Nghiên cứu xây dựng máy in 3d ứng dụng công nghệ fdm cartesian

ỦY BAN NHÂN DÂN TP.HCM TRƯỜNG CAO ĐẲNG CÔNG NGHỆ THỦ ĐỨC KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ NGHIÊN CỨU KHOA HỌC NĂM HỌC 2021 -2022 Tên đề tài: NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG MÁY IN 3D ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ FDM CARTESIAN Giảng viên hướng dẫn: Đồn Chánh Tín Tác giả: Nguyễn Ngọc Sơn TP Hồ Chí Minh, năm 2022 ỦY BAN NHÂN DÂN TP.HCM TRƯỜNG CAO ĐẲNG CÔNG NGHỆ THỦ ĐỨC KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ NGHIÊN CỨU KHOA HỌC NĂM HỌC 2021 -2022 Tên đề tài: NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG MÁY IN 3D ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ FDM CARTESIAN GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẨN TÁC GIẢ/ CHỦ NHIỆM ĐỀ TÀI (Ký, Ghi rõ họ tên) (Ký, Ghi rõ họ tên) TRƯỞNG KHOA (Ký, Ghi rõ họ tên) TP Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2022 Trường Cao đẳng Công nghệ Thủ Đức Khoa Điện – Điện tử LỜI NĨI ĐẦU In 3D Cơng nghệ bồi đắp vật liệu, chuỗi kết hợp công đoạn khác để tạo vật thể ba chiều Trong In 3D, lớp vật liệu đắp chồng lên định dạng kiểm soát máy tính để tạo vật thể Các đối tượng có hình dạng bất kỳ, tạo từ mơ hình 3D nguồn liệu điện tử khác Máy In 3D thật loại robot cơng nghiệp Nó có nhiều cơng nghệ khác nhau, in li-tô lập thể (STL) hay mô hình hố lắng đọng nóng chảy (FDM) Do đó, khơng giống quy trình gia cơng loại bỏ vật liệu thông thường, In 3D sản xuất đắp dần đối tượng ba chiều từ mơ hình thiết kế có hỗ trợ phần mềm máy tính (AutoCAD, SketchUp, …) tập tin AMF, thường cách thêm vật liệu theo lớp Trong việc học tập trường, em nhận thấy việc bạn sinh viên phải tìm cách chế tạo đồ khơng mua thị trường Thay vào có máy in 3D, em tạo để đáp ứng cho nhu cầu cơng việc, đơn giản phải biết vẽ phần mềm vẽ 3D Nhận thấy điểm hạn chế với gợi ý giảng viên hướng dẫn, tác giả lên ý tưởng thực xây dựng điều khiển máy in 3D với tính giống với máy in 3D thực tế Trong trình thực đề tài cung có nhiều sai sót, kính mong q Thầy/Cơ góp ý để đề tài hồn thiện SVTH: Nguyễn Ngọc Sơn Trang Trường Cao đẳng Công nghệ Thủ Đức Khoa Điện – Điện tử LỜI CẢM ƠN Em xin chân thành bày tỏ lòng biết ơn đến Thầy/Cô khoa Điện – Điện tử, Trường Cao Đẳng Công Nghệ Thủ Đức, đặc biệt Thầy/Cô Bộ môn Điện công nghiệp truyền thụ cho em kiến thức quý báu thời gian qua Em xin chân thành cảm ơn Thầy Đoàn Chánh Tín, giảng viên khoa Điện – Điện tử, trường Cao Đẳng Công Nghệ Thủ Đức tận tâm hướng dẫn, cung cấp tài liệu tạo điều kiện thuận lợi để nhóm hồn thành đề tài SVTH: Nguyễn Ngọc Sơn Trang Trường Cao đẳng Công nghệ Thủ Đức Khoa Điện – Điện tử LỜI CAM ĐOAN Em xin cam đoan đề tài: “Nghiên cứu xây dựng máy in 3D ứng dụng công nghệ FDM Cartesian” sản phẩm mà em nỗ lực nghiên cứu học tập trường Đề tài em tự thực dựa vào số tài liệu tham khảo, từ học hỏi qua thầy cô, bạn bè em xin cam đoan đề tài không chép cơng trình có trước Nếu có chép em hồn tồn chịu trách nhiệm SVTH: Nguyễn Ngọc Sơn Trang Trường Cao đẳng Công nghệ Thủ Đức Khoa Điện – Điện tử MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU LỜI CẢM ƠN LỜI CAM ĐOAN MỤC LỤC .6 Chương 1: TỔNG QUAN VỀ MÁY IN 3D .13 1.1 Các loại mô hình máy in 3D có thị trường 13 1.2 Máy in 3D theo công nghệ FDM 14 1.2.1 Cấu tạo 15 1.2.2 Nguyên lý hoạt động 16 1.2.3 Thuận lợi hạn chế công nghệ FDM 16 1.3 Vật liệu nhựa in 3D 17 1.3.1 Những loại nhựa in 3D phổ biến 17 1.3.2 Những loại nhựa thường sử dụng để in 3D 18 1.4 Giới thiệu phần mềm Ultimaker Cura 24 Chương 2: GIỚI THIỆU VỀ CÁC PHẦN MỀM VẼ FILE 3D 26 2.1 Các phần mềm vẽ file 3D .26 2.2 Phần mềm SkethUp .37 2.2.1 Giới thiệu phần mềm SkethUP .37 2.2.2 Các lệnh vẽ 38 2.2.3 Cách xuất file 3D để sử dụng cho máy in 3D .44 Chương 3: THÔNG SỐ MÁY IN 3D 48 3.1 Thông số máy in 3D 48 3.2 Danh mục vật tư 50 3.2.1 Board điều khiển máy in 3D MKS GEN V1 .51 SVTH: Nguyễn Ngọc Sơn Trang Trường Cao đẳng Công nghệ Thủ Đức Khoa Điện – Điện tử 3.2.2 Bộ nguồn AC-DC 53 3.2.3 Các phận cần thiết máy in 3D .55 3.2.3.1 Kim phun 55 3.2.3.2 Bộ đùn nhựa 56 3.2.3.3 Cảm biến nhiệt 56 3.2.3.4 Dây gia nhiệt 57 3.2.3.5 Quạt tản nhiệt 58 3.2.3.6 Bánh kéo nhựa 58 3.2.3.7 Bàn nhiệt 59 3.2.3.8 Khay in 59 3.2.3.9 Màn hình LCD 60 3.2.4 Động bước Step motor 60 3.2.5 Dây đai 62 3.2.6 Khớp nối mềm .66 3.2.7 Vitme 73 3.2.8 Nhơm định hình 75 3.2.9 Ke góc vng .76 3.2.10 Công tắc hành trình 79 Chương 4: HƯỚNG DẪN SỬ DỤNG MÁY IN 3D 80 4.1 Hướng dẫn kết nối phần cứng .80 4.2 Hướng dẫn cài đặt phần mềm .81 4.3 Hướng dẫn nạp file cho máy in từ file nguồn 104 Chương 5: KẾT QUẢ THỰC HIỆN 106 5.1 Bộ phận đùn nhựa 106 5.2 Cơ cấu trục X Y Z 107 SVTH: Nguyễn Ngọc Sơn Trang Trường Cao đẳng Công nghệ Thủ Đức Khoa Điện – Điện tử 5.3 Bộ điều khiển trung tâm 108 5.3 Bộ phận hiển thị 108 5.4 Bộ phận bàn in .109 5.5 Đề tài sau hoàn thiện 110 5.5 Các sản phẩm làm đề tài 111 Chương 6: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 114 6.1 Kết luận 114 6.2 Hướng phát triển đề tài 114 TÀI LIỆU THAM KHẢO 115 SVTH: Nguyễn Ngọc Sơn Trang Trường Cao đẳng Công nghệ Thủ Đức Khoa Điện – Điện tử DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1 Máy in 3D nhựa MSLA 13 Hình Máy in 3D dạng sợi FDM 13 Hình Máy in 3D công nghệ FDM đời đầu 14 Hình Sản phẩm in có độ xác thẩm mỹ cao 15 Hình Cơng nghệ bồi đắp vật liệu máy in 3D dạng FDM 16 Hình Vật liệu in 3D dạng sợi 17 Hình Nhựa PLA thị trường 18 Hình Sản phẩm làm từ nhựa ABS 19 Hình Vật liệu PEEK ứng dụng vào công nghệ in 3D 20 Hình 10 Sản phẩm từ nhựa PET tạo nhờ công nghệ in 3D 21 Hình 11 Một số sản phẩm làm từ nhựa PETG 22 Hình 12 Một số loại nhựa TPU thị trường 24 Hình 13 phần mềm Ultimaker Cura 25 Hình Mơ hình chi tiết máy vẽ phần mềm vẽ 3D 26 Hình 2 Phần mềm AutoCAD 27 Hình Phần mềm SketchUp 28 Hình Phần mềm Photoshop 29 Hình Phần mềm ViaCAD 30 Hình Phần mềm DesignCAD 3D Max 31 Hình Phần mềm BricsCAD 32 Hình Phần mềm ProgeCAD 33 Hình Phần mềm Bonzai3D 34 Hình 10 Phần mềm ZWCAD 35 Hình 11 Phần mềm Sculptris 36 Hình 12 Giao diện phần mềm SketchUp 2022 37 Hình 13 Trích xuất phần mềm SketchUp thành nhiều định dạng khác 38 SVTH: Nguyễn Ngọc Sơn Trang Trường Cao đẳng Công nghệ Thủ Đức Khoa Điện – Điện tử Hình 14 Thư viện cơng cụ SketchUp vô lớn 39 Hình 15 Tạo khối 44 Hình 16 Xuất file 3D 45 Hình 17 Định dạng file 45 Hình 18 Lưu chọn vào file 46 Hình 19 Chọn vào biểu tượng phần mềm 47 Hình 20 Xuất file 3D thành công 47 Hình Kích thước tổng thể máy in 3D 48 Hình Bản vẽ mô mặt trước mặt sau máy in 3D 49 Hình 3 Bản vẽ mô hai mặt bên máy in 3D 49 Hình Sơ đồ chân mạch MKS Gen V1.0 51 Hình Cấu tạo nguồn AC – DC 53 Hình Sơ đồ đấu dây nguồn AC – DC12V 54 Hình Đầu đùn máy in 3D 55 Hình Bộ đùn MK8 cho máy in 3D 56 Hình Cảm biến nhiệt 57 Hình 10 Dây gia nhiệt cho đầu in 57 Hình 11 Quạt tản nhiệt vho đầu đùn máy in 3D 58 Hình 12 Bánh xe lăn bánh trượt 58 Hình 13 Bàn nhiệt máy in 3D 59 Hình 14 Một số loại khay in chuyên dụng cho máy in 3D 59 Hình 15 Màn hình cảm ứng hình LCD chuyên dụng cho máy in 3D 60 Hình 16 Cấu tạo động bước – Step Motor 62 Hình 17 Dây curoa ứng vào công nghệ chế tạo ô tô 63 Hình 18 Dây curoa thang (V-belt) 64 Hình 19 Dây curoa (Timing Belt) 65 Hình 20 Dây curoa dẹt (Flat belt) 65 SVTH: Nguyễn Ngọc Sơn Trang 10 Trường Cao đẳng Công nghệ Thủ Đức Khoa Điện – Điện tử Hình 26 Cửa sổ Build Plate Adhesion Đối với thông số Build Plate Adhesion giúp tăng diện tích bám với bàn in chi tiết nhỏ giảm thiếu nhựa bắt đầu in Để tăng diện tích bám với bàn in chi tiết bạn chọn Brim, muốn giảm thiếu nhựa bắt đầu in chọn Skirt hình SVTH: Nguyễn Ngọc Sơn Trang 101 Trường Cao đẳng Công nghệ Thủ Đức Khoa Điện – Điện tử Hình 27 Giao diện sau cài đặt thông số sản phẩm in Bạn cần mở file cần in tuỳ chỉnh thông số mong muốn, nhấn Slice để phần mềm cắt lớp biên dịch Gcode Hình 28 Giao diện sau phần mềm biên dịch thành file Gcode SVTH: Nguyễn Ngọc Sơn Trang 102 Trường Cao đẳng Công nghệ Thủ Đức Khoa Điện – Điện tử Nhấn lưu file vào thẻ nhớ để in Nếu máy tính cắm sẵn thẻ nhớ phần mềm tự nhận dạng lưu vào Hình 29 Giao diện tab PREVIEW Để xem phần mềm sau cắt lớp cách di chuyển in máy bạn chọn qua Tab PREVIEW giao diện SVTH: Nguyễn Ngọc Sơn Trang 103 Trường Cao đẳng Công nghệ Thủ Đức Khoa Điện – Điện tử 4.3 Hướng dẫn nạp file cho máy in từ file nguồn Sau điều chỉnh tất thông số cho phù hợp Chúng ta bắt đầu tiến hành nạp file vào thẻ nhớ cho máy in 3D hoạt động Hình 30 Lưu file in vào thẻ nhớ thành công Bước 1: Chọn Save to Disk Hình 31 Tháo thẻ nhớ khỏi máy tính laptop SVTH: Nguyễn Ngọc Sơn Trang 104 Trường Cao đẳng Công nghệ Thủ Đức Khoa Điện – Điện tử Bước 2: Sau lưu thành công, rút thẻ nhớ khỏi máy tính laptop Hình 32 Kết nối thẻ nhớ với board hình Bước 3: Kết nối thể nhớ vào máy in 3D Hình 33 Thư mục in hiển thị lên hình Bước 4: Sau máy in nhận File thành công Chúng ta tiến hành in SVTH: Nguyễn Ngọc Sơn Trang 105 Trường Cao đẳng Công nghệ Thủ Đức Khoa Điện – Điện tử Chương 5: KẾT QUẢ THỰC HIỆN 5.1 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 Hình Bộ đùn nhựa máy in 3D SVTH: Nguyễn Ngọc Sơn Trang 106 Trường Cao đẳng Công nghệ Thủ Đức Khoa Điện – Điện tử 5.2 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 Hình Cơ cấu trục X Y Z máy in 3D SVTH: Nguyễn Ngọc Sơn Trang 107 Trường Cao đẳng Công nghệ Thủ Đức Khoa Điện – Điện tử 5.3 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 Hình Bộ điều khiển trung tâm máy in 3D 5.3 Bộ phận hiển thị Là hình hiển thị thơng tin núm núm xoay để điều chỉnh thống số máy in 3D Hình Màn hình hiển thị núm xoay điều chỉnh thông số máy in 3D SVTH: Nguyễn Ngọc Sơn Trang 108 Trường Cao đẳng Công nghệ Thủ Đức Khoa Điện – Điện tử 5.4 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 Hình 5 Bộ phận bàn in núm chỉnh SVTH: Nguyễn Ngọc Sơn Trang 109 Trường Cao đẳng Công nghệ Thủ Đức Khoa Điện – Điện tử 5.5 Đề tài sau hồn thiện Hình Máy in 3D hoàn chỉnh 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 SVTH: Nguyễn Ngọc Sơn Trang 110 Trường Cao đẳng Công nghệ Thủ Đức Khoa Điện – Điện tử - 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 - x Nguồn 12VDC – 32A - Các phụ kiện dây nối, ke, miếng dán nhiệt, … 5.5 Các sản phẩm làm đề tài - Các chi tiết lắp ráp máy Hình Rulo băng tải SVTH: Nguyễn Ngọc Sơn Trang 111 Trường Cao đẳng Công nghệ Thủ Đức Khoa Điện – Điện tử - Các chi tiết máy có tính chịu lực cao Hình Các bat chịu lực băng tải SVTH: Nguyễn Ngọc Sơn Trang 112 Trường Cao đẳng Công nghệ Thủ Đức Khoa Điện – Điện tử - Các mơ hình địi hỏi chi tiết xác cao Hình Cánh tay mơ hình đặt Support Hình 10 Mơ hình nhận vật phim SVTH: Nguyễn Ngọc Sơn Trang 113 Trường Cao đẳng Công nghệ Thủ Đức Khoa Điện – Điện tử Chương 6: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 6.1 Kết luận Để hoàn thành đề tài “Nghiên cứu xây dựng máy in 3D ứng dụng cơng nghệ FDM Cartesian” em ứng dụng tồn kiến thức thân, kiến thức học trường, hướng dẫn giáo viên thiết kế, lập trình, đấu dây ứng dụng thực tế chuyên ngành điện - điện tử qua môn học trường Sau hoàn thành, em rút nhiều kinh nghiệm cho thân cách thu thập, tìm liệu thơng tin, cách làm việc độc lập thông qua đề tài em có điều kiện tốt để học hỏi, tích lũy kinh nghiệm quý báu, bổ sung vào hành trang đường chọn Trong trình thực đề tài có nhiều sai sót hy vọng quý thầy cô thông cảm bỏ qua cho chúng em Em mong nhận góp ý thầy để nâng cao chất lượng đề tài 6.2 Hướng phát triển đề tài – Có thể in nhiều màu nhiều chất liệu – Có thể in với tốc độ cao – Có thể tái tạo lại phần nhựa bỏ SVTH: Nguyễn Ngọc Sơn Trang 114 Trường Cao đẳng Công nghệ Thủ Đức Khoa Điện – Điện tử TÀI LIỆU THAM KHẢO - Tài liệu tiếng Việt: [1] PGS Nguyễn Xuân Chánh, Công nghệ in 3D đột phá vào ngành nghề, NXB Bách khoa, 2016 [2] Lê Đồn Thanh Lâm, Cơng nghệ 3D, NXB Hà Nội 2018 - Tài liệu tiếng Anh: [3] Matthew Dipaola, 3D Printing in Orthopaedic Surgery, Felasfa M Wodajo, 2018 [4] Anna Kaziunas France, Make: 3D Printing: The Essential Guide to 3D Printers, NXB Maker Media, 2013 SVTH: Nguyễn Ngọc Sơn Trang 115