TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI
Mục tiêu nghiên cứu đề tài
Việc tham khảo ý tưởng từ các nghiên cứu trong nước và quốc tế là bước đầu quan trọng trong quá trình thiết kế và chế tạo gốm Điều này giúp tối ưu hóa quy trình và nâng cao chất lượng sản phẩm.
Đối tượng và phạm vi nghiên cứu đề tài
Để tối ưu hóa máy in 3D đất sét, cần tiến hành các cuộc thử nghiệm nhằm xác định các thông số phù hợp Đồng thời, việc phát hiện và khắc phục các khuyết điểm là rất quan trọng để đảm bảo máy in hoạt động hiệu quả nhất.
1.4 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu đề tài
1.4.1 Đối tượng nghiên cứu Đất sét, được gọi là sét, là thuật ngữ dùng để miêu tả một nhóm khoáng vật phyllosilicat nhôm có khả năng hấp thụ nước Các hạt đất sét thường có kích thước nhỏ hơn 2 μm (micromét) Cấu trúc của đất sét bao gồm các khoáng chất phyllosilicat giàu ôxít và hiđrôxít của silic và nhôm, cùng với sự có mặt lượng nước đáng kể Đất sét được hình thành chủ yếu thông qua quá trình phong hóa hóa học của các loại đá chứa silicat dưới tác động của axit cacbonic, tuy nhiên cũng có những loại đất sét hình thành do hoạt động thủy nhiệt Đặc trưng của đất sét là khả năng hút nước cao và tính đàn hồi, cùng với khả năng tạo hình thành các cấu trúc như bông hay lớp
Đất sét được phân loại thành ba hoặc bốn nhóm chính: kaolinit, montmorillonit-smectit, illit và chlorit, trong đó chlorit có thể được xem như một phần riêng biệt trong nhóm phyllosilicat Có khoảng 30 loại đất sét nguyên chất thuộc các nhóm này, nhưng phần lớn đất sét tự nhiên là sự kết hợp của các khoáng chất này cùng với các khoáng chất phong hóa khác.
Tất cả các loại đất sét đều có thể sử dụng để in 3D, nhưng một số loại phù hợp hơn Cần chọn đất sét không dính, có kết cấu mịn và khô nhanh Đối với máy in có đầu in vít, đất sét phải mềm dẻo để tránh làm mòn vít Quy trình in 3D với đất sét tương tự như in truyền thống, trong đó đất sét được tạo hình thành các lớp, giống như kỹ thuật làm gốm cuộn dây cổ xưa Quá trình này có thể được mô tả là xây dựng cuộn dây bằng máy tính Sau khi in, vật thể cần được làm khô hoàn toàn và nung trong lò Nếu muốn có lớp tráng men, cần thực hiện quá trình nung men sau lần nung đầu tiên.
Các loại đất sét có đặc điểm riêng biệt: Đất sét đỏ nguyên chất thường dính và không chảy tốt khi sử dụng trong máy in, đặc biệt khi in lâu hoặc bị dừng giữa chừng Đất sét đỏ mịn khô chậm, trong khi đất sét đỏ cát hoặc pha trộn với các loại đất sét khác hoạt động hiệu quả hơn Đất sét kem có chứa 0,2 mm grog/chamotte (15 - 30%) cho thấy hiệu suất tốt, vì grog giúp giảm độ dính và cải thiện khả năng di chuyển qua hệ thống in Hỗn hợp này cũng cung cấp cấu trúc cho các mẫu in nổi bật và giúp đất sét nén khô đều và nhanh hơn Nhiều nhà cung cấp ghi rõ lượng grog trên nhãn sản phẩm, và đồ sành từ đất sét nén mịn là lựa chọn khởi đầu lý tưởng.
Đất sét dùng trong in 3D cần có độ mềm vừa phải để dễ dàng đưa qua máy, nhưng không quá mềm để không mất đi khả năng tự hỗ trợ khi tạo hình Một độ nhất quán giống như kem đánh răng là một chỉ dẫn tốt, với bề mặt đất sét chỉ ẩm mà không ướt bão hòa Khi ẩm, đất sét có tính chất mềm dẻo, dễ dàng tạo hình bằng tay Khi khô, đất sét trở nên cứng và bền hơn Để tăng cường độ cứng và tính bền vững, đất sét có thể được nung ở nhiệt độ cao, giúp nó trở thành vật liệu vĩnh cửu.
Gốm sứ là một chất liệu lý tưởng cho việc sản xuất các sản phẩm đa dạng, phục vụ cả mục đích thực tế và trang trí Qua sự kết hợp giữa các loại đất sét khác nhau và điều kiện nung khác nhau, chúng ta có thể tạo ra các sản phẩm như đất nung, gốm và sứ Quá trình biến đổi từ đất sét thô đến sản phẩm gốm sứ hoàn chỉnh trải qua 5 giai đoạn chính.
Khâu làm đất (thấu đất) là quá trình quan trọng trong việc xử lý đất sét Đất sét sau khi khai thác thường bị rắn, vì vậy cần tưới nước để làm ẩm trước khi dùng mai thái mỏng Sau đó, loại bỏ tạp chất và nhào đất bằng chân thật kỹ, rồi đắp thành từng đống lớn Quá trình này được lặp lại liên tục nhằm tạo ra đất có độ mịn và dẻo, đảm bảo chất lượng cho các công đoạn tiếp theo.
Hình 1.2: Quá trình thấu đất
Sản phẩm gốm có thể được tạo hình bằng ba phương pháp chính: tạo hình trên bàn xoay, tạo hình bằng khuôn và nặn đắp bằng tay Ngoài ra, một số sản phẩm còn được hình thành từ sự kết hợp của cả ba phương pháp này.
Hình 1.3: Tạo hình trên bàn xoay
1.4.2 Phân tích ưu nhược điểm phương pháp tạo hình làm gốm truyền thống
Quy trình tạo hình truyền thống đóng vai trò quan trọng trong khảo sát, với những ưu điểm và nhược điểm đáng chú ý Ưu điểm của phương pháp này bao gồm tính chính xác cao trong việc thu thập dữ liệu và khả năng phản ánh thực tế tốt hơn Tuy nhiên, nhược điểm cũng không thể bỏ qua, như thời gian thực hiện lâu và chi phí cao Việc hiểu rõ những yếu tố này sẽ giúp tối ưu hóa quy trình tạo hình trong nghiên cứu.
- Tạo đơn giản dễ dàng tạo nhiều họa tiết phức tạp
- Dễ dàng tạo hình theo ý người thợ thủ công mong muốn
Hình 1.4: Tạo hình bằng khuôn
Hình 1.5: Nặn đất bằng tay
Phương pháp tiếp cận
- Mất khá nhiều thời gian trong quy trình làm mẫu tạo thành phẩm
- Tạo mẫu đôi khi tùy theo ý người thợ không ổn định cho các sản phẩm số lượng lớn
- Người tạo mẫu phải là người có kinh nghiệm tiếp xúc thời gian dài
1.4.3 Phạm vi nghiên cứu Đối với quá trình sản xuất các sản phẩm từ đất sét, nhóm cần nghiên cứu về các cách chế tạo mẫu nhanh phù hợp với đặc tính của đất sét do kết cấu của đất sét là khác nhau theo từng loại Ngoài ra, việc nghiên cứu về những phương thức pha trộn đất sét cần phải thực hiện để có thể đảm bảo được nguyên liệu nạp vào sẽ phù hợp với các kết cấu của máy Trong đó việc ứng dụng đất sét có ở Việt Nam cũng là một phương án để đặt tính khả thi đề tài
- Khảo sát về quy trình chế tạo gốm tại các khu vực có các nhược điểm gì những phương pháp thủ công
Nghiên cứu các mô hình máy in 3D hiện có và phổ biến trên thị trường giúp cải thiện đáng kể phương pháp làm thủ công Việc áp dụng công nghệ in 3D không chỉ nâng cao hiệu quả sản xuất mà còn mở ra nhiều cơ hội sáng tạo trong thiết kế và chế tạo sản phẩm.
- Tìm hiểu tính chất vật liệu đất sét, yêu cầu quan trọng khi làm thành gốm
- Tiến hành đánh giá phân tích các phương án phù hợp, các phương pháp ít sai số và đem lại hiệu quả cao nhất
- Từ các khảo sát từ nơi sản xuất và làm ra vật liệu gốm ở địa phương Đưa ra lựa chọn vật liệu phù hợp nhất với đề tài
- Khảo sát các thiết kế chế tạo máy có trên thị trường, lựa chọn ứng dụng vào nghiên cứu đề tài có tính khả thi nhất
- Từ các khảo sát về máy và vật liệu đưa ra các giải pháp kết hợp cho bộ chế tạo máy in tạo ra sản phẩm ổn định nhất
Tham khảo tài liệu từ sách giáo khoa và liên hệ thực tiễn là cần thiết để phát triển sản phẩm Việc thử nghiệm và đưa sản phẩm đến tay người dùng, cũng như các thợ làm gốm thủ công, giúp đánh giá tính khả thi của phương pháp nghiên cứu.
- Tránh phương án tổng hợp nghiên cứu mà chưa thực nghiệm để việc mất thời gian chế tạo ra cơ cấu in ổn định nhất
1.5.3 Phương pháp phân tích thực nghiệm
Dựa trên kết quả thử nghiệm liên tục từ quy trình chế tạo in 3D và các sản phẩm thực nghiệm, chúng tôi đánh giá và điều chỉnh các thông số để phát triển các mẫu sản phẩm ổn định và hiệu quả nhất.
1.6 Kết cấu đồ án tốt nghiệp
Chương 1:Tổng quan nghiên cứu đề tài
Chương 2: Cơ sở lý thuyết
Chương 3:Phân tích lựa chọn phương án thiết kế
Chương 4:Tính toán thiết kế cơ khí
Chương 5:Thiết kế bộ truyền động
CƠ SỞ LÝ THUYẾT
Khái quát chung về máy in 3D
Công nghệ in 3D là một trong những tiến bộ hàng đầu của cách mạng công nghiệp lần thứ tư, tồn tại hơn 30 năm và vẫn giữ vai trò quan trọng trong sản xuất hiện đại Nó cho phép các nhà thiết kế chế tạo sản phẩm phức tạp với chi phí thấp, nhờ vào cấu trúc cơ khí tương tự của máy in 3D, bao gồm phần mềm điều khiển, điện, cơ khí và bộ đùn nhựa Công nghệ này mang lại nhiều lợi ích trong việc chế tạo sản phẩm đa dạng và phức tạp, đồng thời giúp tiết kiệm chi phí sản xuất, làm cho việc tạo ra các sản phẩm tùy chỉnh và sáng tạo trở nên dễ dàng hơn, góp phần vào sự phát triển của ngành công nghiệp hiện đại.
Hình 2.4: Cấu trúc của máy in 3D
Cấu trúc cơ khí của máy in 3D tương tự như các máy CNC khác, với các trục truyền động sử dụng bộ truyền vít me, đai ốc hoặc đai Hệ thống truyền động cơ khí trong máy in 3D có tải trọng tác dụng thấp, cho phép thiết kế đơn giản và gọn nhẹ hơn Các chi tiết lắp ráp không yêu cầu khả năng chịu lực cao, điều này tạo điều kiện cho việc sử dụng các chi tiết in 3D từ các máy khác Khoảng 80% các chi tiết trong một số dòng máy in 3D có thể được lắp ráp bằng máy in 3D sẵn có, đây là một trong những ưu điểm nổi bật của công nghệ này.
Máy in hệ core XY
Kỹ thuật CoreXY được áp dụng để di chuyển đầu in của máy in 3D hoặc đầu công cụ trong máy CNC trên mặt phẳng ngang Một trong những ưu điểm nổi bật của CoreXY là việc sử dụng hai động cơ cố định, giúp giảm khối lượng chuyển động cần thiết Thay vì phải tự di chuyển, hệ thống này sử dụng các đai truyền động được kết nối một cách phức tạp, mang lại chuyển động chính xác trong hệ tọa độ Descartes.
Phần mềm CAD/CAM Phần mềm điều khiển
Bộ phận chấp hành Đai Vít me đai ốc
Vi điều khiển Động cơ bước Đầu phun nhựa Cảm biến nhiệt
Để di chuyển dọc theo trục x, hai động cơ cần quay cùng hướng, trong khi để di chuyển dọc theo trục y, chúng phải quay ngược chiều nhau Nếu chỉ một động cơ quay, chuyển động sẽ theo đường chéo.
Chuyển động có thể được mô tả bằng toán học, trong đó A đại diện cho chuyển động của động cơ thứ nhất và B cho chuyển động của động cơ thứ hai Các chuyển động theo hướng x và y được xác định rõ ràng.
Động cơ Servo
Động cơ bước, hay còn gọi là Step Motor, là một loại động cơ điện đặc biệt, chuyển đổi tín hiệu điều khiển thành chuyển động góc của rotor Với khả năng chia vòng quay thành các bước nhỏ và giữ rotor ở các vị trí cố định, động cơ bước đảm bảo độ chính xác và tin cậy trong các ứng dụng cần định vị và kiểm soát vị trí chính xác.
Hình 2.5: Hệ coreXY trong máy in 3D
2.5.1 Cấu tạo của động cơ bước:
Cấu trúc của động cơ bước gồm:
- Rotor là một dãy lá nam châm vĩnh cửu được xếp chồng chặt lên nhau và chia thành các cặp cực đối xứng
- Stator được làm bằng tấm sắt từ và có các rãnh để chứa cuộn dây
2.5.2 Cách hoạt động: Động cơ bước hoạt động khác với cơ chế quay thông thường bằng cách quay theo từng bước, mang lại độ chính xác cao trong điều khiển vị trí Để thực hiện quá trình quay, động
Hình 2.7: Cấu tạo của động cơ bước
Bộ chuyển mạch điện tử hoạt động bằng cách nhận tín hiệu từ lệnh điều khiển, điều chỉnh các thành phần trong stator theo thứ tự và tần số nhất định Số bước quay của rotor được xác định bởi số lần chuyển mạch, trong khi hướng và tốc độ quay phụ thuộc vào thứ tự và tần số của quá trình chuyển mạch.
2.5.3 Ưu nhược điểm của động cơ bước: Động cơ bước có những ưu điểm như cung cấp moment xoắn mạnh ở tốc độ thấp và trung bình, độ bền cao và giá thành thấp Thay thế động cơ bước cũng dễ dàng Tuy nhiên, nên tránh sử dụng động cơ bước cho các thiết bị yêu cầu tốc độ cao Động cơ bước có thể gặp hiện tượng trượt bước do lực từ yếu hoặc nguồn điện không đủ Ngoài ra, động cơ bước có thể gây tiếng ồn và tăng nhiệt độ trong quá trình hoạt động, nhưng các động cơ bước mới đã giảm đáng kể tiếng ồn và nhiệt độ
2.5.4 Ứng dụng của động cơ bước: Động cơ bước hiện nay có ứng dụng rộng trong điều khiển chuyển động kỹ thuật số, đặc biệt là trong các ứng dụng đòi hỏi độ chính xác cao Nó được sử dụng trong ngành tự động hoá, đặc biệt là trong các thiết bị công nghiệp như máy cắt plasma CNC và máy cắt laser CNC Ngoài ra, động cơ bước còn được sử dụng trong các thiết bị lưu trữ như ổ đĩa cứng, ổ đĩa mềm và máy in trong lĩnh vực công nghệ máy tính.
Truyền động vít me – đai ốc
Vít me – đai ốc là cơ cấu truyền động chuyển đổi chuyển động quay thành chuyển động tịnh tiến Có hai loại truyền động vít me – đai ốc: vít me – đai ốc trượt và vít me – đai ốc bi.
2.6.1 Cơ cấu vít me – đai ốc trượt:
Cơ cấu vít me - đai ốc trượt nổi bật với độ chính xác truyền động cao và tỷ số truyền lớn Truyền động diễn ra êm ái với khả năng tự hãm và lực truyền đạt lớn Ngoài ra, cơ cấu này có thể truyền động nhanh khi sử dụng vít me có bước ren hoặc số vòng quay lớn Tuy nhiên, hiệu suất truyền động thấp khiến nó ít được sử dụng cho các chuyển động chính trong hệ thống máy móc.
Cấu trúc vít me - đai ốc trượt bao gồm các thành phần chính như ren hình thang và ren vuông, với ren hình thang dễ gia công và ren vuông thích hợp cho máy cắt ren chính xác Để đảm bảo mòn đều, vít me cần có hai cổ trục giống nhau và ổ đỡ phải đảm bảo độ ổn định cho trục Đai ốc vít me có hai loại: đai ốc liền với giá thành thấp và đai ốc hai nửa dùng cho tháo lắp Để giảm độ biến dạng của vít me, có thể tăng cứng vững ổ đỡ, tránh bố trí vít me bên ngoài thân máy và sử dụng gối đỡ treo cho vít me dài và nặng, giúp đảm bảo hoạt động ổn định của cơ cấu.
2.6.2 Cơ cấu vít me đai ốc bi:
Hình 2.8: Vít me đai ốc
Cấu trúc vít me đai ốc bi mang lại hiệu suất cao với tổn thất ma sát chỉ từ 90-95%, đảm bảo truyền động mạnh mẽ và hiệu quả Lực ma sát của vít me không phụ thuộc vào tốc độ, giúp duy trì chuyển động ổn định ở các tốc độ nhỏ mà không có dao động không mong muốn, đảm bảo độ chính xác và độ cứng cao Vì vậy, vít me đai ốc bi thường được sử dụng trong các máy cần truyền động thẳng và chính xác như máy khoan, máy doa tọa độ và máy điều khiển chương trình số Sự kết hợp giữa độ chính xác, hiệu suất cao và khả năng truyền động mạnh mẽ khiến cơ cấu này trở thành lựa chọn lý tưởng cho nhiều ứng dụng công nghiệp.
Kết cấu vít me đai ốc bi:
Trong cấu trúc vít me - đai ốc bi, viên bi đóng vai trò quan trọng trong việc chuyển đổi ma sát trượt thành ma sát lăn Rãnh của vít me và đai ốc có thể thiết kế dưới dạng cung nửa vòng tròn hoặc rãnh, tùy thuộc vào ứng dụng cụ thể Để điều chỉnh khe hở giữa vít me và đai ốc, sử dụng đai ốc kép và vòng căng Khi xiết chặt vít, rãnh đai ốc tiếp xúc với bề mặt bi, giảm khe hở và tạo lực căng ban đầu Nhờ đó, cơ cấu này đạt được độ chính xác và độ cứng cao, là giải pháp hiệu quả cho nhiều ứng dụng công nghiệp.
Hình 2.9: Vít me đai ốc bi
Ray trượt dẫn hướng
Ray trượt dẫn hướng là thành phần thiết yếu trong việc định vị và dẫn hướng các bộ phận của cơ cấu máy Cấu trúc của ray trượt cần phải đáp ứng các yêu cầu cơ bản để đảm bảo hiệu suất và độ chính xác trong hoạt động.
Để đảm bảo độ chính xác tĩnh và động của các bộ phận lắp trên ray, cần gia công chính xác bề mặt trượt và bố trí hợp lý nhằm giảm thiểu lực tác động và biến dạng trượt.
Bề mặt làm việc của ray trượt cần có khả năng chịu mài mòn để đảm bảo độ chính xác lâu dài Yếu tố này phụ thuộc vào độ cứng và độ bóng của bề mặt trượt, cùng với các quy trình bôi trơn và bảo trì hiệu quả.
- Cấu trúc của ray trượt cần đơn giản nhưng mang tính công nghệ cao
Có khả năng điều chỉnh khe hở khi trượt bị mòn, nhằm tránh tác động từ bụi và môi trường xung quanh
Những yêu cầu này đảm bảo hoạt động ổn định, chính xác và tin cậy của cơ cấu máy Ray trượt không chỉ là một thành phần đơn giản mà còn là yếu tố quan trọng trong việc xây dựng cơ cấu máy hiệu quả và đáng tin cậy.
Bảo vệ và bội trơn ray trượt
Bảo vệ và bôi trơn ray trượt là yếu tố quan trọng cho hiệu suất và tuổi thọ của ray Để ngăn chặn bụi bẩn và các tác nhân gây hại, có thể áp dụng các biện pháp như lắp đặt lá chắn bụi, sử dụng chổi quét hoặc hệ thống làm sạch hiệu quả Việc bôi trơn định kỳ cũng góp phần duy trì hoạt động trơn tru của ray trượt.
Hình 2.10: Ray trượt dẫn hướng
Việc bảo vệ và bôi trơn ray trượt là rất quan trọng để đảm bảo hoạt động ổn định và kéo dài tuổi thọ của chúng Các nhà sản xuất ray trượt thường cung cấp hướng dẫn bôi trơn cụ thể cho từng loại ray, giúp người sử dụng thực hiện đúng cách.
Các phương pháp bảo vệ ray trượt bao gồm lắp đặt lá chắn bụi, sử dụng chổi quét và lau di động, cùng với biện pháp che đậy Bên cạnh đó, việc bôi trơn ray trượt cũng rất cần thiết, và các nhà sản xuất thường cung cấp hướng dẫn bôi trơn cụ thể cho từng loại để đảm bảo hiệu quả tối ưu Tổng quan, các biện pháp bảo vệ và bôi trơn ray trượt đóng vai trò quan trọng trong việc duy trì hoạt động ổn định và kéo dài tuổi thọ của chúng.
Truyền động đai
Bộ truyền đai là một trong những hệ thống truyền động cơ khí cổ điển và vẫn được áp dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực hiện nay Các loại đai phổ biến bao gồm đai thang, đai dẹt và đai răng, mỗi loại đều có những ưu điểm riêng phù hợp với từng ứng dụng cụ thể.
Bộ truyền đai mang lại nhiều ưu điểm như khả năng truyền động giữa các trục xa, hoạt động êm ái và khả năng đạt vận tốc cao, đồng thời giúp tránh dao động Với kết cấu đơn giản và dễ vận hành, bộ truyền đai trở thành lựa chọn phổ biến Tuy nhiên, nó cũng tồn tại một số nhược điểm như hiệu suất truyền thấp, tỷ số truyền không ổn định, tuổi thọ đai hạn chế, kích thước lớn và tải trọng lớn đối với trục do cần phải căng đai ban đầu.
Chương này cung cấp kiến thức cơ bản về thành phần và thiết kế cơ cấu máy, giúp người đọc hiểu rõ cách lựa chọn và thiết kế máy một cách hiệu quả Việc tính toán và lựa chọn đúng các thành phần là yếu tố then chốt để đảm bảo hiệu suất và độ tin cậy của máy Ngoài ra, áp dụng phương pháp tính toán phù hợp là cần thiết để đạt được kết quả tối ưu trong thiết kế máy.
Chương này cung cấp kiến thức và công cụ cần thiết để xây dựng cơ cấu máy chính xác và đáng tin cậy, giúp giảm thiểu rủi ro và sai sót Đây là nền tảng quan trọng cho các quyết định và thiết kế máy trong tương lai.
PHÂN TÍCH LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ
Các chi tiết gia công chính
3.2 Các chi tiết gia công chính
Cụm động cơ bước sẽ quay vít me theo hướng ngược chiều kim đồng hồ, giúp tịnh tiến bình cấp liệu xuống từ từ để ép vật liệu ra khỏi bình Hệ thống này được hỗ trợ bởi hộp giảm tốc, đảm bảo quá trình hoạt động hiệu quả và mượt mà.
Hệ thống được thiết kế với moment xoắn 49:1, đủ mạnh để đẩy vật liệu ra khỏi bình qua ống dẫn có đường kính trong 8mm Sử dụng hai thanh trượt dằn hai bên với đường kính trục 8mm giúp chống xoắn khi trục vít me xoay Gần động cơ, có vị trí lắp công tắc hành trình để báo hết cấp liệu, khi đó động cơ sẽ dừng và xoay theo chiều kim đồng hồ để đẩy bình vật liệu lên, cung cấp thêm vật liệu mới Bộ truyền động được thiết kế để phù hợp với khung máy, với khả năng cấp liệu tối đa 500g.
3.2.2 Cụm chuyển động trên trục x, trục y ,trục z
Nhóm đã lựa chọn phương pháp in 3D để gia công bộ cấp liệu, dựa trên cơ sở tính toán lý thuyết và thiết kế Phương pháp này không chỉ đảm bảo tính hiệu quả trong quá trình thử nghiệm mà còn tiết kiệm chi phí cho nghiên cứu của nhóm.
Hình 3.7: Cụm chuyển động trên trục x, y, z
3.2.3 Bố trí các cụm thiết kế trên máy
Hình 3.8: Cụm cấp vật liệu và cụm đùn trên máy
Một số tính toán lựa chọn nhỏ cho bộ khung sau các khảo sát trên thị trường
Để giảm thiểu hiện tượng trục Z cứng khớp và đảm bảo độ lắp ráp chính xác, nên sử dụng khớp nối mềm cho động cơ kết nối với trục vít me trong truyền động chiều cao Z Ngoài ra, việc sử dụng 2 thanh trượt tròn ở hai bên sẽ giúp di chuyển lên xuống mượt mà và giữ cho hệ thống luôn song song.
Để cải thiện độ cứng vững và đảm bảo độ trượt ổn định cho trục Y, việc lựa chọn con trượt tròn là rất quan trọng, giúp tăng cường tính mượt mà và chính xác trong chuyển động của bản in.
Trục X sẽ được trang bị động cơ kéo kết hợp với ray trượt vuông MGN12, giúp hạn chế tối đa độ rung lắc trong quá trình di chuyển Hệ thống truyền động chính sử dụng pully răng động cơ GT2 với 20 răng, bước 2mm và đường kính 8mm Đồng thời, pully thanh răn trục Y cũng sử dụng pully GT2 với 20 răng, bước 2mm và đường kính 12mm.
- Để giảm tối đa việc không khí ảnh hưởng đến vật in máy đã được bọc mica xung quanh
- Có thiết kế thêm 2 tay nắm 2 bên khung để dễ dàng di chuyển khung máy đến bất kỳ vị trí nào với 1 hoặc 2 người
- Nhóm lựa chọn vùng in 200x200 là vùng in phổ biến để tối ưu hóa cho quá trình nghiên cứu và thử nghiệm
Hình 3.13: Cụm tay hỗ trợ khung
Hình 3.14: Không gian làm việc
TÍNH TOÁN CƠ KHÍ
Tính toán cụm cấp liệu và ép đùn
4.1.1 Tính chọn động cơ cấp liệu
Vật liệu đất sét có tính chất kết dính và mềm dẻo, phụ thuộc vào hệ số pha trộn chất lỏng, điều này khiến việc đo đạt trở nên khó khăn Do đó, chúng tôi áp dụng phương pháp thực nghiệm và kiểm chứng để lựa chọn động cơ và hộp giảm tốc phù hợp, có khả năng đẩy vật liệu với moment lớn Để tính toán lực ép cần thiết cho tải trọng đất sét, chúng tôi sẽ sử dụng các thông số liên quan.
Tính khối lượng nước trong tải trọng:
Khối lượng nước = Khối lượng tải trọng x Độ ẩm Khối lượng nước
Tính khối lượng đất sét khô:
Khối lượng đất sét khô = Khối lượng tải trọng - Khối lượng nước
Khối lượng đất sét khô = 500 g – 75 g
Khối lượng đất sét khô = 425 g = 0.425 kg
Tính lực ép cần: Lực ép = Khối lượng đất sét khô x G
Vậy, lực ép cần để ép tải trọng đất sét với khối lượng 500 g và độ ẩm 15% là khoảng 4.165 N
Hình 4.1: Động cơ cấp liệu
Thông số kỹ thuật của động cơ ST4118L1804
Moment giữ: 0,5 Nm Điện áp đầu vào: 3,15V Điện trở cuộn dây 1,75 Ohm
Thông số kỹ thuật của hộp giảm tốc GPLL 40-49
Moment xoắn tối đa 5,4 Nm
4.1.2 Tính toán bộ truyền động
Với các thông số động cơ được cung cấp:
1 Tính công suất đầu vào của động cơ:
• Công suất đầu vào = Điện áp đầu vào x Cường độ dòng cấp
2 Tính hiệu suất đầu vào của động cơ:
• Hiệu suất đầu vào = Công suất đầu ra
3 Tính moment đầu ra của động cơ sau khi qua hộp giảm tốc:
• Moment đầu ra = Moment giữ × tỉ số truyền × hiệu suất hộp giảm tốc
4 Tính công suất đầu ra của động cơ sau khi qua hộp giảm tốc:
• Công suất đầu ra = Moment đầu ra x Vận tốc đầu vào
• Công suất đầu ra = 14,7 Nm x 0,1 m/s
5 Tính hiệu suất đầu ra của động cơ sau khi qua hộp giảm tốc:
• Hiệu suất đầu ra = Công suất đầu ra / Công suất đầu vào
Công suất cần cung cấp cho động cơ là 43.2 W với vận tốc 100 mm/s để đáp ứng lực ép tải Hiệu suất đầu vào của động cơ và hộp giảm tốc lần lượt đạt 55,56% và 25,92% Để tối ưu hóa công suất sử dụng, nên lựa chọn trục vít me truyền động ép đùn trực tiếp nhằm nâng cao hiệu quả hoạt động.
Thông số điều khiển động cơ
Sử dụng cơ cấu trục vít me T8 giúp chuyển đổi chuyển động xoay thành chuyển động tịnh tiến cho đầu công tác của xi lanh cấp liệu Trong ống xi lanh cấp liệu, vận tốc đầu xi lanh được điều chỉnh để đạt hiệu quả tối ưu.
• Vận tốc sau =Vận tốc trước
Hình 4.2: Cụm cấp liệu được phân rã
Dựa vào biểu thức trên ta còn có thể suy ra được:
L: đoạn dịch chuyển của đầu xi lanh (mm) x: số vòng quay của trục (vòng)
Với ống xi lanh sử dụng trục vít me bước vít 𝑆 = 8𝑚𝑚 ta có số vòng quay cần thiết để xi lanh di chuyển đoạn L = 1mm là:
8 (vòng) = 45 ∘ Với tỉ số truyền của hộp giảm tốc:
𝑢 1 = 49: 1 Động cơ không thông qua hộp giảm tốc hay bộ truyền động tỉ số truyền không đổi
Tỉ số tuyền của cụm cấp liệu:
𝑢 = 𝑢 1 = 49 Vậy để trục vít quay được 45 ∘ thì động cần quay ít nhất: 45.49 = 2205 ∘
Với động cơ step ST4118L1804 – KGR04 step 1, 8 ∘ thì cần tối thiểu: 2,205
1,8 = 1,225 step để trục xi lanh dịch 1mm ⇒ 1,225𝑠𝑡𝑒𝑝/𝑚𝑚
Tương tự cách tính trên để đùn vật liệu đi xún 1mm thì:
38 Động cơ không thông qua hộp giảm tốc hay bộ truyền động tỉ số truyền không đổi
Với thông số động cơ 45
1.8𝑠𝑡𝑒𝑝 thì để vật liệu đi xuống 1 mm thì cần ít nhất 25 step ⇒ 25𝑠𝑡𝑒𝑝/𝑚𝑚
Để đảm bảo hiệu quả trong quá trình cấp liệu và ép đùn, cần có sự đồng bộ giữa thể tích vật liệu cấp vào và vật liệu được đùn ra Nếu cụm cấp liệu hoạt động với tốc độ nhanh hơn, vật liệu đùn ra sẽ không kịp và dẫn đến hiện tượng trào ngược Ngược lại, nếu cụm cấp liệu có tốc độ chậm hơn, lượng vật liệu đùn ra sẽ vượt quá lượng cấp vào, gây ra tình trạng đứt gãy và không liền mạch trong quá trình in sợi đất sét.
Vì vật liệu có độ liên kết và mềm dẻo xem như có dòng chảy nên ta có:
A - Lưu lượng của vật liệu (mm 3 /s) v - Tốc độ dòng chảy của vật liệu (mm/s)
S - Diện tích của ống dòng (mm 2 ) Điều kiện để có sự đồng bộ giữa 2 động cơ:
Hình 4.3: Cụm dẫn cấp liệu được phân rã
𝑆 𝑥𝑙 - Diện tích của xi lanh (mm 2 ) - 𝑆 𝑥𝑙 = 1963.5𝑚𝑚 2
𝑣 𝑑𝑢𝑛 - Tốc độ ép đùn của trục đùn (mm/s)
𝑆 𝑑𝑢𝑛 - Diện tích của đầu đùn (mm 2 ) - 𝑆 2 = 50.27𝑚𝑚 2
Có thể suy ra được vận tốc đầu đùn:
𝑆 𝑑𝑢𝑛 = 79.680𝑚𝑚/𝑠 Tốc độ cần thiết của động cơ cho đầu đùn:
Hình 4.4: Vị trí lắp ráp bộ cấp liệu và cụm dẫn cấp liệu
Tính toán truyền động các trục X, Y, Z
Kết cấu truyền động cho trục X mà nhóm lựa chọn cho đồ án là truyền động bằng dây đai
Lực tác dụng lên trục X là;
F: lực tác dụng lên trục X (N) m: khối lượng trục X (kg) Sau khi lắp ráp chuyển động trục x, đem cân khối lượng của trục được bao nhiêu chính là m Kết quả cân được là 1,5kg a: gia tốc (m/s 2 ) Dựa theo khảo sát của một mô hình máy in 3D, gia tốc trục X của máy là 3 (m/s 2 )
F: lực tác dụng lên trục lctđ: chiều dài cánh tay đòn (m) Chiều dài cánh tay đòn được tính bằng nửa đường kính của puli
Dpuli: đường kính của puli đai (m) Đường kính của puli được tính như sau:
Dpuli C là chu vi của puli, sử dụng puli 20 răng có bước răng 2mm
Cơ cấu truyền động cho trục Y mà nhóm lựa chọn cho đồ án là truyền động bằng dây đai
Lực tác dụng lên trục Y là:
Trong đó: m: khối lượng của trục Y sau khi lắp ráp và đem cân Khối lượng cân được là 2kg a: gia tốc có được sau khi khảo sát mô hình 3D
Trục Z ít di chuyển trong quá trình làm việc nhưng ảnh hưởng lớn đến chất lượng sản phẩm Truyền động vít me - đai ốc thường được ưa chuộng nhờ hiệu suất cao và hoạt động êm ái, trong khi truyền động đai có thiết kế nhỏ gọn nhưng có nguy cơ trượt đai Việc lựa chọn phương pháp truyền động cho trục Z rất quan trọng để đảm bảo chất lượng và độ chính xác của sản phẩm in Lực tác dụng lên trục Z cũng cần được xem xét kỹ lưỡng.
Hình 4.5: Truyền động Core XY
Trong đó: m: khối lượng tổng, trục X chuyển động trên trục Z nên m là tổng khối lượng trục
X và Z Sau khi cân kết quả được 3kg a: gia tốc có được sau khi khảo sát thực tế
Dtrục: là đường kính của trục Z (m) Sử dụng trục chuyển động là trục vitme có đường kính là 8mm
Hình 4.6: Cụm truyền động trục Z
THIẾT KẾ MẠCH DIỆN VÀ LẬP TRÌNH ĐIỀU KHIỂN
Linh kiện chính
Hình 5.1: Ảnh liệt kê danh sách các linh kiện sử dụng cho bộ điều khiển
Giới thiệu 1 số linh kiện chính
Trên thị trường hiện nay, có nhiều loại board mạch được sử dụng để điều khiển máy in 3D, mỗi loại có những ưu điểm riêng Khi lựa chọn board mạch phù hợp, cần xem xét các yếu tố như giá thành, khả năng hỗ trợ, khả năng mở rộng, độ dễ dàng lắp đặt, sự phổ biến và tốc độ xử lý nhanh với các chip mới nhất Chip Mega 2560 được ưa chuộng và có cộng đồng lớn, giúp người dùng dễ dàng nâng cấp máy Dựa vào các tiêu chí này, MKS Gen L V2.1 là lựa chọn phù hợp cho quy mô thiết kế máy in 3D.
- Chip Usb to TTL: CH340
- Kết nối không dây: Wifi/Bluetooth
- Hỗ trợ cảm biến nhiệt loại: NTC 100K
- Hỗ trợ cặp nhiệt loại: AD597/PT100
- Hỗ trợ driver: A4988, A4982, DRV8825, TMC2100, LV8729, TB6600 vv
- Hỗ trợ LCD điều khiển: LCD2004, LCD12864, MKS TFT, OLED vv
- Phần mềm hỗ trợ: Simplify 3D, KISSlicer, Cura, Repetier-host vv
- Thẻ nhớ: Tùy theo Ramp LCD
- Có thể sử dụng cho các loại máy in 3D như: Máy 3 trục X,Y,Z , Delta, i3, corexy…vv
5.2.2 Driver điều khiển động cơ
Mạch điều khiển động cơ bước TMC2209 có kích thước nhỏ gọn, hỗ trợ nhiều chế độ làm việc và cho phép điều chỉnh dòng ra, giúp bảo vệ động cơ khỏi hiện tượng nóng hoặc cháy So với các driver thông thường, TMC2209 sở hữu bộ tản nhiệt hiệu quả và hoạt động êm ái với chế độ silent, giảm thiểu tiếng ồn khi di chuyển nhanh Ngoài ra, TMC2209 còn hỗ trợ chế độ Uart cho phép điều chỉnh dòng trực tiếp qua chương trình mà không cần điều khiển thủ công V-reft, cùng với chế độ endstop ảo (sensorless homing) giúp về home mà không cần công tắc hành trình Mạch này cũng tương thích tốt với board MKS Gen L V2.1.
Với điều khiện đó thì TMC2209 là sự lựa chọn phù hợp cho mô hình máy hiện tại
- Chế độ: DIR/Step, UART
Để đảm bảo động cơ hoạt động hiệu quả và không bị quá dòng, gây nóng và ảnh hưởng đến tuổi thọ, cần phải hiệu chỉnh dòng điện của driver khi mua về.
Với động cơ đã chọn điện áp tối đa 2A, để hoạt động đủ hiệu suất và không bị nóng thì dòng cấp sẽ bằng 80% dòng tối đa
𝐼 = 80% 𝐼 𝑚ax = 80% 2 = 1,6𝐴 Dựa vào công thức của nhà sản xuất, dòng để cấp cho động cơ:
Có thể sử dụng chế độ Uart chỉnh trực tiếp Vref trên code trực tiếp
5.2.3 Động cơ bước size 42 Động cơ bước 42 (Step) chuyên được sử dụng trong các trục chuyển động của máy in 3D, máy khắc laser hay một số sản phẩm khác Sử dụng trong sản xuất sẽ đảm bảo máy móc được vận hành êm, mượt, giảm tiếng ổn trong quá trình hoạt động
Hình 5.4: Động cơ bước size 42
Hình 5.5: Sơ đồ nối dây động cơ
• Chiều dài động cơ: 48mm
• Driver điều khiển: A4988, TMC2209, TB6560, TB6600, DM542 và nhiều loại mạch điều khiển khác
Khối nguồn là bộ phận cung cấp năng lượng cho toàn bộ hệ thống điện trong máy in 3D, đòi hỏi phải hoạt động ổn định với điện áp và dòng điện luôn được duy trì Khi lựa chọn nguồn, cần chú ý đến điện áp và dòng điện yêu cầu của các thành phần trong mạch để đảm bảo hiệu quả hoạt động Các thiết bị trong máy thường sử dụng điện áp từ 5 – 24V.
Sử dụng nguồn 24VDC-10A để cung cấp điện áp cho toàn bộ mạch sẽ đảm bảo đủ điện áp và dòng điện cho board, động cơ và các thiết bị khác.
Trong quá trình hoạt động, LCD là bộ phận thiết yếu để giám sát và kiểm tra tiến độ, hiệu suất cũng như tình trạng của hệ thống Ngoài chức năng giám sát, LCD còn cho phép điều chỉnh các thông số điều khiển hệ thống Mẫu LCD 12864 thường được sử dụng trong máy in 3D, cung cấp khả năng hiển thị tốt và hỗ trợ mạnh mẽ với Marlin Firmware.
Hình 5.7: Màn hình hiển thị LCD
- Điện áp sử dụng: 5VDC
- Chữ trắng, nền xanh dương
- Màn hình kích thước 77 * 50mm
- Độ phân giải: 128×64 điểm ảnh
- Các chuẩn giao tiếp: Song song 8bit, song song 4bit, và giao tiếp nối tiếp
- Màu LCD: Hiện thị xanh dương
Trong quá trình hoạt động, công tắc hành trình giúp ngăn chặn hiện tượng đầu phun di chuyển ra ngoài giới hạn cho phép và va chạm vào trục Khi xảy ra sự cố, công tắc sẽ tạm dừng quá trình in cho đến khi vị trí được điều chỉnh lại phù hợp, sau đó máy có thể hoạt động trở lại.
Hình 5.8: Màn hình hiển thị LCD
Hình 5.9: Sơ đồ nguyên lý công tắc hành trình
Vật liệu nhiệt: Nhiệt PTC
Phương pháp nhiệt: làm nóng bằng luồng không khí Chiều dài của dây: 200mm
Cách điện bề mặt: Không
Sơ đồ kết nối
Hình 5.12: Sơ đồ kết nối bộ nguồn
Hình 5.13: Sơ đồ kết nối lên board
5.3.3 Kết nối động cơ step
Hình 5.14: Sơ đồ kết nối động cơ step
5.3.4 Kết nối công tắc hành trình
Hình 5.15: Sơ đồ kết nối công tắc hành trình
Lập trình điều khiển
5.4.1 Marlin Firmware: Để có thể sử dụng máy in 3D, máy in cần phải được lập trình và ở đây chương trình Marlin sẽ được sử dụng để thiết lập cho máy Marlin là chương trình cơ sở nguồn mở được thiết kế ban đầu cho máy in 3D của dự án RepRap sử dụng nền tảng Arduino Marlin còn được sử chỉnh sửa để sử dụng trên các máy CNC mini Có thể nói hiện này Marlin được sử dụng rồng rãi bật nhất trong các mã nguồn mở hiện tại và ở hầu hết các máy in 3D vì sự tiện lợi và hiểu quả
Sau khi biên dịch mã nguồn C++, chương trình sẽ được cài đặt và chạy trên bo mạch chính, sử dụng các thành phần tích hợp và chân I/O đa năng để điều khiển và giao tiếp với các linh kiện khác Để sử dụng chương trình Marlin, trước tiên bạn cần truy cập trang web của Marlin để tải các file cần thiết cho máy in.
Sau khi tải chương trình Marlin, hãy mở phần mềm Visual Code và truy cập vào mục Explorer để mở thư mục chứa chương trình Marlin Tại đây, bạn sẽ xác lập các lệnh cần thiết cho máy in.
Hình 5.16: Trang web chính của Marlin
Tại đây việc thiết lập thông số cho máy in sẽ được tiến hành Cụ thể là các phần sau:
- Board mạch được sử dụng cho máy in:
- Driver sẽ được sử dụng cho các động cơ servo:
- Kích hoạt Mixing extruder, do máy in có 2 động cơ servo đặt ở bộ đùn và vòi phun nên sẽ được khai báo như sau:
- Khai báo cảm biến nhiệt độ tại vòi phun:
- Khai báo hệ máy in 3D:
- Khai báo vị trí đặt công tắc hành trình:
- Khai báo logic của công tắc hành trình:
- Khai báo step/mm của các động cơ servo tại các trục X, Y, Z, vòi phun E0 và bộ đùn E1:
- Khai báo tốc độ tối đa của các động cơ servo:
- Khai báo gia tốc tối đa của các động cơ servo:
- Khai báo gia tốc mặc định, gia tốc rút mặc định, gia tốc di chuyển mặc định:
- Khai báo thăm dò trục z thủ công:
- Khai báo chiều động cơ X, Y, Z:
- Khai báo chiều động cơ tại vòi phun E0 và bộ đùn E1:
- Khai báo vị trí home của trục X, Y, Z:
- Khai báo kích thước không gian làm việc:
- Khai báo giới hạn vị trí của không gian làm việc:
- Khai báo sử dụng cảm biến hết vật liệu:
- Khai báo trạng thái của cảm biến hết vật liệu:
- Khai báo sử dụng script hết vật liệu:
Khai báo dạng đồ họa là cần thiết cho việc điều khiển, đồng thời việc khai báo thời gian trễ cũng rất quan trọng Điều này giúp đảm bảo màn hình hoạt động ổn định, đặc biệt khi sử dụng cáp kết nối dài.
Sau khi thiết lập xong các thông số ở file Configuration.h, các thông số tại file
Configuration_adv.h cũng cần được thiết lập, Ở file header các thông số sau sẽ cần được thiết lập:
- Khai báo sử dụng babystepping:
- Khai báo sử dụng tính năng tạm dừng nâng cao:
- Khai báo sử dụng tính năng về home khi tạm dừng:
- Khai báo các thông số cho driver động cơ X:
- Khai báo các thông số cho driver động cơ Y:
- Khai báo các thông số cho driver động cơ Z:
- Khai báo thông số cho driver động cơ E0 (động cơ vòi phun):
- Khai báo thông số cho driver động cơ E1 (động cơ bộ đùn):
Sau khi hoàn tất việc thiết lập các thông số trong file Configuration_adv.h, bạn có thể nạp các thông số này vào máy in qua cổng USB Để thực hiện điều này, hãy mở một tab ABM (Auto Build Marlin) và nhấn vào nút upload để gửi dữ liệu vào máy in.
Hình 5.17: Lưu đồ thiết lập thông số cho máy in
Hoàn thành cài đặt chương trình
Mở tệp Marlin trên Visual Code
Nạp chương trình vào máy in
Sau khi hoàn tất lập trình phần cứng của máy in, việc thiết lập thêm một số thông số là cần thiết để tối ưu hóa quá trình in sản phẩm Quá trình thiết lập này sẽ được thực hiện thông qua phần mềm Cura.
Trong phần mềm Cura, để thiết lập máy in 3D, cần điều chỉnh các thông số trong mục Printer Settings, bao gồm vùng hoạt động và thông số cho các trục X, Y, Z, tương ứng với không gian vòi cấp liệu Đối với phần Build plate shape, chọn “Rectangular” vì vùng in có hình dạng mặt phẳng chữ nhật Cuối cùng, để máy in có thể thực hiện các lệnh, cần thiết lập G-code flavor là Marlin, do máy in sử dụng chương trình Marlin để chạy lệnh.
Để tối ưu hóa hiệu suất in, cần thiết lập các thông số cho vòi in trong mục “Printhead Settings”, bao gồm các giá trị Xmin, Xmax, Ymin, và Ymax Bên cạnh đó, số lượng bộ đùn cũng cần được xác định, và trong trường hợp này, máy in sử dụng một bộ đùn duy nhất.
Hình 5.18: Machine settings trong Cura
Sau khi thiết lập các thông số cần thiết, bước tiếp theo là xác định các lệnh G-code cơ bản cho máy in, bao gồm vùng Start G-code và End G-code, để thực hiện trước và sau khi in sản phẩm.
Tại vùng Start G-code, các lệnh sau sẽ được sử dụng:
- G28: Chạy vòi in và bàn in về vị trí Home
- M106 S255: Khởi động quạt sấy ở mức 100%
- M163 S0 P0.87: Xác lập hệ số truyền cho động cơ servo E0 tại vòi phun với hệ số 0.87
- M163 S1 P0.13: Xác lập hệ số truyền cho động cơ servo E1 tại bộ cấp liệu với hệ số 0.13
- M164 S0: Lưu hệ số truyền vào bộ nhớ của máy in
- G92 E0: Đặt vị trí hiện tại thành các giá trị được chỉ định
Tại vùng End G-code, các lệnh sau sẽ được sử dụng:
- M104 S0: Xác lập nhiệt độ của vòi in xuống 0 0 C
- G92 E0: Đặt vị trí hiện tại thành các giá trị được chỉ định
- G1 F300 Z100: Di chuyển bàn in xuống vị trí Z 100 với tốc độ 300mm/s
- G28 X0 Y0: Chạy vòi in về vị trí home
- M84: Ngắt kết nối các động cơ bước
Để thiết lập bộ đùn, cần xác định các thông số quan trọng như kích thước đầu vòi và đường kính tương thích Máy in sẽ sử dụng đầu vòi có kích thước 2mm hoặc 1mm, với đường kính tương thích là 1.75mm.
Sau khi hoàn thành các bước cần thiết, máy in có thể bắt đầu in các sản phẩm mong muốn Để thực hiện điều này, người dùng cần tải file có đuôi STL về máy tính, sau đó mở phần mềm Cura, chọn mục "Open file" và chọn file cần in.
Sau khi file xuất hiện trên không gian làm việc, cần phải tiến hành thiết lập một số thông số khác cho máy in tại mục như hình dưới
Hình 5.19: Setting bộ đùn trong Cura
Hình 5.20: Giao diện chính trong Cura
Thiết lập chiều cao và chiều rộng của từng lớp in, độ lấp đầy cho mẫu in, nhiệt độ in, tốc độ in, tốc độ quạt sấy và các yếu tố nhiệt độ khác là những yếu tố quan trọng cần được cân nhắc trong quá trình in 3D.
Sau khi hoàn tất xác lập các thông số, quá trình tiếp theo sẽ là tiến hành cắt lớp cho mẫu
Hình 5.21: Vùng thiết lập thông số cho sản phẩm in
Hình 5.22: Nút cắt lớp cho sản phẩm
Sau khi cắt lớp thành công, bạn hãy chuyển đến mục Preview để kiểm tra các lớp mà máy in sẽ in Tiếp theo, lưu file vào máy tính hoặc thẻ SD và kết nối với máy in để bắt đầu in sản phẩm.
Hình 5.23: Sản phẩm sau cắt lớp
Thiết lập thông số máy in
Thiết lập thông số vòi in
Mở file sản phẩm muốn in
Lưu file cắt lớp vào thẻ SD
Hình 5.24: Lưu đồ thiết lập thông số cho sản phẩm trên Cura
Ngoài phần mềm Cura, bạn cũng có thể sử dụng Pronterface để điều khiển máy in 3D qua cáp USB type B Để bắt đầu, hãy tải phần mềm Pronterface về máy và nhấp vào file có đuôi exe để sử dụng.
Để kết nối máy tính với máy in qua phần mềm Pronterface, người dùng cần chọn đúng port và Baud rate Sau khi thiết lập xong, nhấn vào nút connect để kết nối Giao diện Pronterface cho phép điều khiển máy in thông qua các nút chức năng Phần mềm cũng hỗ trợ điều khiển bộ đùn trước khi in để đẩy vật liệu ra vòi in Để in sản phẩm, người dùng chỉ cần bấm vào mục Load file để mở file cần in, sau đó nhấn Print để bắt đầu quá trình in Lưu ý rằng dây cáp cần được kết nối tốt để đảm bảo sản phẩm hoàn thiện.
Hình 5.25: Giao diện chính của Pronterface
KẾT QUẢ
So sánh thông số giữa mẫu mô phỏng và mẫu thực tế
6.2.1 Các sản phẩm thực tế (tỉ lệ pha trộn 500:70)
Mẫu mô phỏng Mẫu thực tế Nhận xét
Với kích thước chuyển động với đầu vòi 2mm với biên dạng xoắn máy đã đáp ứng khá tốt tuy độ ổn định chưa đạt 100%
Với việc thay đổi độ dòng chảy vật liệu thì biên dạng không còn được giữ như trên nữa
Mẫu mô phỏng Mẫu thực tế Nhận xét
Tỷ lệ thay đổi việc in với độ nghiên chưa đạt hiệu xuất cao như với tỷ lệ 87 :17 đã thử nghiệm
Khi tỷ lệ cấp liệu từ bình chứa tăng lên, ảnh hưởng sinh ra sẽ trở nên rõ rệt hơn, dẫn đến việc dư lượng vật liệu khó kiểm soát về hình dạng khi được nâng cao.
Mẫu mô phỏng Mẫu thực tế Nhận xét
Mẫu được in ở chế độ Surface Với đầu in 2mm và layer 1mm thì việc in lên cao càng đẹp khá khó
Như dưới đây là hình thay đổi giảm tỷ lệ nhưng vẫn không cải thiện hơn khi in các mẫu khá mỏng
Mẫu mô phỏng Mẫu thực tế Nhận xét
Mẫu được in với vòi 1mm thì khá là đẹp về đường nét mẫu đạt hiệu quả chi tiết khá cao
Mẫu mô phỏng Mẫu thực tế Nhận xét
Với đầu in 2mm dạng xoắn và lồi lõm, nếu in với biên dạng hình lớn như hình bên cạnh, sản phẩm sẽ có đáp ứng ổn định rõ rệt.
Mẫu mô phỏng Mẫu thực tế Nhận xét
Mẫu càng nhỏ thì vòi càng nhỏ đáp ứng in biên dạng vuông nhỏ như 20x20mm khá ổn
Với biên dạng dài và thay đổi layer thì ảnh hưởng flow đáp ứng khá rõ rệt
6.2.2 Thông số thực tế của một số mẫu in
Thông số thực tế bề dày 1 số mẫu vật (Flow 87:13 – đầu 1mm – layer 0.6mm – tỉ lệ pha trộn 500:70)
- Mẫu tổ ong (10 lần đo)
THÔNG SỐ BỀ DÀY THÀNH MẪU TỔ ONG
- Mẫu hình vuông (5 lần đo)
Nhận xét
Theo các mẫu in, tỷ lệ pha trộn 500g đất với 70ml nước tạo ra đất sét có độ mịn và ẩm lý tưởng nhất cho tốc độ in 60mm/s và các mức công suất ép đùn của máy.
Máy in hoạt động ổn định ở cả tốc độ thấp và cao, giúp duy trì độ chính xác mà không bị ảnh hưởng bởi các hạn chế cơ học Thiết kế bộ đùn được tối ưu hóa để giảm thiểu tình trạng rỗng khí, đảm bảo không có thiếu sót và phân phối đất sét đạt hiệu quả cao.
THÔNG SỐ BỀ DÀY THÀNH MẪU
Vòi phun 2mm đã cho kết quả khả quan trong các thử nghiệm Vòi phun mịn hoặc nhỏ hơn sẽ tạo ra góc sắc nét hơn Bên cạnh đó, chiều cao lớp dường như không ảnh hưởng nhiều đến chất lượng cạnh.
Chiều cao lớp trong thử nghiệm mô hình mang nhiều ý nghĩa quan trọng Khi tỷ lệ lớn hơn, phân lớp trở nên dày hơn, trong khi tỷ lệ nhỏ hơn tạo ra kết cấu dạng hạt khi các lớp được nén lại Hiện tượng này càng rõ ràng hơn khi kích thước vòi nhỏ lại.
Một quan sát quan trọng trong quá trình in là kích thước đầu phun lớn hơn sẽ mang lại sự ổn định cao hơn cho bản in Mặc dù tỷ lệ chiều cao và chiều rộng của vật liệu đùn được duy trì, nhưng với mỗi kích thước đầu phun lớn hơn, lớp thành của bản in trở nên rộng hơn, góp phần làm cho quá trình in trở nên ổn định hơn.
Sản phẩm của chúng tôi có kích thước bản in và thiết kế thực tế với độ sai số chỉ từ 0.2-0.8mm, cho phép so với các sản phẩm khác trên thị trường có dung sai lớn hơn 1mm Điều này giúp sản phẩm đạt hiệu quả cao hơn so với các lựa chọn hiện có trên thị trường.