(Đồ án hcmute) thiết kế chế tạo máy in 3d dạng scara

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY THIẾT KẾ CHẾ TẠO MÁY IN 3D DẠNG SCARA GVHD : ThS DƯƠNG THỊ VÂN ANH SVTH : LIÊU CHÍ THẮNG MSSV : 12143199 SKL 0 Tp Hồ Chí Minh, tháng năm 2016 an TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ CHẾ TẠO MÁY IN 3D DẠNG SCARA SVTH : LIÊU CHÍ THẮNG MSSV : 12143199 Khóa : 2012 - 2016 Ngành : CƠNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY GVHD : ThS DƯƠNG THỊ VÂN ANH Tp Hồ Chí Minh, tháng năm 2016 an CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự - Hạnh phúc *** Tp Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2016 NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên: LIÊU CHÍ THẮNG MSSV: 12143199 Ngành: CƠNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY Lớp : 12143CL2 Giảng viên hướng dẫn: ThS DƯƠNG THỊ VÂN ANH ĐT : Ngày nhận đề tài: 3/2016 Ngày nộp đề tài: 8/2016 Tên đề tài: THIẾT KẾ CHẾ TẠO MÁY IN 3D DẠNG SCARA Các số liệu, tài liệu ban đầu: Kích thước vật in 300 x 300 x 300 Nội dung thực đề tài: - Nghiên cứu nguyên lý in 3D; - Nghiên cứu vật liệu in 3D; - Nghiên cứu thiết kế hệ thống truyền động; - Nghiên cứu thiết kế hệ thống điều khiển; - Thi công chế tạo máy in 3D Sản phẩm: Máy in 3D in vật thể 300 x 300 x 200 TRƯỞNG NGÀNH GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN i an CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự - Hạnh phúc NGÀNH CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY *** -KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO BẢNG NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN Sinh viên: Liêu Chí Thắng MSSV: 12143199 Tên đề tài: THIẾT KẾ, CHẾ TẠO MÁY IN 3D DẠNG SCARA Giáo viên hướng dẫn: ThS Dương Thị Vân Anh NHẬN XÉT Về nội dung đề tài khối lượng thực hiện: Ưu điểm: Khuyết điểm: ii an Điểm đánh giá cụ thể STT MỤC ĐÁNH GIÁ Hình thức kết cấu đồ án Đúng format với đầy đủ cả hình thức và nội dung của các mục Tính tổng quan, mục tiêu nhiệm vụ nghiên cứu Tính cấp thiết của đề tài Phương pháp nghiên cứu Nội dung nghiên cứu Khả ứng dụng kiến thức toán học, khoa học kỹ thuật, khoa học xã hội,… để giải vấn đề Khả phân tích/tổng hợp  Khả thực thiết kế chế tạo hệ thống, máy móc, thiết bị,…(đối với đề tài theo hướng công nghệ)  Khả thực nghiên cứu, đề xuất phương pháp quy trình,… có tính mới sáng tạo, đáp ứng yêu cầu đưa với ràng buộc thực tế (đối với đề tài theo hướng nghiên cứu) Khả cải tiến phát triển đề tài Khả sử dụng công cụ kỹ thuật, phần mềm chuyên ngành,… Điểm thưởng Các ĐATN có tiêu chí sau cợng thêm 10 điểm: - Thuyết minh ĐATN viết tiếng Anh - ĐATN báo cáo tiếng Anh - Kết quả ĐATN viết báo khoa học (Hợi nghị, tạp chí chun ngành,…) - ĐATN chuyển giao cho cơng ty (có giấy xác nhận của công ty) Tổng điểm (*) Nếu > 100 qui đổi thành 100 điểm Tổng điểm quy đổi (hệ 10) (*) Nếu > 10 qui đổi thành 10 điểm ĐIỂM TỐI ĐA ĐIỂM ĐẠT ĐƯỢC 20 5 5 80 10 50 10 10 10 100 10 Đề nghị cho bảo vệ hay không? Tp Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2016 Giáo viên hướng dẫn iii an CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự - Hạnh phúc NGÀNH CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY *** -KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO BẢNG NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN Sinh viên: Liêu Chí Thắng MSSV: 12143199 Tên đề tài: THIẾT KẾ, CHẾ TẠO MÁY IN 3D DẠNG SCARA Giáo viên phản biện: ThS Đặng Minh Phụng NHẬN XÉT Về nội dung đề tài khối lượng thực hiện: Ưu điểm: Khuyết điểm: iv an Điểm đánh giá cụ thể STT MỤC ĐÁNH GIÁ Hình thức kết cấu đồ án Đúng format với đầy đủ cả hình thức và nội dung của các mục Tính tổng quan, mục tiêu nhiệm vụ nghiên cứu Tính cấp thiết của đề tài Phương pháp nghiên cứu Nội dung nghiên cứu Khả ứng dụng kiến thức toán học, khoa học kỹ thuật, khoa học xã hội,… để giải vấn đề Khả phân tích/tổng hợp  Khả thực thiết kế chế tạo hệ thống, máy móc, thiết bị,…(đối với đề tài theo hướng công nghệ)  Khả thực nghiên cứu, đề xuất phương pháp quy trình,… có tính mới sáng tạo, đáp ứng u cầu đưa với ràng buộc thực tế (đối với đề tài theo hướng nghiên cứu) Khả cải tiến phát triển đề tài Khả sử dụng công cụ kỹ thuật, phần mềm chuyên ngành,… Điểm thưởng Các ĐATN có tiêu chí sau cộng thêm 10 điểm: - Thuyết minh ĐATN viết tiếng Anh - ĐATN báo cáo tiếng Anh - Kết quả ĐATN viết báo khoa học (Hợi nghị, tạp chí chun ngành,…) - ĐATN chuyển giao cho cơng ty (có giấy xác nhận của công ty) Tổng điểm (*) Nếu > 100 qui đổi thành 100 điểm Tổng điểm quy đổi (hệ 10) (*) Nếu > 10 qui đổi thành 10 điểm ĐIỂM TỐI ĐA ĐIỂM ĐẠT ĐƯỢC 20 5 5 80 10 50 10 10 10 100 10 Câu hỏi phản biện (nếu có): Đề nghị cho bảo vệ hay không? Tp Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2016 Giáo viên phản biện v an LỜI CẢM ƠN Khi hoàn thành đồ án tốt nghiệp này là lúc Tôi gần kết thúc thời gian học tập trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP Hồ Chí Minh, khoảng thời gian học tập nghiên cứu Trường giúp cho Tôi hiểu và yêu quý nơi nhiều Thầy, Cô truyền đạt cho Tơi kiến thức chun mơn mà cịn giáo dục cho Tôi lý tưởng, đạo đức sống, hành trang thiếu cho sống sự nghiệp Tôi sau Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến tất Q Thầy, Cơ tận tình bảo, dẫn dắt Tơi đến ngày hơm để vững bước đường học tập làm việc sau Đồ án tốt nghiệp đánh dấu việc hoàn thành năm tháng miệt mài học tập Tôi Qua xin gửi lời cảm ơn đến gia đình và bạn bè động viên tạo điều kiện để Tơi hồn thành khóa học Cuối lời, Tơi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến Cô Dương Thị Vân Anh, Thầy Đặng Minh Phụng Thầy Đồn Tất Linh nhiệt tình hướng dẫn, giúp đỡ Tôi hoàn thành đồ án Sinh viên thực Liêu Chí Thắng vi an TĨM TẮT ĐỒ ÁN THIẾT KẾ CHẾ TẠO MÁY IN 3D DẠNG SCARA Trong năm trở lại đây, công nghệ in 3D phát triển nhanh với ưu điểm vật liệu dễ tìm, khơng gây độc hại, kết cấu máy đơn giản, chi phí thấp… Đề tài xây dựng sở ưu điểm công nghệ in 3D, phát huy ưu điểm hạn chế số nhược điểm máy in 3D Thực tạo mẫu thời gian ngắn nhằm hỗ trợ cho người thiết kế nhà sản xuất kiểm tra chi tiết hay hệ thống thiết kế trước cấp vốn sản xuất hàng loạt Thiết kế mẫu máy in 3D với chất lượng mẫu in tốt, phục vụ cho công việc nghiên cứu giảng dạy giảng đường Bên cạnh đó nhằm phát triển chất lượng mẫu in dòng máy in 3D truyền thống Đề tài nhằm mục đích nghiên cứu thiết kế chế tạo máy in 3D dạng Scara, nhằm thay đổi thiết kế khí và hệ thống chuyển động so với số máy in 3D truyền thống tạo bước ngoặc cho việc phát triển máy in 3D dạng Robot công nghiệp Từ đó làm tiền đề để phát triển công nghệ in 3D theo tiêu chuẩn công nghiệp Nội dung đề tài bao gồm: - Nghiên cứu nguyên lý in 3D - Nghiên cứu vật liệu in 3D - Thiết kế truyền động khí cho máy in - Thiết kế hệ thống điều khiển Người làm đồ án Liêu Chí Thắng vii an ABSTRACT DESIGN IN 3D FORMAT MACHINERY SCARA In recent years, 3D printing technology is developing very fast with the advantages such as easy to find materials, nontoxic, simple machine structure, low cost The theme is built on the basis of the advantages of 3D printing technology, promoting the advantages and disadvantages of limiting some of the 3D printer Perform stylist for a short time to assist designers and manufacturers, can check the details or the system is designed to be funded prior to mass production 3D printer model designs with good quality prints, serving for research and teaching in theclassroom Besides, in order to develop the quality of prints and the traditional 3D printers The theme aims to research, design and manufacture 3D printers Scara format, in order to change the mechanical design and motion systems compared with some traditional 3D printer to create a new landmark for the development of 3D printers industrial robot types From that premise to develop 3D printing technology according to industry standards The content of the topic is included: - Research principles in 3D - Research material 3D printing - Design mechanical transmission for printers - Control system design Who the projects Lieu Chi Thang viii an Phần mềm CAM Phần mềm CAM phần mềm có nhiệm vụ cắt lớp mẫu 3D sau đó tạo đường chạy nhựa sau đó xuất dạng file Gcode Có nhiều phần mềm CAM sử dụng với máy in 3D, đề tài sử dụng phần mềm Cura phần mềm sử dụng tương đối nhiều Cura có nhiều thông số thiết lập với nhiều đường chạy nhựa từ đó có thể tối ưu chất lượng mẫu in Hình 4.39: Giao diện phần mềm Cura 4.12.1 Các thông số thiết lập Basic chế độ in Hình 4.40: Thiết lập Layer height 66 an Layer height là độ cao lớp lên chi tiết hoàn thành Tùy theo cách thiết lập layer height thường có ba mức 0.1, 0.2 0.3 Layer height nhỏ chi tiết in càng đẹp Hình 4.41: Minh họa thiết lập Layer height Shell thickness: Bề dầy thành chi tiết, tùy theo hiệu chỉnh mà thiết lập 0.4, 0.8, 1.2 … Chú ý tùy theo kim phun mà thiết lập khác Ví dụ: Trong hình sử dụng kim phun có đường kính 0.4 nên thiết lập 0.4, 0.8 Nếu đường kính kim phun 0.35 sell thickness 0.35, 0.7, 10.5,… Hình 4.42: Thiết lập Shell thickness 67 an Hình 4.43: Minh họa thiết lập Shell thickness Bottom thickness: Số lớp của mặt đáy chi tiết, hình lớp lên 0.2 mà bottom thickness vậy số lớp mặt đáy là lớp Top thickness: Số lớp của mặt chi tiết, hình lớp lên 0.2 mà top thickness vậy số lớp mặt lớp Hình 4.44: Thiết lập Bottom thickness/ Top thickness 68 an Hình 4.45: Minh họa thiết lập Bottom thickness/ Top thickness Fill density: Là phần trăm điền đầy chi tiết, phần trăm càng lớn bên điền đầy nhiều Hình 4.46: Thiết lập Fill density 69 an Hình 4.47: Minh họa thiết lập Fill density Hình 4.48: Thiết lập thơng số in 70 an Hình 4.49: Minh họa thiết lập Support type Hình 4.50: Minh họa thiết lập Platfom adhesion type 71 an 4.12.2 Các thông số thiết lập Advanced chế độ in Hình 4.51: Thiết lập Advanced 4.13 Các kiểu chạy nhựa Cura cung cấp nhiều đường chạy nhựa khác để lựa chọn đường chạy nhựa tối ưu cho loại mẫu in khác Một số kiểu đường chạy đầu phun nhựa: Hình 4.52: Kiểu rectilinear Hình 4.54: Kiểu concentric Hình 4.53: Kiểu line Hình 4.55: Kiểu honeycomb 72 an Hình 4.56: Kiểu hibertcurve Hình 4.58: Kiểu octagramspirals Hình 4.57: Kiểu archimedeanchords Hình 4.59: Kiểu 3dhoneycomb Mỗi kiểu chạy nhựa có ưu điểm và nhược điểm riêng - Kiểu rectilinear kiểu line giống kiểu chạy, nhiên kiểu line đường chạy nhựa có liên kết với đó có giảm thời gian đường chạy không khác với kiểu rectilinear sự liên kết với đó tốn thêm thời gian cho khoảng chạy không in - Kiểu hilbertcure đường chạy nhựa có nhiều đường gấp khúc đó không nên chạy với tốc độ cao quán tính gia tốc vị trí lớn ảnh hưởng đến máy chất lượng mẫu in - Kiểu honeycomb, archimedeanchords, 3dhoneycomb kiểu chạy nhựa tượng đối phù hợp với lớp phía với kiểu chạy nhựa in với tốc độ cao - Kiểu rectilinear, linear, concentric thường dùng cho lớp đáy và lớp phía mẫu in đạt thẩm mĩ cao Mặt khác lớp không yêu cầu chạy tốc độ cao nên sử dụng kiểu 73 an CHƯƠNG KẾT LUẬN Sau q trình nghiên cứu, tính tốn thiết kế chế tạo thành cơng mơ hình máy in 3D dạng Scara Vật liệu sử dụng trình in nhựa ABS nhựa PLA Thông số kỹ thuật: Bảng 5.1: Thông số kỹ thuật Thông số Giá trị Kích thước máy 900x600x1400 mm Khơng gian làm việc 300x300x200 mm Không gian in tối ưu 100x100x100 mm Tốc độ in tối đa 150 mm/s Tốc độ in tối ưu 90 ~ 120 mm/s Nguồn điện 220VAC-24VDC Hình 5.2: Mơ hình thiết kế máy in 3D Hình 5.1: Mơ hình thực tế 74 an Quy trình vận hành máy thể qua sơ đồ khối: File 3D STL Phần mềm CAM Xuất file Gcode Phần mềm điều khiển LCD Đưa trục home Gia nhiệt đầu phun, bàn nhiệt Bắt đầu in Trục X,Y home,lấy sản phẩm Hồn thành in Hình 5.3: Sơ đồ khối q trình in Để điều khiển máy in giao diện máy tính, bước kết nối máy in với máy tính thơng qua cáp kết nối USB kết nối board điều khiển máy tính Mở giao diện phần mềm Cura Trên giao diện phần mềm Cura, chọn cổng kết nối Sau đó nhấn chế độ Printer, màn hình điều khiển in xuất ta nhấn nút connect để kết nối máy in với phần mềm 75 an Sử dụng nút di chuyển trục X, Y, Z để di chuyển trục, có bước di chuyển sử dụng 0,1mm, 1mm, 10mm, 100mm Dùng phím home để chuẩn trục Hình 5.4: Các chức điều khiển Để bắt đầu in nhấn nút Print, nhấn nút Pause để tạm dừng trình in Để kết thúc phiên làm việc, ngắt kết nối máy tính máy in nhấn vào biểu tượng Cancel Đối với trường hợp không sử dụng máy tính ta sử dụng module LCD để điều khiển máy Sử dụng nút xoay phía trước LCD để lựa chọn chức sử dụng Một số chức có thể sử dụng LCD gồm: - Di chuyển trục X, Y, Z, E với bước dịch chuyển 0,1mm, 1mm, 10mm - Gia nhiệt cho đầu phun - Autohome trục - Thiết lập thông số tốc độ in, nhiệt độ gia nhiệt,… Cây thư mục module LCD thể sơ đồ: 76 an Move axis Prepare ` Main screen Prepare X Main Disable steppers Auto home Preheat PLA Preheat ABS Y Z Extrude Cold down Move axis Watch Prepare Control SDcard Control Main Temperature Motion Storage memory Load memory Restore Failsafe Temperature Control Nozzle Autotemp MIN MAX BED Fan speed PID - P PID - I PID - D Preheat PLA setting Preheat ABS setting SDCard Motion Main Control Acc XYZ - Jerk Vmax - X Vmax - Y Vmax - Z Vmax - E Vtrav - Vmin Amax - X Amax - Y Amax - Z Amax - E A - retract Xstep/mm Ystep/mm Zstep/mm Estep/mm Refresh Preheat PLA setting Temperature Fan speed Nozzle Bed Store setting Preheat ABS setting Temperature Fan speed Nozzle Bed Store setting Hình 5.5: Sơ đồ thư mục Trước vận hành máy nên bôi lớp keo dán lên bề mặt bàn in, ví dụ keo dán giấy Để tăng độ kết dính lớp in Trước bắt đầu in cần di 77 an chuyển đầu phun vị trí an tồn sau đó dùng lệnh thủ cơng cho đùn sợi nhựa khoảng 10mm sau đó lau vết nhựa để đảm bảo đầu phun không bị tắc nhựa Hiện máy số nhược điểm như: - Độ ổn định hệ thống chưa tốt - Hình dạng in chưa giống thiết kế - Dung sai sản phẩm chưa ổn định Hướng phát triển: - Khắc phục lỗi máy - Xây dựng máy in in nhiều màu sắc - Cải thiện tốc độ in cao - Nghiên cứu vật liệu in khác có chất lượng cao 78 an TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng việt [1] Trịnh Chất - Lê Văn Uyển (2010), “Tính tốn thiết kế hệ dẫn động khí tập 1, tập 2”, NXB giáo dục Việt Nam [2] Trần Quốc Hùng (2010), “Thiết kế máy cắt kim loại”, Đại học sư phạm kỹ thuật Tp.HCM, Việt Nam [3] Trần Quốc Hùng (2013), “Giáo trình dung sai kỹ thuật đo”, Nhà xuất bản ĐHQG Tp.HCM, Việt Nam [4] PGS TS Đặng Thiện Ngơn (2013), “Giáo trình trang bị - điện điện tử máy công nghiệp”, Nhà xuất bản ĐHQG Tp.HCM, Việt Nam Nguồn khác [5] Ball screw catalouge, PMI, link www.pmi-amt.com/en/support [6] HIWIN Linear guideway catalouge, link www.hiwin.com/downloads.html [7] www.us.misumi-ec.com/ [8] www.reprap.org [9] www.orientalmotor.com 79 an S an K L 0