(Đề tài nckh hcmute) nghiên cứu và khảo sát ảnh hưởng rung động đến cơ tính của sản phẩm in 3d

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH CƠNG TRÌNH NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CỦA SINH VIÊN NGHIÊN CỨU VÀ KHẢO SÁT ẢNH HƯỞNG RUNG ĐỘNG ĐẾN CƠ TÍNH CỦA SẢN PHẨM IN 3D n S K C 0 9 MÃ SỐ: SV2022-179 CHỦ NHIỆM ĐỀ TÀI: LÊ PHI HỒ SKC008030 Tp Hồ Chí Minh, tháng 11/2022 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐH SƯ PHẠM KỸ THUẬT TPHCM *********** BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CỦA SINH VIÊN NGHIÊN CỨU VÀ KHẢO SÁT ẢNH HƯỞNG RUNG ĐỘNG ĐẾN CƠ TÍNH CỦA SẢN PHẨM IN 3D Mã số đề tài: SV2022-179 n Thuộc nhóm ngành khoa học: Báo cáo phân tích SV thực hiện: Lê Phi Hồ Dân tộc: Nam, nữ: Nam Phạm Võ Hồng Tâm Nam Nguyễn Cơng Trường Nam Phạm Minh Khôi Nam Chu Thẩm Trường Giang Nam Kinh Lớp, khoa: 18143CLA, 18144CLA Ngành học: Công nghệ Chế tạo máy Người hướng dẫn: TS Đặng Quang Khoa TP Hồ Chí Minh, tháng 11 năm 2022 Năm thứ: MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN i TÓM TẮT .i DANH MỤC BẢNG BIỂU iv DANH MỤC HÌNH ẢNH iv MỞ ĐẦU 1 Tình hình nghiên cứu nước: Đặt vấn đề .1 Tính cấp thiết đề tài Vấn đề nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu .3 n a Thu thập tài liệu b Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm CHAPTER I CƠ SỞ LÝ THUYẾT 1.1 Khớp mềm đàn hồi .5 1.2 Khớp mềm đàn hồi có nhiều ưu điểm: 1.3 Nghiên cứu dao động hỗ trợ 1.4 Ứng dụng khớp mềm đàn hồi in 3D 1.5 Cơ cấu dẫn động với độ phân giải micro-met .8 1.6 Thiết bị truyền động PZT .9 1.6.1 Cấu trúc PZT 1.6.2 Bản vẽ 11 1.6.3 Tính chất PZT 11 1.6.4 Chế dộ hoạt động PZT .12 1.6.4.1 Chế độ cộng hưởng 12 1.6.4.2 Chế độ không cộng hưởng [10] .13 1.6.5 Ứng dụng PZT 13 1.6.6 Nguyên lý hoạt động .14 CHƯƠNG II CÔNG NGHỆ IN 3D FDM 15 2.1 FDM gì? 15 2.2 Cấu tạo 15 n 2.3 Ưu điểm nhược điểm .16 2.3.1 Ưu điểm .16 2.3.2 Nhược điểm 16 2.4 Nguyên lý hoạt động 16 2.5 Phạm vi áp dụng 16 2.6 Chọn loại vật liệu nhựa 16 CHƯƠNG III TỐI ƯU, PHÂN TÍCH VÀ MÔ PHỎNG BÀN IN VAP 18 3.1 Nguyên lý hoạt động bàn in VAP 18 3.2 Tối ưu hoá bàn in VAP .19 3.2.1 Phân tích cấu trúc tĩnh .19 CHƯƠNG IV LẮP RÁP, THỰC NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ 32 4.1 Thiết kế khung máy in 3D 32 4.2 Lắp ráp bàn in 3D 33 4.3 Gá đặt thí nghiệm 33 4.3.1 Thiết bị 33 4.3.2 Lắp đặt PZT 35 4.3.3 Ball tip 36 4.4 Thực nghiệm 37 4.4.1 Mục đích thí nghiệm 37 4.4.3 Các thông số ảnh hưởng đến chất lượng bề mặt 38 n 4.4.4 Thiết kế bố trí thí nghiệm .39 4.4.4.1 Thí nghiệm in 3D 42 4.4.4.2 Thí nghiệm đo độ bền kéo 44 4.5 Đánh giá kết thực nghiệm 50 4.6 Xử lý số liệu 51 CHƯƠNG V KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 54 5.1 Kết luận 54 5.2 Kiến nghị 55 TÀI LIỆU THAM KHẢO 56 PHỤ LỤC 59 n LỜI CẢM ƠN Trong trình học tập nghiên cứu Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM tích lũy nhiều kinh nghiệm trang bị kiến thức tảng tốt để hồn đề tài nghiên cứu khoa học cách chu đáo Để hoàn đề tài nghiên cứu khoa học này, chúng em xin chân thành cảm ơn giảng viên trường Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCMđã nhiệt tình hỗ trợ cho chúng em mượn thiết bị, mượn phịng thí nghiệm hướng dẫn tận tình Và đặc biệt, chúng em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới thầy giáo Đặng Quang Khoa, giảng viên trực tiếp hướng dẫn đề tài nghiên cứu khoa học chúng em, cảm ơn thầy Phạm Huy Tuân, thầy Nguyễn Văn Khiên, anh Nguyễn Thanh Hải nhiệt tình hướng dẫn, cung cấp tài liệu , tạo điều kiện đóng góp ý kiến quý báu cho chúng em trình nghiên cứu Do hạn chế thời gian, kiến thức kinh nghiệm thực tế thân nên báo cáo không tránh khỏi thiếu sót hạn chế Rất mong nhận n phản hồi từ thầy cô để tích lũy thêm kinh nghiệm cho cơng việc sau Cuối xin kính chúc q thầy mạnh khỏe, gặt hái nhiều thành công nghiệp hạnh phúc sống, đặc biệt ln tận tình hướng dẫn em hồn thành đề tài nghiên cứu khoa học Một lần nữa, chúng em xin chân thành cảm ơn! TÓM TẮT Trong phát triển mạnh mẽ khoa học công nghệ giới nói chung Việt Nam nói riêng, in 3D sử dụng phổ biến rộng rãi thiết kế sản xuất Chính tiện lợi in 3D mà ngày công nghệ nghiên cứu phát triển nhằm tối ưu hóa chất liệu nâng cao chất lượng sản phẩm tốt Vì vậy, in 3D có hỗ trợ rung động xem công nghệ tốt i để cải thiện tính sản phẩm Đó việc tích hợp cơng nghệ với tần số cao với biên độ dao động nhỏ bàn máy nhằm lấp đầy khoảng trống bề mặt đồng thời in sản phẩm có độ bền học tốt Với mục tiêu nghiên cứu sâu hơn, khả áp dụng công nghệ vào thực tiễn mong muốn sản phẩm in có chất lượng tốt hơn, nhóm định chọn đề tài “NGHIÊN CỨU VÀ KHẢO SÁT SỰ ẢNH HƯỞNG CỦA RUNG ĐỘNG ĐẾN CƠ TÍNH SẢN PHẨM IN 3D " TS Đặng Quang Khoa hướng dẫn Nội dung Nghiên cứu khoa học: - Nghiên cứu cơng nghệ dao động hỗ trợ gia công - Nghiên cứu, tìm hiểu ưu điểm ứng dụng khớp mềm đàn hồi - Nghiên cứu khảo sát ảnh hưởng rung động đến tính sản phẩm in 3D - Thí nghiệm đánh giá kết Kết luận: Sau thực đề tài, nhóm tích lũy kinh nghiệm thiết kế, phân tích, n mơ phỏng, chế tạo, thực nghiệm kiến thức ứng dụng công nghệ hỗ trợ rung động in 3D Điều giúp thành viên nhóm tự tin có nhìn sâu cơng nghệ in 3D trình học tập cao sau làm việc môi trường công nghiệp Giải pháp phát triển: khảo sát tần số rung biên độ rung động cho vật liệu in So sánh áp dụng cơng nghệ in 3D có hỗ trợ rung động không áp dụng hỗ trợ rung động cho sản phẩm chất lượng tốt SV thực Lê Phi Hồ Phạm Võ Hồng Tâm Nguyễn Cơng Trường Phạm Minh Khơi ii Chu Thẩm Trường Giang n iii DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1: Bảng thông số Piezo [9] 11 Bảng 2: Thông số Piezo [9] 12 Bảng 1: Thông số in 3D đầu vào 39 Bảng 2: Bảng Taguchi 45 Bảng 3: Bảng số liệu in 3D không hỗ trợ rung động Error! Bookmark not defined Bảng 4: Bảng số liệu in 3D có hỗ trợ rung động 53 Bảng 5: Biểu đồ độ bền kéo theo chiều dày lớp in 54 n Bảng 6: Biểu đồ độ bền kéo theo tần số 55 Bảng 7: Biểu đồ độ bền kéo theo biên độ dao động 56 DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1(a) In 3D có hỗ trợ rung động Hình 2: Các loại khớp mềm Hình 3: Khớp mềm đàn hồi [5] iv Hình 17: Mẫu thử sau tiến hành kéo MẪU KHÔNG RUNG Chiều dày lớp in Mẫu 0.15 0.2 n 0.25 46 MẪU CÓ RUNG ĐỘNG Tần số STT Biên độ dao động Phương in Chiều dày lớp in Cùng phương 75 1.5 0.15 Cùng phương 75 2.1 0.2 Cùng phương 75 2.4 0.25 Cùng phương 100 1.5 0.15 n 47 Mẫu Cùng phương 100 2.1 0.2 Cùng phương 100 2.4 0.25 Cùng phương 175 1.5 0.2 Cùng phương 175 2.1 0.25 Cùng phương 175 2.4 0.15 n 48 Vng góc 75 1.5 0.25 11 Vng góc 75 2.1 0.15 12 Vng góc 75 2.4 0.2 13 Vng góc 100 1.5 0.2 14 Vng góc 100 2.1 0.25 n 10 49 Vng góc 100 2.4 0.15 16 Vng góc 175 1.5 0.25 17 Vng góc 175 2.1 0.15 18 Vng góc 175 2.4 n 15 0.2 4.5 Đánh giá kết thực nghiệm Để tăng độ tin cậy kết quả, nhóm tiến hành kéo lần với thông số giống lấy giá trị trung bình mẫu không rung để so sánh với kết kéo mẫu có rung 50 4.6 Xử lý số liệu Với kết độ kéo trên, nhóm xử lý lại số liệu để đưa ứng suất theo công thức: 𝐹 𝜎= 𝐴 Trong đó: F lực kéo lớn mẫu thử (N) A diện tích mặt cắt nơi kéo (mm2) Với A= 𝑎 × 𝑏 (mm2) → Từ suy ứng suất sản phẩm lấy ứng suất trung bình để có ứng suất cao 4.6.1 So sánh tính in 3D có hỗ trợ rung động không hỗ trợ rung động Bảng 3: Bảng số liệu khảo sát độ bền kéo theo thông số in 3D không hỗ trợ rung động n In 3D khơng có hỗ trợ rung động Độ bền kéo trung bình Bề dày lớp in (mm) Độ bền kéo (MPa) 0.15 57.91 0.2 66.12 0.25 68.6 thông số lớp in (Tần số = 0Hz; Biên độ rung động = 0𝜇m) (MPa) 64.21 51 Bảng 4: Bảng số liệu khảo sát độ bền kéo theo thông số in 3D có hỗ trợ rung động In 3D có hỗ trợ rung động Tần số rung (Hz) Độ bền kéo (MPa) Biên độ rung động (𝝁m) Độ bền kéo (MPa) Bề dày lớp in (mm) Độ bền kéo (MPa) 75 72.37 1.5 69.66 0.15 70.4 100 70.66 70.97 0.2 67.89 2.5 69.06 0.25 71.41 175 66.67 n Bảng 5: Biểu đồ độ bền kéo theo chiều dày lớp in - Thông qua biểu đồ này, ta thấy in 3D có hỗ trợ rung động cho tính tốt mốc (0.15, 0.2, 0.25 mm) so với in không hỗ trợ rung động Tại 52 mốc Layer Height 0.15 mm, in có hỗ trợ rung động (70.4 MPa) có tính cao in khơng có hỗ trợ rung động (57.91 MPa) 12.49MPa Với mốc 0.2mm in có hỗ trợ rung động (67.89 MPa) có tính khơng chênh lệch nhiều so với in khơng có hỗ trợ rung động (66.12 MPa) Và in có hỗ trợ rung động (71.41 MPa) có tính cao 2.81MPa so với in khơng có hỗ trợ rung động mốc 0.25 mm n Bảng 6: Biểu đồ độ bền kéo theo tần số - Qua biểu đồ thấy điểm tính cao tần số 75Hz (72.37MPa) chạm mốc thấp tần số 0Hz (64.21 MPa) Từ điểm tính thấp (0Hz) tiếp chạm điểm cao (75Hz); Sau tính giảm dần 72.37 MPa (75Hz) xuống 70.66 MPa (100Hz) tiếp tục giảm từ 70.66 MPa xuống 66.67 MPa (175Hz) Qua biểu đồ ta thấy ứng dụng tần số rung vào in cho tính tốt so với in không rung động 53 The Tensile Strength according to Oscillation Amplitude 72 70.97 69.66 70 69.06 68 66 64.21 64 62 60 1.5 2.1 Oscillation Amplitude (𝜇m) 2.4 Bảng 7: Biểu đồ độ bền kéo theo biên độ dao động - Qua biểu đồ thấy điểm tính cao biên độ rung động (2.1𝜇m) 70.97 MPa điểm tính thấp mốc biên độ rung động 0𝜇m (64.21 MPa) Có thể thấy tính tăng mạnh từ mốc 0𝜇m đến 1.5𝜇m (64.21 n MPa – 69.66 MPa) Từ 1.5𝜇m – 2.1𝜇m tính tăng nhẹ 1.31MPa (69.66 Mpa – 70.97 MPa) Sau tính giảm từ 70.97 MPa xuống 69.06 MPa mốc 2.4𝜇m Thơng qua biểu đồ ta thấy ứng dụng biên độ rung động giúp cho in 3D có tính tốt so với in khơng rung CHƯƠNG V KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 5.1 Kết luận Đề tài giúp chúng em có thêm kiến thức, kinh nghiệm, khả xử lý vấn đề liên quan đến in 3D có hỗ trợ rung động Và khẳng định in 3D hỗ trợ rung động cịn có ảnh hưởng tích cực đến chất lượng sản phẩm so với in 3D thông thường 54 Những kết thiết thực góp phần bổ sung lợi ích, tầm quan trọng hiệu cơng nghệ hỗ trợ rung động tới khả nâng cao chất lượng bề mặt chất lượng sản phẩm Kết đề tài sở, tảng để nghiên cứu chuyên sâu hơn, tạo động lực cho việc nghiên cứu vấn đề chưa giải Bên cạnh đó, đề tài cịn thiếu sót trình nghiên cứu việc tái sử dụng bàn máy chưa hồn tồn tập trung vào phần gia cơng, ảnh hưởng nhiệt độ môi trường ảnh hưởng đến chất lượng nhựa 5.2 Kiến nghị Về in 3D có hỗ trợ rung phát triển Hiện có nghiên cứu xung quanh vấn đề này, đặc biệt nghiên cứu dao động siêu âm Với nhiều cách khai thác áp dụng cho nhiều mảng khác mang lại lợi ích kết vượt trội Vì vậy, nhóm chúng em đóng góp ý kiến để phát triển đề tài với lĩnh vực chưa khai thác hết: n - Khảo sát qua lại yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm thay đổi đồng thời yếu tố - Một nghiên cứu tác động hỗ trợ rung động đầu in, so với việc sử dụng bàn máy - Nghiên cứu rung động sử dụng đồng thời nguồn rung động (theo phương X,Y lúc) - Khảo sát độ rung với tần số cao để so sánh thay đổi độ bền kéo 55 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Phạm Hữu Đầy, Bùi Đức Thịnh, Nguyễn Thị Mỹ Dun, Đồ án tốt nghiệp “Tối ưu hóa thơng số công nghệ gia công phay với hỗ trợ dao động”, Trường ĐH Sư phạm Kĩ thuật TPHCM, 2022 [2] Nguyễn Văn Khiển, Phạm Huy Hoàng, Phạm Huy Tuân, “FLEXURE MECHANISMS AND APPLICATIONS”, Kỷ yếu hội nghị khoa học cơng nghệ tồn quốc khí - Lần thứ IV, 2015 [3] Thông tin thú vị ,“Piezo gì”, internet: https://hyundaipower.vn/hieu- ungap-dien/, 4/4/ 2021 [4] phục”, VietMachine, “Những vấn đề ảnh hưởng chất lượng IN 3D cách khắc internet: https://vietmachine.com.vn/van-de-anh-huong-chat-luong-in-3d- vacach-khac-phuc.html, 22/11/2020 [5] Donal Botkin, James M Nicholson, Michael Krugman, Nathan Hansen, Ron Neal, Stan Presolski, Terrance Shepherd, “Why Machines That Bend Are Better”, n internet: https://www.youtube.com/watch?v=97t7Xj_iBv0, 13/3/2019 [6] Howell L.L., 2002, Compliant Mechanisms John Wiley & Sons, New [7] Phạm Huy Hoàng, Trần Văn Thùy, “Thiết kế hình dạng mơ hoạt York động cấu dẫn động với độ phân giải micro”, Tạp chí Phát triển Khoa học Cơng nghệ, 2008, số 3, Tập 11 [8] PI, “P-2x5 Piezo Actuator”, PZ245E, 24/5/2022 [9]: Physik Instrumente (PI) GmbH & Co KG, Auf der Roemerstrasse 1, 76228 Karlsruhe, Germany, "P-225 PICA Power Piezo Actuators", https://www.physikinstrumente.com/en/products/linearactuators/nanopositioningpiezo-actuators/p-225-pica-power-piezo-actuators101750/#description, 1996 – 2022 56 internet: [10] Quian Lu and Xifu Chen, “Application of piezoelectric actuator in series nano-positioning stage”, Science progress, 2019 [11] Wikipedia, “Hiệu ứng áp điện”, internet: https://vi.wikipedia.org/wiki/%C3%81p_%C4%91i%E1%BB%87n#:~:text=Ng%C3% A0y%20nay%20hi%E1%BB%87n%20t%C6%B0%E1%BB%A3ng%20%C3%A1p,m %C3%A1y%20bay%20bay%20%C4%91%E1%BA%ADp%20c%C3%A1nh, April 5th 2022 [12] Wikipedia, “Slip-stick actuator operation”, internet: https://vi.m.wikipedia.org/wiki/T%E1%BA%ADp_tin:Slip, 9/9/2009 [13] TechnicalVN, "In 3D – Công nghệ FDM (Fused deposition modeling)", internet: https://technicalvnplus.com/article/in-3d-cong-nghe-fdm-fused- depositionmodeling, 11/2/2019 [14] Zhu Yu, “Study on Effects of FDM 3D Printing Parameters on Mechanical Properties of Polylactic Acid”, IOP Conference Series: Materials Science and Engineering, 2019 n [15] Uzair Khaleeq uz Zaman1,2 & Emilien Boesch1 & Ali Siadat1 & Mickael Rivette1 & Aamer Ahmed Baqai2, “Impact of fused deposition modeling (FDM) process parameters on strength of built parts using Taguchi’s design of experiments”, The International Journal of Advanced Manufacturing Technology, 2018 [16] Parameter Arup Dey and Nita Yodo, “A Systematic Survey of FDM Process Optimization and Their Influence on Part Characteristics”, J Manuf Mater Process, 2019 [17] Huỳnh Văn Tâm, Hà Tấn Phú, Nguyễn Đức Cao, ”Thiết kế, chế tạo mô hình gia cơng phay có dao động hỗ trơ”, Trường ĐH Sư phạm Kỹ thuật TPHCM, 9/2019 [18] Maidin S, Ting K H, Abdullah Z, Alkahari M.R, “Ultrasonic Assisted Fused Deposition Modeling to Improve Mechanical Properties of Recycled 57 Acrylonitrile Butadiene Styrene”, International Journal of Mechanical & Mechatronics Engineering IJMME-IJENS [19] Jie Jina, Jingfan Yangb, Huachao Maoa, Yong Chena, “A vibration- assisted method to reduce separation force for stereolithography”, Journal of Manufacturing Processes 34 n 58 PHỤ LỤC n 59 n S K L 0