LỜI NÓI ĐẦU Ngày nay, với sự phát triển vượt bậc của khoa học kỹ thuật đặc biệt là khoa học máy tính đã làm thay đổi căn bản mọi mặt của đời sống xã hội.Từ giữa thế kỷ 20, khi công nghệ máy tính được đưa vào áp dụng trong sản xuất đã góp phần tự động hóa sản xuất, giải phóng sức lao động cho con người, tăng năng suất cũng như chất lượng sản phẩm. Theo đó là sự ra đời của phương thức sản xuất có sự trợ giúp của máy tính và các máy công cụ được tích hợp bộ điều khiển số. Ở Việt Nam, ngoài việc công nghệ CAD CAM đã và đang được phát triển, ứng dụng rộng rãi trong các xí nghiệp, nhà máy. Thì vài năm trở lại đây công nghệ tạo mẫu nhanh (RPM) bước đầu đã được nghiên cứu và ứng dụng ở các viện nghiên cứu, các trung tâm công nghệ cao. Công nghệ tạo mẫu nhanh (RPM) là tổ hợp của CAD, kỹ thuật thiết kế ngược RE (Reverse Engineering), tạo mẫu nhanh RP (Rapid Prototyoing) và kỹ thuật chế tạo nhanh RT(Rapid Tooling) mà RP là kỹ thuật chủ chốt. Kỹ thuật RPM là kỹ thuật tạo nên sản phẩm mới, phù hợp với xu thế toàn cầu hóa các phương diện thị trường thương mại và sản xuất, đa dạng hóa sản phẩm, đổi mới sản phẩm mẫu mã nhanh, sản phẩm công nghệ cao, phù hợp với tính cạnh tranh của thị trường ngày càng khốc liệt. Giáo trình Công nghệ thiết kế ngược Tạo mẫu nhanh được biên soạn trên cơ sở đề cương môn học Công nghệ thiết kế ngược Tạo mẫu nhanh dành cho sinh viên nhóm ngành cơ khí thuộc khoa Cơ khí Chế tạo máy. Nội dung giáo trình bao gồm các kiến thức cơ bản về Công nghệ thiết kế ngược và Tạo mẫu nhanh được trình bày trong 4 chương: Chương 1: Giới thiệu tổng quát về thiết kế ngược và tạo mẫu nhanh Chương 2: Quy trình chỉnh sửa dữ liệu quét trong thiết kế ngược Chương 3: Các phương pháp tạo mẫu nhanh Chương 4: Nghiên cứu ứng dụng công nghệ tạo mẫu nhanh Trong quá trình biên soạn mặc dù đã hết sức cố gắng nhưng do hạn chế về kiến thức và kinh nghiệm nên không tránh khỏi những thiếu sót. Rất mong được sự góp ý, bổ xung, đóng góp ý kiến của quý thầy cô và bạn đọc để giáo trình được hoàn thiện hơn. Mọi ý kiến đóng góp xin gửi về: Khoa cơ khí chế tạo máy, Trường Đại học Sư phạm kỹ thuật Vĩnh Long – Số 73 Nguyễn Huệ, Tp Vĩnh Long.
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT VĨNH LONG KHOA CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY GIÁO TRÌNH CƠNG NGHỆ THIẾT KẾ NGƯỢC – TẠO MẪU NHANH (Dùng cho sinh viên chun ngành Kỹ Thuật Cơ Khí, Cơng Nghệ Chế Tạo Máy) 2015 | PDF | 88 Pages buihuuhanh@gmail.com Tháng 09/2015 TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT VĨNH LONG KHOA CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY GIÁO TRÌNH CƠNG NGHỆ THIẾT KẾ NGƯỢC – TẠO MẪU NHANH (Dùng cho sinh viên chuyên ngành Kỹ Thuật Cơ Khí) Dùng cho giảng dạy cho mơn học có mã học phần: CK1329, CK1524 Biên soạn: Lê Hoàng Anh Trần Hữu Danh Tháng 09/2015 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 Giáo trình "Cơng nghệ thiết kế ngược -Tạo mẫu nhanh" biên soạn sở đề cương môn học Công nghệ thiết kế ngược -Tạo mẫu nhanh dành cho sinh viên nhóm ngành khí thuộc khoa Cơ khí Chế tạo máy Nội dung giáo trình bao gồm kiến thức Công nghệ thiết kế ngược Tạo mẫu nhanh trình bày chương: Chương 1: Giới thiệu tổng quát thiết kế ngược tạo mẫu nhanh Chương 2: Quy trình chỉnh sửa liệu quét thiết kế ngược Chương 3: Các phương pháp tạo mẫu nhanh Chương 4: Nghiên cứu ứng dụng công nghệ tạo mẫu nhanh Trong trình biên soạn cố gắng hạn chế kiến thức kinh nghiệm nên không tránh khỏi thiếu sót Rất mong góp ý, bổ xung, đóng góp ý kiến q thầy bạn đọc để giáo trình hồn thiện Mọi ý kiến đóng góp xin gửi về: Khoa khí chế tạo máy, Trường Đại học Sư phạm kỹ thuật Vĩnh Long – Số 73 Nguyễn Huệ, Tp Vĩnh Long Tác giả Trang MỤC LỤC CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU TỔNG QUÁT VỀ THIẾT KẾ NGƯƠC VÀ TẠO MẪU NHANH 1.1 Hiện trạng tương lai thiết kế ngược 1.2 Tổng quan công nghệ thiết kế ngược 1.3 Hiện trạng tương lai tạo mẫu nhanh 24 1.4 Tổng quan công nghệ tạo mẫu nhanh 36 1.5 Mối quan hệ thiết kế ngược tạo mấu nhanh 39 CHƯƠNG 2: QUY TRÌNH CHỈNH SỬA DỮ LIỆU QUÉT TRONG THIẾT KẾ NGƯỢC 2.1 Cấu tạo nguyên lý máy quét 3D 42 2.2 Quy trình chỉnh sửa liệu quét Geomagic 42 2.3 Các Tính xử lý Geomagic 44 2.4 Quy trình tạo NURBS cho hệ thống CAD 46 CHƯƠNG 3: CÁC PHƯƠNG PHÁP TẠO MẪU NHANH 3.1 Phương pháp SLA (Stereo lithography apparatus) 52 3.2 Phương pháp SGC (Solid Ground Curing) 59 3.3 Phương pháp LOM (Laminated Object Manufacturing) 62 3.4 Phương pháp SLS (Selective Laser Sintering) 67 3.5 Phương pháp 3D Printing 69 3.6 Phương pháp FDM (Fused Deposition Manufacturing) 71 3.7 Phương pháp MJM (Multi Jet Modeling) 73 CHƯƠNG 4: NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ TẠO MẪU NHANH 4.1 Nghiên cứu cơng nghệ đúc xác nhanh nhờ công nghệ tạo mẫu nhanh SLA 81 4.2 Nghiên cứu kỹ thuật ngược ứng dụng vào tạo mẫu nhanh 83 4.3 Công nghệ tạo mẫu nhanh y học 85 Trang CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU TỔNG QUÁT VỀ THIẾT KẾ NGƯƠC VÀ TẠO MẪU NHANH 1.1 Hiện trạng tương lai thiết kế ngược Thiết kế ngược quy trình thiết kế lại mẫu - mơ hình vật lý cho trước thơng qua số hóa bề mặt mẫu thiết bị đo tọa độ, xây dựng mơ hình thiết kế từ liệu số hóa Ưu điểm phương pháp thiết kế ngược cho phép thiết kế nhanh xác mẫu thiết kế có độ phức tạp hình học cao, mẫu dạng bề mặt tự (không xác định quy luật tạo hình) Phương pháp thiết kế ngược có ưu điểm mẫu thiết kế dạng bề mặt có quy luật tạo hình khơng xác định thơng số thiết kế Chẳng hạn mẫu bề mặt xoắn cánh tuabin, bề mặt thủy động học, khí động học Trong thời gian gần đây, nước có loại thiết bị tự động đo quét tọa độ 3D, kỹ thuật thiết kế ngược nghiên cứu áp dụng số nơi (doanh nghiệp, viện, trường…) Tuy nhiên việc ứng dụng có hiệu giải pháp kỹ thuật nhiều vấn đề cần phải hoàn thiện thêm Kỹ thuật thiết kế ngược - Reverse Engineering (RE) thuật ngữ sử dụng phổ biến thời gian gần Tuy nhiên, việc sử dụng RE phát triển sản phẩm vài thập kỷ trước RE hiểu trình nhân vật thể, phận sản phẩm hồn chỉnh có sẵn mà khơng có trợ giúp vẽ, tài liệu hay mơ hình máy tính Về chất thiết kế ngược trình chép sản phẩm sản xuất (nhờ khả chép hình ảnh vật thể thành liệu CAD 3D), thiết kế ngược liên quan đến việc quét hình (scanning), số hóa (digitizing) vật thể thành dạng điểm, đường bề mặt 3D Các nhà thiết kế chế tạo thường đánh giá sản phẩm đối thủ cạnh tranh trước đưa ý tưởng Ngày nay, q trình hệ thống hóa thành kỹ thuật riêng gọi kỹ thuật thiết kế ngược Đó đánh giá có hệ thống sản phẩm nhằm mục đích tái tạo lại hồn chỉnh có bổ sung thêm cải tiến phát triển Như vậy, thấy kỹ thuật thiết kế ngược q trình tạo mơ hình thiết kế từ sản phẩm có sẵn, nhằm thực phép phân tích kỹ thuật tái tạo lại sản phẩm dạng nguyên gốc hay biến thể Quá trình trái ngược với trình truyền thống lâu kiểu “thiết kế thuận” (Forward Engineering) - từ ý tưởng đến sản phẩm, thiết kế ngược từ việc phân tích phận trình thuận - ngược tổng hợp theo lộ trình sau: - Thiết kế thuận: nhu cầu - ý tưởng thiết kế - tạo mẫu thử kiểm tra - sản phẩm - Thiết kế ngược: sản phẩm - đo kiểm tra - tái thiết kế - tạo mẫu thử kiểm tra - sản phẩm Kỹ thuật thiết kế ngược theo hướng tự động hóa thường chia làm giai đoạn là: lấy mẫu (số hóa bề mặt) thiết bị đo quét tọa độ; xử lý liệu xây dựng mơ hình thiết kế phần mềm CAD; ứng dụng Giai đoạn lấy mẫu giai đoạn số hóa bề mặt mẫu loại thiết bị đo quét tọa độ Các loại thiết bị đo quét tọa độ lựa chọn tùy theo hình dạng chi tiết, yêu cầu độ xác, vật liệu chi tiết, kích thước chi tiết Hai loại thiết bị đo quét tọa độ phổ biến thiết bị đo không tiếp xúc thiết bị đo tiếp xúc Điển hình loại máy là: máy quét laser máy đo tọa độ (Coordinate Measuring Machine - CMM) Trong giai đoạn thiết bị đo tọa độ thu nhận liệu hình học đối tượng dạng tọa độ Trang điểm (x,y, z), sau tập hợp điểm bề mặt đối tượng mô tả “đám mây điểm” Tiếp theo giai đoạn xử lý liệu xây dựng mơ hình, giai đoạn sử dụng phần mềm phần mềm tạo lưới (có khả tự động phủ lưới qua tất điểm liệu) phần mềm mơ hình hóa 3D (có khả mơ hình hóa đường cong, mặt cong NURBS, xây dựng mơ hình thiết kế CAD từ mơ hình lưới điểm thơng qua tương tác người sử dụng với giao diện phần mềm) Sau giai đoạn ứng dụng, mơ hình thiết kế tinh chỉnh, tối ưu phương pháp phân tích CAE, hay chuyển sang cơng đoạn thiết kế khuôn cho sản phẩm cuối xuất liệu thiết kế dạng vẽ kỹ thuật Có thể sử dụng trực tiếp liệu thiết kế cho cơng đoạn sản xuất cách chuyển mơ hình CAD sang phần mềm CAM để lập trình gia cơng CNC, hay chuyển sang liệu STL cho trình tạo mẫu nhanh Ngoài việc phục vụ thiết kế chế tạo, quy trình thiết kế ngược cịn sử dụng để kiểm tra, đánh giá độ xác sản phẩm gia công so với nguyên mẫu 1.2 Tổng quan công nghệ thiết kế ngược 1.2.1 Giới thiệu công nghệ thiết kế ngược 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 vẽ 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 nay, 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 hình CAD 3D cho chi tiết với độ xác cao Mơ hình CAD chỉnh sữa 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 thơng 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, công nghệ thiết kế ngược định nghĩa hoạt động tạo sản phẩm từ mẫu sản phẩm cho trước mà khơng có vẽ thiết kế Trang bị hay không rõ ràng 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 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 công công 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) Sản phẩm thực Quét mẫu máy Sản phẩm sơn trắng để quét mẫu Mô hình sản phẩm sau qt Trang Mơ hình hóa bề mặt Mơ hình CAD xây dựng lại Hình 1.1 : Qui trình lấy mẫu áp dụng cơng nghệ thiết kế ngược Ở Việt Nam, năm trở lại công nghệ thiết kế ngược áp dụng vào sản xuất Tuy nhiên phần lớn chưa mang tính chun nghiệp Ví dụ cơng ty sản xuất, chế tạo khuôn cho mặt hàng nhựa, khí thường nhận đơn đặt hàng đối tác làm khuôn cho mẫu sản phẩm cho trước đa số việc số hóa mơ hình lấy liệu thực cách thủ công, đo vẽ tay.Việc ứng dụng thiết bị số hóa cơng nghệ cao chun dụng, phần mềm thiết kế ngược chưa nhiều Chỉ có số cơng ty làm theo hợp đồng hay viện, trường đại học có máy quét 3D chủ yếu phục vụ cho học tập nghiên cứu 1.2.2 Ưu nhược điểm công nghệ thiết kế ngược * Ưu điểm + Kiểm tra chất lượng sản phẩm cách so sánh mơ hình CAD với sản phẩm, từ điều chỉnh mơ hình thông số công nghệ để tạo sản phẩm đạt u cầu + Mơ hình CAD đựơc sử dụng mơ hình trung gian q trình thiết kế cách tạo sản phẩm tay đất sét, thạch cao, sáp…rồi qt hình để tạo mơ hình CAD Từ mơ hình CAD người ta chỉnh sửa theo ý muốn + Giảm bớt thời gian chế tạo dẫn tới suất cao + Chế tạo nguyên mẫu mà không cần thiết kế * Nhược điểm + Cần có cơng nghệ đại loại máy quét hình + Giá thành cao 1.2.3 Các phương pháp quét hình phổ biến 1.2.3.1.Phương pháp quang học a Khái niệm Phương pháp đo không tiếp xúc phương pháp dùng tia lazer tia quang học khác để đo chụp ảnh bề mặt vật cần đo (quét) sau liệu xử lý, hoàn thiện nhờ phần mềm xử lý ảnh chuyên nghiệp Thiết bị số hóa loại máy quét lazer máy quét ánh sáng trắng Máy quét đo vật từ gần tới xa đến 35m máy quét Lazer Trang Hình 1.2 : Mơ hình máy qt 3D b Ưu nhược điểm phương pháp * Ưu điểm: - Thời gian lấy mẫu nhanh, lấy mẫu vật thể có kích thước lớn - Phương pháp lấy mẫu vật thể làm vật liệu mềm chất dẻo, xốp, sáp …hay vật thể bị biến dạng mà không làm biến dạng hay phá hủy mẫu cần đo * Nhược điểm - Độ xác khơng cao phương pháp đo tiếp xúc Vì phương pháp có ưu điểm, nhược điểm riêng nên dùng trường hợp cụ thể Cũng kết hợp phương pháp để đạt hiệu cao Có thể số hóa máy qt khơng tiếp xúc sau kiểm tra sai số sản phẩm máy đo tọa độ tiếp xúc Máy quét laser Laser từ viết tắt cụm từ tiếng anh Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation, nghĩa khuếch đại ánh sáng phát xạ cưỡng Laser loại ánh sáng có đặc tính đặc biệt, loại sóng điện từ nằm dãy ánh sáng nhìn thấy Bản chất chùm tia laser chùm ánh sáng đơn sắc có bước sóng xác định góc phân kỳ nhỏ Bước sóng phụ thuộc vào vật liệu phát tia laser Không giống máy CMM thường hệ máy đặt cố định, với máy CMM cầm tay, việc đo địi hỏi nhiều cơng sức khơng đơn giản; máy quét laser lại đo vật từ gần tới xa 35 mét, đạt độ xác khoảng 25 micron với khoảng cách mét Máy laser thu thập liệu toạ độ với tốc độ cao vận hành đơn giản Đối với vât thể lớn xe máy, ô tô … dễ dàng, nhanh chóng đo với máy quét laser Trang Hình 1.3 Máy quét laser Máy quét laser hoạt động theo nguyên tắc bắn tia laser tới mục tiêu có tính phản hồi vật đo Tia sáng phản hồi từ mục tiêu quay trở lại trở điểm phát thiết bị đo Tức chùm tia laser từ máy chiếu vào vật thể phản xạ lại cảm biến thu Hình dạng tồn vật thể ghi lại cách dịch chuyển hay quay vật thể chùm ánh sáng ngang qua vật Độ xác tốc độ đo máy quét Laser điểm khác biệt so sánh với thiết bị đo toạ độ cầm tay khác Bởi người sử dụng nhanh chóng thực phép đo với nguyên công nhất, nên máy quét laser thiết bị đo sử dụng phổ biến Các phần mềm quét phân tích liệu quét thể kết nhiều loại định dạng khác Độ nhạy thiết bị nhân tố quan trọng thỏa mãn nhu cầu quét hình 3D laze Nếu quét laser lên vật thể sống ví dụ người khơng ảnh hưởng đến sức khoẻ hay làm nhiễm môi trường Máy quét dùng ánh sáng trắng Máy đo thông dụng phương pháp máy COMET 250 Bằng phép đo tam giác (triangulation) dùng ánh sáng trắng, hệ thống máy chuyên ứng dụng cho phận nhỏ, địi hỏi xác cao hình điêu khắc tay Bằng kỹ thuật chiếu dùng ánh sáng giao thoa, COMET tạo đám mây liệu xác dày đặc, từ tạo điều kiện để tạo mơ hình 3D vật thể COMET số hóa bề mặt hình học theo vùng nhỏ Các vùng liệu tập trung cao xếp thẳng hàng với nhiều kỹ thuật khác nhau, điều làm cho trở thành hệ thống linh hoạt Trang Mơ hình máy ThermoJet 3D system tạo chi tiết lớn cỡ 10 inch x 7,5 inch x inch, có giá cỡ 50000$ Máy ThermoJet tạo chi tiết cách phun rải lớp vật liệu xáp nóng chảy lên sử dụng đầu phun rộng 9inch với 352 dòng Các giọt chảy từ dịng chảy có đường kính cỡ 0.003 inch hay 0.025mm chúng nhanh chóng nguội hố cứng bề mặt phía tạo nên lớp mỏng thường 0.0017 inch( 0,042mm) tiếp tục lớp khác phun trải lên Chất lượng chi tiết đánh giá kiểu dáng chất lượng bề mặt In 3D cần độ phân dải cỡ 300 đến 400 điểm ảnh inch trục X Y, 600 điểm ảnh trục Z Phần nhỏ mỏng tạo cỡ 0.003 inch Bề mắt giá đỡ tách bỏ nhám bề mặt cải thiện nhờ đánh bóng + Năng suất (tốc độ): Bởi phương pháp tạo chi tiết từ nhiều vịi phun chất lỏng nóng chảy cách đồng thời, nên sản xuất nhanh Tuy khơng phương pháp in 3D khơng lỗ hổng chi tiết sáp trám vào đồng thời tăng bền + Hậu xử lý: Sau tách giá đỡ, chi tiết tạo từ phương pháp nhiều vịi phun khơng cần phải xử lí thêm mà sử dụng sau chúng hồn thành Khơng xốp giống chi tiết tạo thiêu kết laze hay in 3D, chúng bù đắp có keo thêm vào để tăng bền + Khi chọn dùng phương pháp phun nhiều vòi: Phương pháp sử dụng cho chi tiết có yêu cầu cao độ phức tạp yêu cầu độ bền Đó ý tưởng tốt cho việc tạo mẫu đúc Máy ThermoJet chạy không gây ồn mơi trường phịng nhỏ, chúng ý tưởng tốt cho công ty nhỏ sử dụng nhà Vật liệu đưa vào máy thùng chứa Nó khơng sinh chất thải rắn hay lỏng Các phiến đỡ khử bỏ vứt vào thùng rác, không yêu cầu làm việc phải đeo găng tay bảo vệ + Những điều cần lưu ý: Khi đặt hàng máy tạo mẫu nhanh nhiều đầu phun cần xem xét kĩ yếu tố sau: – Kích thước chi tiết:Chi tiết sản xuất đơn dây chuyền nhà máy hay chưa? Bởi chi tiết chất sáp ThermoJet khó gắn kết với chi tiết khác – Đường lối sản xuất:Bề mặt hướng xuống chi tiết phương pháp ta thấy không phẳng sau đỡ tách Các bề mặt làm mịn nên chọn bề mặt quan trọng cho hướng lên phía – Khả hồn thiện: Để định chắn phương pháp mà chấp nhận bề mặt quant trọng đặt hướng xuống phía Và mơ hình ý tưởng khơng cần tốn q nhiều thời gian để làm bóng tất bề mặt + Xu hướng phát triển: Những năm gần đây, 3D thông báo phát triển loại máy kết hợp multijet modeling với cơng nghệ polime Xu hướng tạo chi tiết với bồi đắp polime giống tạo vật liệu sáp đồng dạng với giá đỡ 3D nói hướng phát triển hệ thống bao gồm công đoạn kết thúc tách riêng với cách tự động cắt bỏ lớp giá đỡ Họ chưa thông báo giá sản phẩm tạo theo hướng chúng đạt Trang 72 Hình 3.23 Sản phẩm phương pháp in MJM Câu hỏi ơn tập Câu 1: Trình bày cơng nghệ tạo mẫu nhanh SLA? Câu 2: Trình bày cơng nghệ tạo mẫu nhanh SLS? Câu 3: Trình bày cơng nghệ tạo mẫu nhanh LOM? Câu 4: Trình bày cơng nghệ tạo mẫu nhanh SGC? Câu 5: Trình bày tạo mẫu nhanh công nghệ in chiều (3DP)? Câu 6: Trình bày cơng nghệ tạo mẫu nhanh in FDM? Câu 7: Công nghệ tạo mẫu nhanh phương pháp in MJM? Trang 73 CHƯƠNG 4: NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG CƠNG NGHỆ TẠO MẪU NHANH Q trình tạo mẫu nhanh công cụ nhanh thực qua bước theo sơ đồ sau: Mơ hình CAD 3D Tiền xử lý Hậu xử lý Tạo Hình 4.1 Quá trình tạo mẫu nhanh cơng cụ nhanh Bước 1:Mơ hình CAD 3D: tạo mơ hình 3D dạng mặt hay dạng khối Bước 2: Tiền xử lý: bước thực công việc sau: - Xuất file CAD 3D sang đuôi STL File định dạng STL xấp xỉ bề mặt dạng tam giác Các mặt cong bậc cao xấp xỉ bề mặt nhiều tam giác làm cho kích thước file lớn - Sử dụng phần mềm (kèm theo máy tạo mẫu nhanh) thiết kế phận hỗ trợ sản phẩm (nếu cần thiết) Kiểm tra file STL chỉnh sửa - Tạo lớp cho sản phẩm, xác định thông số máy sản phẩm Bước 3: Tạo mẫu tự động loại máy tạo mẫu nhanh Bước 4: Hậu xử lý: bước thực công việc sau: - Tháo bỏ phận hỗ trợ (Supports) - Làm bề mặt sản phẩm (Cleaning) - Xử lý tia tử ngoại (PCA – UV Post Curing Apparatus) - Sơn hay đánh bóng sản phẩm (Coating or Polishing) Bảng 4.1 Hậu xử lý phương pháp tạo mẫu nhanh CÁC CÔNG NGHỆ TẠO MẪU NHANH Hậu xử lý Thiêu kết laser SLS Tạo hình lập thể SLA Làm x x Xử lý tinh Đánh bóng Phun nhiều lớp FDM Tạo lớp mỏng LOM x x x x x x Các khả tạo mẫu nhanh công cụ nhanh Đối với việc tạo mẫu nhanh công cụ nhanh, tạo sản phẩm riêng lẻ, tạo hàng loạt nhiều sản phẩm Sơ đồ hình 6.2 cho thấy khả tạo mẫu nhanh cơng cụ nhanh Tuy nhiên, chưa thể tất cả; phương pháp ln nghiên cứu, đặc biệt Trang 74 lĩnh vực tạo mẫu nhanh Mơ hình CAD 3D Tạo mẫu nhanh cơng cụ nhanh Mơ hình từ ý tưởng Mơ hình xác Tạo mẫu khn Tạo khn trực tiếp Tạo khuôn gián tiếp tiếp Khuôn vật liệu cao susilicon Phun kim loại, khuôn composite Vật liệu kim loại composite Thiêu kết kim loại Điện cực EDM Tạo khuôn truyền thống Đúc chân không Mẫu đơn Khuôn ép phun Mẫu hàng loạt Khn ép phun Khn có tuổi thọ ngắn, trung bình Khn ép phun Khn ép phun Khn có tuổi thọ cao Hình 4.2 Q trình tạo mẫu nhanh công cụ nhanh - Cách đơn giản sử dụng việc tạo mẫu riêng biệt từ mơ hình ý tưởng từ mơ hình xác hình dáng, kích thước, thơng số độ bền học Tiếp đến, độ bền độ xác xem xét cách sử dụng phương pháp in 3D Tuy nhiên tạo nên sản phẩm tinh hoàn chỉnh từ tạo mẫu nhanh vật liệu sử dụng có giới hạn, ứng suất, lực căng đường hàn liên kết lớp so sánh với khuôn ép phun - Khả thứ hai tạo mẫu nhanh để tạo công cụ mẫu để từ tạo mẫu hàng loạt, tạo khuôn ép phun có tuổi thọ trung bình ngắn - Tạo mẫu nhanh tạo khn từ phương pháp gián tiếp cách chế tạo Trang 75 điện cực cho máy EDM Ưu điểm điện cực có hình dáng phức tạp phương pháp gia công tạo mẫu nhanh nhanh nhiều so với gia công CNC - Cuối cùng, tạo khn trực tiếp từ cơng nghệ tạo mẫu nhanh Nếu khả thực hoàn hảo, cách mạng lĩnh vực chế tạo khn Hiện có hai khả năng: khn có tuổi thọ ngắn trung bình vật liệu kim loại composite, khn có tuổi thọ cao hoàn toàn vật liệu kim loại Các sản phẩm sản xuất tốt RP : - Tạo mẫu từ mơ hình ý tưởng (Concept Models) - Tạo mẫu từ mơ hình xác (Form Fit Function Models) -Tạo khuôn đúc chân không hàng loạt từ vật liệu silicone-rubber Các sản phẩm phát triển RP: - Chế tạo điện cực EDM RP - Sản xuất trực tiếp khn có tuổi thọ trung bình ngắn - Sản xuất trực tiếp khn có tuổi thọ cao - Sản xuất gián tiếp khn có tuổi thọ cao Các hướng nghiên cứu RP: - Tạo mẫu (Desktop Prototyping) - Những vật liệu tạo mẫu tương tự plastics - Những vật liệu làm khuôn mới, đặc biệt giảm độ co rút cong vênh sản phẩm - Thiêu kết vật liệu kim loại nguồn laser cao - Xử lý mật độ phân tử kim loại sau thiêu kết cao - Phay laser - Kết hợp công cụ nhanh phay tốc độ cao Hầu hết vật liệu chế tạo tạo mẫu nhanh, polyme vật liệu sử dụng phổ biến Nhiều phương pháp giới thiệu phương pháp cũ không ngừng cải tiến Trong chương xin trình bày xin trình bày số phương pháp tạo mẫu nhanh thông dụng 4.1 Nghiên cứu cơng nghệ đúc xác nhanh nhờ công nghệ tạo mẫu nhanh SLA Đúc khuôn vỏ mỏng hay gọi đúc sáp Là trình đúc xác để chế tạo chi tiết có hình dáng sắc cạnh từ hợp kim Mặc dù có lịch sử phát triển lâu đời từ công nghệ chế tạo, thời gian gần phương pháp đúc khuôn vỏ mỏng sử dụng để chế tạo chi tiết có hình dáng phức tạp có thành mỏng Ở phần khơng mơ tả chi tiết q trình đúc khn vỏ mỏng nhiên bước trình mô tả vắn tắt để nhấn mạnh đến công nghệ đúc từ loại mẫu chế tạo phương pháp tạo mẫu nhanh Q trình đúc khn vỏ mỏng bắt đầu việc chế tạo mẫu tự hủy với hình dáng hình học tương tự chi tiết đúc thành phẩm (Hình…) Các mẫu thường chế tạo sáp tạo hình khn kim loại Chi phí chế tạo khn thường lên đến hàng chục ngàn đô la thời gian chế tạo thường kéo dài nhiều tháng Khi mẫu Trang 76 sáp chế tạo xong gắn kết với hệ thống sáp khác tạo thành hệ thống rót khn gọi đạo rót đạo dẫn Tồn hệ thống sap1sau nhúng chìm vào hỗn hợp gốm hịa trộn với chất vữa kết dính (Hình…) đem sấy khơ.Q trình nhúng chìm kết dính vữa lặp lại chiều dầy vỏ đạt chiều dầy 6-8 mm Hình 4.3 Mơ tả q trình đúc khn vỏ mỏng Khi chất gốm khơ, tồn hệ thống đặt vào buồng hấp để loại bỏ chất sáp (Hình …) Sau phần lại sáp thấm vào vỏ đốt cháy lị (Hình b) lúc tồn phần dư mẫu loại bỏ lại khn gốm Khn sau nung sơ tới nhiệt độ xác định rót đầy kim loại lỏng tạo thành vật đúc (Hình ) Vật đúc làm nguội tới nhiệt độ đó, vỏ khn đập bỏ khỏi vật đúc Sau hệ thống rót cắt bỏ thực trình đánh bóng vật đúc (thổi cát, gia cơng máy) (Hình …) mơ tả q trình thiết kế máy vi tính vật thể rắn, khn, mẫu q trình đúc nhanh Hình 4.4 Mơ tả q trình đúc khuôn vỏ mỏng Hiệu chủ yếu áp dụng phương pháp tạo mẫu nhanh công nghệ đúc khuôn vỏ mỏng khả tạo mẫu có độ xác cao, chi phí thấp thời gian để tạo mẫu ngắn 4.2 Nghiên cứu kỹ thuật ngược ứng dụng tạo mẫu nhanh 4.2.1 Qui trình cơng nghệ thiết kế ngược Ngày với phát triển khoa học công nghệ đại, trình sản xuất sản phẩm ngày chun mơn hóa, việc chế tạo loại sản phẩm chia tách thành nhiều cơng đoạn riêng biệt có quan hệ mật thiết với theo tiêu chuẩn Trang 77 chung thống hợp thành quy trình sản xuất Tuy có nhiều cải tiến song qui trình sản xuất nhìn chung biểu sơ đồ (Hình 1.2) Trong quy trình thiết kế thuận, xuất phát từ ý tưởng thiết kế (của người thiết kế khách hàng mô tả sản phẩm), người thiết kế phác thảo sơ sản phẩm (bản vẽ CAD) Bản vẽ phác thảo tính tốn, phân tích, kiểm tra thơng số kỹ thuật, tính cơng nghệ (Dữ liệu chuyển từ CAD sang CAE) Sau mơ hình tối ưu hóa đưa vẽ thiết kế (bản vẽ CAD) hồn chỉnh Tiếp theo qua bước chuẩn bị cơng nghệ (CAPP), lập trình gia cơng (CAM), mơ chế tạo thử mẫu sản phẩm phương pháp tạo mẫu nhanh (RP) máy công cụ, máy CNC Mẫu sản phẩm chế thử đem kiểm tra thực tế xem có thỏa mãn u cầu đặt hay khơng Nếu khơng đạt quay chỉnh sửa lại từ vẽ phác thảo Tiếp tục trình mẫu sản phẩm đạt yêu cầu đưa vào sản xuất thực Quy trình thiết kế thuận Quy trình thiết kế ngược Hình 4.5 Quy trình thiết kế thuận Quy trình thiết kế ngược Cịn quy trình thiết kế ngược làm ngược lại Xuất phát điểm mẫu sản phẩm thực tế (Physical part) Mẫu sản phẩm thực số hóa sử lý thiết bị phần mềm chuyên dụng để đưa mơ hình CAD cụ thể Sau mơ hình CAD cho sản phẩm cơng đoạn giống chu trình sản xuất thuận trải qua bước tính tốn, phân tích , tối ưu hóa phần mềm CAE/CAM, chuẩn bị công nghệ (CAPP) gia công tạo mẫu nhanh lập trình gia cơng máy CNC hay máy công cụ khác, kiểm tra thực tế cuối đưa vào sản đưa vào sản xuất đại trà 4.2.2 Qui trình mơ hình hóa mẫu sản phẩm có sẵn theo cơng nghệ thiết kế ngược Trang 78 Q trình mơ hình hóa mẫu sản phẩm có sẵn, tạo mơ hình CAD cụ thể vật mẫu công đoạn quan trọng trọng tâm cơng nghệ thiết kế ngược Qui trình mơ hình cụ thể chia làm giai đoạn sau : 4.2.2.1 Giai đoạn số hóa sản phẩm Để số hóa sản phẩm ta dùng máy qt hình để quét hình dạng vật thể Dựa theo cách thức quét hình người ta phân dạng thiết bị quét hình chủ yếu máy quét dạng tiếp xúc (như máy đo tọa độ Coordinate Measuring Machine – CMM) máy quét không tiếp xúc (máy quét lazer) Các máy CMM sử dụng đầu đo để tiếp xúc với bề mặt cần đo Một số vị trí tiếp xúc cho điểm có tọa độ (x, y, z) Tập hợp điểm tạo thành lưới điểm vẽ hình dáng vật thể Cịn máy qt lazer sử dụng chùm tia lazer phát từ máy chiếu vào vật thể Các tia phản xạ trở lại cảm biến thu Máy tập hợp tia phản xạ để dựng lên ảnh vật thể Hình dạng tồn vật thể ghi lại cách dịch chuyển hay quay vật thể chùm ánh sáng quét chùm ánh sáng ngang qua vật thể Phương pháp có độ xác phương pháp tiếp xúc song nhanh đầy đủ Dữ liệu thu lưới điểm mà tập hợp khối ảnh điểm (đám mây điểm) Đám mây điểm chuyển sang lưới tam giác dùng để xây dựng bề mặt 4.2.2.2 Giai đoạn sử lý số liệu hóa Giai đoạn bao gồm bước : - Bước : Chỉnh sửa lưới liệu, đám mây điểm - Bước : Đơn giản hóa lưới tam giác cách giảm số lượng tam giác tối ưu hóa vị trí đỉnh cách kết nối cạnh tam giác lưới cho đặc điểm hình học khơng thay đổi - Bước : Chia nhỏ lưới cắt bỏ phần thừa (đã đơn giản hóa) để tạo bề mặt trơn theo ý muốn Các hình sau dây mơ tả cơng nghệ qt đầu người: a Qt hình b Dữ liệu sau quét c Tối ưu hóa d Dựng bề mặt Hình 4.6 Mơ hình hóa chi tiết mặt người 4.2.2.3 Thiết kế lại sở liệu số hóa Trên sở liệu số hóa sử lý ta dựng lại mơ hình CAD cho sản phẩm dạng Soid dạng Surface phần mềm chuyên dụng (Phần mềm thiết kế ngược) Kết cuối ta nhận bề mặt trơn chuyển vào file CAD với định dạng: IGES, DXF, STL (hình1.3d) 4.2.2.4 Tạo mẫu, gia cơng chi tiết Trang 79 Từ liệu mơ hình CAD, áp dụng công nghệ tạo mẫu nhanh (Rapid Prototyping) đế tạo mẫu cho sản phẩm Cũng tạo mẫu máy CNC, phải lập trình NC nhờ phần mềm CAD/CAM chuyên nghiệp Cimatron, Creo, GibCAM, để tạo đường chạy dao Hình minh họa q trình gia cơng mặt người máy phay CNC : Hình 4.7 Phay mặt người máy CNC 4.2.3 Phương pháp thiết bị số hóa công nghệ thiết kế ngược Sự khác biệt lớn chủ yếu công nghệ thiết kế thuận thiết kế ngược cơng đoạn số hóa sản phẩm Số hóa sản phẩm tức lấy liệu hình học sản phẩm dạng liệu thô ban đầu (Raw Geometric Data) Đối với thiết kế thuận ý tưởng, phác thảo ý tưởng Cịn thiết kế ngược liệu thơ ban đầu lấy từ sản phẩm có sẵn Trước đây, để đưa mơ hình CAD cho chi tiết có sẵn theo cơng nghệ thiết kế ngược, người ta phải đo dò trực tiếp tay, vẽ lại kết đo Cơng việc địi hỏi tỉ mỉ tốn nhiều thời gian Ngày nay, nhờ trợ giúp máy tính việc mơ hình CAD hóa sản phẩm trở nên đơn giản, xác nhanh chóng Việc số hóa bề mặt 3D cho sản phẩm thực theo phương pháp chủ yếu: Phương pháp đo tiếp xúc(phương pháp học) Phương pháp đo không tiếp xúc (phương pháp quang học) 4.3 Công nghệ tạo mẫu nhanh y học Trên khắp giới, người ta bắt đầu mày mị để ứng dụng cơng nghệ in 3D vào hàng loạt lĩnh vực, có y tế, với khả tạo phận giả cho người In 3D giúp bác sĩ nhanh chóng tạo giải pháp chữa bệnh mà không tốn hay thời gian Chẳng hạn, liệu pháp thông thường bệnh nhân bị vỡ khung chậu tai nạn xe chụp X quang hay chụp cắt lớp (chụp CT) phần xương bị gãy, lên kế hoạch phẫu thuật tiến hành ghép xương Tuy nhiên, việc hiệu quét phần khung chậu nạn nhân tái tạo phần xương vỡ kỹ thuật in 3D Các bác sĩ phẫu thuật có phần xương vỡ in, thiết kế phần xương thay cần thiết sẵn sàng ca mổ Một ứng dụng công nghệ in 3D mang lại doanh thu ngành kinh doanh y tế chế tạo chân răng, cầu răng, phận cấy ghép nha khoa Với quy trình chế tạo răng, bệnh nhân quét vòm miệng số hóa Sau liệu đưa lên máy tính gửi đến phịng thí nghiệm nha khoa để tiến hành tạo hình cầu sứ Qua phương thức này, giả tạo với độ xác cao nhanh Trang 80 Khơng dừng lại đó, cụ bà 83 tuổi người Bỉ công bố bệnh nhân giới “đúc” toàn bộ hàm nhờ máy in xương công nghệ 3D, nhai, nói thở bình thường sau phẫu thuật Để có hàm mới, bác sỹ tiến hành chụp cộng hưởng từ (MRI scan) xương hàm ốm bệnh nhân để lấy hình dạng chuẩn, sau họ đưa lát chụp lên máy đúc lazer Máy in công nghệ 3D nấu chảy phân tử titan đổ chúng theo lớp tới hoàn thành việc tái tạo khung xương Cuối xương hàm tráng lớp sứ tương thích sinh học Hình 4.8 Một hàm titan đúc từ máy in cơng nghệ 3D Nhưng có lẽ, ứng dụng tiềm công nghệ in 3D giới y học "in sinh học"(bioprinting) - sản xuất phận thể người để cấy ghép Công nghệ liên quan đến việc tạo mô quan nội tạng in lớp vào cấu trúc chiều Các phận chế tạo từ vật chất di truyền bệnh nhân tương thích xác với mô phận muốn thay Chiếc máy in sinh học 3D thương mại phát triển Cơng ty Organovo có trụ sở San Diego (Mỹ) Hiện nay, máy in sinh học 3D NovoGen MMX in mơ đơn giản da, vá tim mạch máu công ty hứa hẹn máy in nâng cấp để thực phận cứng tim gan Ngoài NovoGen, loại máy in sinh học 3D khác phát triển Viện Y học tái sinh Wake Forest (Mỹ) Các nhà khoa học chứng minh khả hoạt động - lọc máu, sản sinh lỗng hóa nước tiểu thận nhân tạo với tỉ lệ nhỏ in từ máy in sinh học 3D Mục tiêu Wake Forest tạo thận lớn với khả hoạt động khơng khác thận thật quan rắn khác tim, gan tử cung Trong đó, nhờ nhà nghiên cứu ĐH Glasgrow (Anh), cơng nghệ đại cịn in thuốc GS Lee Cronin đồng nghiệp nghiên cứu thay đổi máy in 3D mà họ mua với giá 2.000 USD, cho hóa chất vào bình chứa Từ đó, họ tạo thiết bị xử lý hóa chất phiên nhỏ giá rẻ Cải tiến mở rộng sản xuất loại thuốc ung thư đắt tiền, cho phép nhà thuốc in thuốc cho bệnh nhân có nhu cầu, hay chí cho phép bệnh nhân tự in thuốc nhà Ứng dụng phương pháp tạo mẫu nhanh y học lĩnh vực Trang 81 Nhiều ứng dụng trở nên quan trọng hội tụ ba công nghệ riêng biệt là: hình ảnh nội soi, đồ họa điện tốn, CAD tạo mẫu nhanh CT (Computer-Assisted Tomography) URI (MagnecticResonanceImaging) cung cấp hình ảnh để giải tốt cấu trúc bên thể người Ví dụ cấu trúc xương quan Những hình ảnh xử lý cơng cụ phần mềm thích hợp Nó chuyển kết cho qui trình tạo mẫu nhanh tạo vật thể vật lý, mơ hình gọi mơ hình y học Cơng nghệ cung cấp cho bác sĩ nhà phẫu thuật công cụ mơ hình vật lý cấu trúc bên sở để hội chẩn chuẩn bịcho trường hợp phẫu thuật phức tạp cách tốt 4.4 Ứng dụng công nghệ RP để chế tạo chi tiết thật 4.4.1 Chế tạo chi tiết riêng biệt Các chi tiết polymer chế tạo nhiều phương pháp RP khác Chúng hữu dụng cho đánh giá thiết kế xử lý cố, mà phương pháp sử dụng để chế tạo trực tiếp sản phẩm sử dụng Tuy nhiên, lý thiết thực người ta mong muốn sử dụng chi tiết kim loại, chi tiết chế tạo RP sẵn sàng để sử dụng lại chi tiết polymer Một ví dụ việc sử dụng chi tiết chế tạo RP tạo chi tiết mẫu để đúc khn mẫu chảy (hình 6.22) Trang 82 Hình 4.9 Các bước đúc khuôn mẫu chảy sử dụng RP làm mẫu chảy Cần phải ý phương pháp đúc yêu cầu vật liệu polymer làm mẫu chảy phải chảy hồn tịan khỏi khn sấy khn Những polymer sẵn sàng tạo hình dáng RP Hơn chi tiết vẽ chương trình CAD phải tính đến hệ số co rút vật liệu để sau tạo xong từ máy RP chi tiết phải đảm bảo hình dáng kích thước u cầu Hiện phương pháp RP sử dụng để tạo chi tiết kỹ thuật (chế tạo trực tiếp) không kinh tế cho sản lượng lớn 4.4.2 Cơng cụ nhanh Khó khăn phải vượt qua áp dụng RP để tạo mẫu thời gian dài yêu cầu Cần nhớ thuận lợi RP thời gian chế tạo ngắn cho chi tiết riêng biệt so sánh với phương pháp khác Một chi tiết tích 150mm3 tạo phương pháp SLA Thời gian nhanh so với phương pháp khác Tuy nhiên loạt sản phẩm vài ngàn chi tiết thời gian cần thiết để chế tạo RP qúa lớn Hình 4.10 Các bước làm khn cát dùng mẫu RP Một số phương pháp phát minh cho chế tạo nhanh công cụ phương tiện RP Ví dụ, đúc khn cát (hình 6.23), mẫu chế tạo theo Trang 83 phương pháp RP khuôn chế tạo phương pháp đúc khuôn cát truyền thống Lợi phương pháp thời gian cần thiết để chế tạo mẫu ngắn so với phương pháp truyền thống Thiếu sót tuổi bền mẫu giảm so với việc chế tạo từ kim loại sức bền cao Một ứng dụng phổ biến khác ép đùn nhựa Ở khuôn chế tạo theo phương pháp RP sử dụng máy ép đùn Các nhà nghiên cứu IFAM (Frauhofer Institute of Applied Materials Research) sử dụng q trình mơ hình nóng chảy lắng (FDM) hãng Stratasys để tạo nên chất Quá trình gần giống làm ngược chi tiết yêu cầu cách sử dụng q trình mạ điện mà khơng tạo nhiệt ứng suất kim loại, sử dụng cho mặt lưng chi tiết Sau tạo lớp kim loại bề mặt lưng, chi tiết điền đầy vật liệu Epoxy nhôm cách phun lên vật liệu để tạo thành khn phun có chiều dầy 3mm khn phần rót Sử dụng q trình hóa rắn chọn lọc tia laser, nhà nghiên cứu IFAM chế tạo khuôn với bột Electrolux sau điền đầy với PbAg2Sn2 Điều cho phép tạo nên lượng lớn chi tiết sản xuất từ dụng cụ Hình 4.11 Dụng cụ chế tạo khuôn phun FDM mạ điện sản xuất IFAM Hãng BLZ có nhiều phát minh với tia laser Một phát minh việc hóa rắn tia laser cho điện cực EDM Quá trình sử dụng máy EOS hợp kim đồng Electrolux để chế tạo điện cực Các điện cực sử dụng để gia công khuôn phun khuôn dập Chế tạo trực tiếp điện cực với phương pháp hóa rắn tia laser, sau dùng điện cực máy EDM nung chảy thành hình dáng khn dập dùng tạo hình chi tiết (hình 6.25) Trang 84 CAD/CAM Thiêu kết laser Khn dập Điện cực EDM Hình 4.12 Tạo mẫu nhanh điện cực để chế tạo khuôn dập Câu hỏi ôn tập Câu 1: Cho biết khả tạo mẫu nhanh cơng cụ nhanh? Câu 2: Trình bày cơng nghệ đúc xác nhanh nhờ cơng nghệ tạo mẫu nhanh SLA? Câu 3: Trình bày cơng nghệ kỹ thuật ngược ứng dụng tạo mẫu nhanh? Câu 4: Trình bày cơng nghệ tạo mẫu nhanh y học? Trang 85 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Chua C.K, Rapid Prototyping - Principles and Applications,World Scientific [2] Frank W.Liou, Rapid Prototyping and Engineering Applications, CRC Press [3] VCAMTECH Tutorial, Geomagic Studio 12 [4] Saikat Das Gupta, Rabindra Mukhopadhyay, Krishna C Baranwal, Anil K Bhowmick, Reverse Engineering of Rubber Products: Concepts, Tools, and Techniques, CRC Press Trang 86