặp lại vị trí: mm  Tốc độ nội suy phương X , Y, Z: 0.25 m/s  Tốc độ di chuyển nhanh theo phương Z: 0.75 m/s  Không gian làm việc: 500 mm x 500 mm x 500 mm  Khả tải cánh tay máy: < 10 kg  Trọng lượng tay máy: < 500 kg  Kích thước bao tay máy: < m x m x m  Số bậc tự do:  Nhiệt độ nguồn gia nhiệt cho khí thay đổi từ 200 0C đến 400 0C Tay máy gia nhiệt 01 cho khn  Nhiệt độ khí nóng phun vào bề mặt khuôn với áp suất đầu vào MPa thay đổi từ 100 0C đến 300 0C  Có khả cấp nguồn khí nóng liên tục thời gian 20 s  Tổng lượng module gia nhiệt: