Nghiên cứu chế tạo mô hình máy in 3d kim loại sử dụng nguồn hàn hồ quang

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH CƠNG NGHỆ KỸ THUẬT CƠ KHÍ NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO MƠ HÌNH MÁY IN 3D KIM LOẠI SỬ DỤNG NGUỒN HÀN HỒ QUANG GVHD: TS TRẦN MINH THẾ UYÊN SVTH : NGUYỄN ĐÌNH TUẤN ANH ĐINH HUỲNH THANH DUY MAI HỒNG HUY SKL010979 Tp Hồ Chí Minh, tháng 07/2023 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH KHOA CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY ĐỒ ÁN TỚT NGHIỆP Đề tài: “ NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO MƠ HÌNH MÁY IN 3D KIM LOẠI SỬ DỤNG NGUỒN HÀN HỒ QUANG ” Giảng viên hướng dẫn: TS TRẦN MINH THẾ UYÊN Sinh viên thực hiện: NGUYỄN ĐÌNH TUẤN ANH ĐINH HUỲNH THANH DUY MAI HỒNG HUY MSSV: 19143015 Lớp: Khố: 19143042 19144072 19143CL2A 2019 – 2023 Tp Hồ Chí Minh, tháng 07/2023 TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HCM KHOA CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY CỘNG HỒ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự – Hạnh phúc Bộ môn Công Nghệ Chế Tạo Máy NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Học kỳ / năm học 2023 Giảng viên hướng dẫn: TS Trần Minh Thế Uyên Sinh viên thực hiện: Nguyễn Đình Tuấn Anh MSSV: 19143015 Điện thoại: 0985318683 Đinh Huỳnh Thanh Duy Mai Hoàng Huy MSSV: 19143042 MSSV: 19144072 Điện thoại: 0908386407 Điện thoại: 0365793828 Mã số đề tài: 2 2 D T Tên đề tài: Nghiên cứu chế tạo mơ hình máy in 3D kim loại sử dụng nguồn hàn hồ quang Các số liệu, tài liệu ban đầu: - Tài liệu máy cnc trục, máy hàn - Các thiết bị sử dụng: máy, đồ gá, vật liệu hàn Nội dung đồ án: - Nghiên cứu chế tạo máy in 3D kim loại hàn - Thiết kế mơ hình máy - Thực nghiệm tổng hợp kết - Viết báo cáo Các sản phẩm dự kiến: - Máy in 3D kim loại - Các mẫu hàn sau thực nghiệm Ngày giao đồ án: 15/03/2023 Ngày nộp đồ án: Ngơn ngữ trình bày: Bản báo cáo: Trình bày bảo vệ: Tiếng Anh Tiếng Anh   Tiếng Việt Tiếng Việt   TRƯỞNG KHOA TRƯỞNG BỘ MÔN GIÃNG VIÊN HƯỚNG DẪN (Ký, ghi rõ họ tên) (Ký, ghi rõ họ tên) (Ký, ghi rõ họ tên)  Được phép bảo vệ (GVHD ký, ghi rõ họ tên) i LỜI CAM KẾT - Tên đề tài: Nghiên cứu chế tạo mơ hình máy in 3D kim loại sử dụng nguồn hàn hồ quang GVHD: TS Trần Minh Thế Uyên Họ tên sinh viên: Nguyễn Đình Tuấn Anh MSSV: 19143015 Lớp: 19143CL2A Địa sinh viên: 26/5A10, Bình Đáng, Bình Hịa, Thuận An, Bình Dương Số điện thoại liên lạc: 0985318683 - Email: 19143015@student.hcmute.edu.vn Họ tên sinh viên: Đinh Huỳnh Thanh Duy MSSV: 19143042 Lớp: 19143CL2A Địa sinh viên: 1/8, Trung Thắng, Bình Thắng, Dĩ An, Bình Dương Số điện thoại liên lạc: 090838640 - Email: 19143042@student.hcmute.edu.vn Họ tên sinh viên: Mai Hoàng Huy MSSV: 19144072 Lớp: 19143CL2A Địa sinh viên: Ấp 3, Bình Xn, Gị Cơng, Tiền Giang Số điện thoại liên lạc: 036579382 - Email: 19144072@student.hcmute.edu.vn Ngày nộp khoá luận tốt nghiệp (ĐATN): Lời cam kết: “Tơi xin cam đoan khố luận tốt nghiệp (ĐATN) cơng trình tơi nghiên cứu thực Tôi không chép từ viết công bố mà khơng trích dẫn nguồn gốc Nếu có vi phạm nào, tơi xin chịu hồn tồn trách nhiệm” Tp Hồ Chí Minh, ngày 30 tháng năm 2023 Ký tên Nguyễn Đình Tuấn Anh Đinh Huỳnh Thanh Duy ii Mai Hoàng Huy LỜI CẢM ƠN Khi hoàn thành đồ án tốt nghiệp này, chúng em gần kết thúc thời gian học tập Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP Hồ Chí Minh Quãng thời gian học tập nghiên cứu trường giúp chúng em hiểu yêu quý nơi nhiều Nhà trường Thầy Cô không truyền đạt kiến thức chun mơn mà cịn góp phần xây dựng chúng em lý tưởng đạo đức sống Điều tạo nên hành trang thiếu cho sống nghiệp chúng em sau Chúng em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến tất Quý Thầy Cơ tận tình bảo, dẫn dắt chúng em 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 chúng em Nó chứng tỏ trưởng thành đường học tập chúng em Qua chúng em xin gửi lời cảm ơn đến gia đình bạn bè động viên tạo điều kiện để chúng em hồn thành khóa học Cuối cùng, chúng em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến Thầy Trần Minh Thế Uyên Thầy Phạm Sơn Minh với nhiệt tình giúp đỡ, tạo điều kiện thuận lợi định hướng đắn kịp thời Thầy đồng hành chúng em suốt trình thực đồ án Sinh viên thực Nguyễn Đình Tuấn Anh Đinh Huỳnh Thanh Duy Mai Hồng Huy viii TĨM TẮT ĐỒ ÁN NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO MƠ HÌNH MÁY IN 3D KIM LOẠI SỬ DỤNG NGUỒN HÀN HỒ QUANG Công nghệ in 3D kim loại trải qua phát triển vượt bậc năm gần đây, mang lại nhiều ưu điểm đáng kể dễ kiếm vật liệu, kết cấu máy đơn giản, vận hành dễ dàng, an tồn chi phí thấp Tuy nhiên, để tối ưu hóa chất lượng mẫu in thời gian in, đề tài nghiên cứu thiết kế truyền động cho máy in 3D kim loại tối ưu hóa đường di chuyển đầu phun đóng vai trị quan trọng Trước đây, sản xuất linh kiện kim loại phức tạp thường địi hỏi quy trình gia cơng cắt gọt phức tạp, thời gian đòi hỏi chi phí cao Sự đời cơng nghệ in 3D kim loại giúp thúc đẩy tiến tạo điều kiện thuận lợi cho nhiều ngành công nghiệp Với khả sử dụng vật liệu dễ kiếm thép không gỉ, nhôm titan, máy in 3D kim loại mở nhiều hội hàng loạt lĩnh vực từ hàng không vũ trụ, y tế, ô tô đến điện tử lượng Điểm đáng ý khác cơng nghệ tính đơn giản thiết kế vận hành Người sử dụng không cần phải có kiến thức kỹ thuật phức tạp để điều khiển máy, giúp tiết kiệm thời gian đào tạo tăng tính sẵn sàng sử dụng Điều đảm bảo tính an tồn q trình sử dụng, giảm thiểu nguy lỗi sai sót người tăng độ xác q trình sản xuất Tuy nhiên, nhược điểm công nghệ in 3D kim loại tốc độ in đường di chuyển đầu phun, gây ảnh hưởng đến thời gian in chất lượng mẫu in Điều đòi hỏi nghiên cứu kỹ lưỡng thiết kế truyền động cho máy in 3D kim loại tối ưu hóa đường di chuyển đầu phun Việc tối ưu hóa giúp giảm thiểu thời gian in tăng cường hiệu suất sản xuất mà trì chất lượng mẫu in cao Đề tài nghiên cứu đặt tảng quan trọng cho phát triển tiếp tục công nghệ in 3D kim loại hướng tới việc ứng dụng rộng rãi ngành công nghiệp Việc tối ưu hóa đường di chuyển đầu phun truyền động máy in đảm bảo công nghệ đáp ứng đầy đủ yêu cầu thị trường giúp thúc đẩy tiến sản xuất sáng tạo Sinh viên thực Nguyễn Đình Tuấn Anh Đinh Huỳnh Thanh Duy Mai Hoàng Huy ix ABSTRACT RESEARCH AND MANUFACTURE METAL 3D PRINTER MODELS USING ARC WELDING SOURCES In recent years, metal 3D printing technology has undergone significant development, bringing numerous notable advantages such as easily accessible materials, simple machine structure, user-friendly operation, safety, and cost-effectiveness However, to optimize the print quality and printing time, the research topic focuses on designing the drive system for metal 3D printers and optimizing the nozzle's movement Previously, the production of complex metal components often required intricate cutting and machining processes, which were time-consuming and costly The emergence of metal 3D printing has promoted progress and provided favorable conditions for various industries With the ability to utilize readily available materials like stainless steel, aluminum, and titanium, metal 3D printing opens up a multitude of opportunities across sectors ranging from aerospace, healthcare, automotive to electronics, and energy Another notable feature of this technology is its simplicity in design and operation Users not need to possess intricate technical knowledge to operate the machines, which saves training time and enhances readiness for use This also ensures safety during operation, minimizing the risk of errors due to human factors and increasing accuracy in the manufacturing process However, the drawback of metal 3D printing lies in the printing speed and nozzle movement, affecting the printing time and output quality This necessitates meticulous research in designing the drive system for metal 3D printers and optimizing the nozzle's movement Such optimization will reduce printing time and enhance production efficiency while maintaining high-quality prints This research topic serves as a critical foundation for the continuous development of metal 3D printing technology, aiming for broader applications across various industries The optimization of nozzle movement and printer drive will ensure that this technology meets market demands and fosters advancements in manufacturing and creativity x MỤC LỤC NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP i LỜI CAM KẾT ii LỜI CẢM ƠN viii TÓM TẮT ĐỒ ÁN ix ABSTRACT x MỤC LỤC xi DANH MỤC SƠ ĐỒ, HÌNH ẢNH xiv DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT xvii CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU 1 Tính cấp thiết đề tài Tình hình nghiên cứu Mục tiêu nghiên cứu Đối tượng pham vi nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Cơ sở lý thuyết Hàn 2.1.1 Hàn gì? 2.1.2 Định Nghĩa Về Hàn 2.1.3 Hàn Hoạt Động Như Thế Nào? 2.1.4 Các Loại Quy Trình Hàn 2.1.5 Ưu, Nhược Điểm Và Ứng Dụng Của Hàn 15 2.2 Tổng quan Máy phay cnc trục 15 2.2.1 Tổng Quan 15 2.2.2 Ưu điểm máy CNC trục 16 2.2.3 Cấu tạo 16 2.2.4 Khi nên đầu tư máy phay CNC trục? 16 2.2.5 Cơ sở lý thuyết 17 2.2.6 Ứng dụng máy CNC trục 23 2.2.7 Nguyên lý hoạt động 24 2.3 Tổng quan in 3D 27 2.3.1 In 3D 27 xi 2.3.2 Công nghệ in 3D gì? 27 2.3.3 Khái quát chung máy in 3D 28 2.3.4 Quy trình in 3D 29 2.3.5 Động bước 29 2.3.6 Truyền động vít me - đai ốc 32 2.3.7 Kết luận 34 CHƯƠNG 3: CHỌN PHƯƠNG ÁN VÀ TÍNH TỐN 35 3.1 Các phương án thiết kế kết cấu máy 35 3.1.1 Phương án 35 3.1.2 Phương án 35 3.1.3 Phương án 35 3.1.4 Lựa chọn phương án 36 3.2 Giới thiệu phần mềm MACH3 36 3.3 Chọn động 36 3.4 Lựa chọn vit me-dai ốc 37 3.5 Lựa chọn truyền, khớp nối 39 3.5.1 Bộ truyền xích 39 3.5.2 Bộ truyền bánh 39 3.5.3 Bộ truyền đai 39 3.5.4 Khớp nối mềm 40 3.6 Lựa chọn cấu dẫn hướng 40 3.7 Lựa chọn, tính tốn trượt bi 42 3.7.1 Lựa chọn trượt bi 42 3.7.2 Tính tốn trượt bi 43 3.8 Tính tốn truyền động vít me – đai ốc bi 45 3.9 Thiết kế trục X 55 3.10 Thiết kế trục Y 56 CHƯƠNG 4: THIẾT KẾ PHẦN ĐIỀU KHIỂN CHO MÁY CNC TRỤC 60 4.1 Thiết kế ban điều khiển va khối thị 60 4.1.1 Bàn điều khiển 60 4.2 Thiết kế, thi công tủ điện 60 4.2.1 Một số tủ điện máy CNC có ngồi thực tế 61 4.2.2 Lựa chọn phương án bố trí tủ điện 62 xii 4.3 Vận hành phần mềm mach3 62 4.4 Lệnh chạy máy 64 CHƯƠNG 5: VẬN HÀNH VÀ KẾT QUẢ 68 5.1 Vận hành máy hàn cnc 68 5.2 Chống nhiễu cho máy hàn 74 5.3 Sản phẩm hàn 77 CHƯƠNG 6: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 78 6.1 Kết luận 78 6.2 Hướng phát triển 80 TÀI LIỆU THAM KHẢO 81 xiii 75 Rz25 325 0.8 Rz25 Rz80 75 176 0.5 320 0.8 N T T NGHI P CH T O M Y IN 3D KIM LO I Tr.nhi m Thi t k H.d n Duy t H v t n Nguy n T Anh K Ng y T l : 1:4 Bao HGT Tr n Minh Th Uy n V t Li u: Th p T : KL: SL: Tr ng: H SPKT TP.HCM Khoa : o t o ch t l ng cao L p : 19143CL2A Rz80 1440 1.2 580 0.8 49 45 350 0.5 1300 1.2 Rz20 950 0.8 Rz20 114 0.5 N T T NGHI P NGHI N C U CH T O M Y IN 3D KIM LO I Tr.nhi m Thi t k H.d n Duy t H v t n Nguy n T Anh K Ng y C nh Th ng M y Tr n Minh Th Uy n V t Li u: Th p T l : 1:15 KL: T : SL: Tr ng: H SPKT TP.HCM Khoa : o t o ch t l ng cao L p : 19143CL2A Rz80 1800 1.2 690 48 500 Rz20 Rz20 Rz20 890 0.8 N T T NGHI P CH T O M Y IN 3D KIM LO I Tr.nhi m Thi t k H.d n Duy t H v t n Nguy n T Anh K Ng y T l : 1:10 Th ng M y Tr n Minh Th Uy n V t Li u: Th p T : KL: SL: Tr ng: H SPKT TP.HCM Khoa : o t o ch t l ng cao L p : 19143CL2A Rz80 1800 1.2 1500 1.2 Rz20 Rz20 N T T NGHI P CH T O M Y IN 3D KIM LO I Tr.nhi m Thi t k H.d n Duy t H v t n Nguy n T Anh K Ng y T l : 1:14 y Th ng Tr n Minh Th Uy n V t Li u: Th p T : KL: SL: Tr ng: H SPKT TP.HCM Khoa : o t o ch t l ng cao L p : 19143CL2A Rz80 200 Rz25 60 40 Rz25 Rz20 12 690 0.8 Rz25 40 100 170 14 32 10 0.2 20 0.2 24 5,5x 9x 4x 54 0.2 15 32 0.3 51 33 0.2 32 120 5, 5x 16 120 60 0.3 13 0.2 12 N T T NGHI P CH T O M Y IN 3D KIM LO I Tr.nhi m Thi t k H.d n Duy t H v t n Nguy n T Anh K Ng y T l : 1:4 G B nM y Tr n Minh Th Uy n V t Li u: Th p T : KL: SL: Tr ng: H SPKT TP.HCM Khoa : o t o ch t l ng cao L p : 19143CL2A 300 40 Rz80 220 20 Rz20 70 665 22 70 6x 400 70 60 20 4x14 x2 35 110 60 180 140 55 110 Rz20 82 20 440 N T T NGHI P CH T O M Y IN 3D KIM LO I Tr.nhi m Thi t k H.d n Duy t H v t n Nguy n T Anh K Ng y T l : 1:6 G tr c Y Tr n Minh Th Uy n V t Li u: Th p T : KL: SL: Tr ng: H SPKT TP.HCM Khoa : o t o ch t l ng cao L p : 19143CL2A Rz80 200 155 15 50 Rz20 8x 40 0.3 33 30 0.3 16 Rz20 15 10 70 0.3 100 103 323 A-A ( : ) A 127 0.3 x2 10 R8x4 A Rz16 20 0.2 32 0.3 5x 155 15 Rz16 N T T NGHI P 170 CH T O M Y IN 3D KIM LO I Tr.nhi m Thi t k H v t n Nguy n T Anh K Ng y T l : 1:4 G i HGT H.d n Tr n Minh Th Uy n Duy t V t Li u: Th p T : KL: SL: Tr ng: H SPKT TP.HCM Khoa : o t o ch t l ng cao L p : 19143CL2A Rz80 40 6 27 15 11 4x 20 45 x4 6,M1 x 11 0x4 15 N T T NGHI P CH T O M Y IN 3D KIM LO I Tr.nhi m Thi t k H.d n Duy t H v t n Nguy n T Anh K Ng y T l : 1:1 G i Tr n Minh Th Uy n V t Li u: Th p T : KL: SL: Tr ng: H SPKT TP.HCM Khoa : o t o ch t l ng cao L p : 19143CL2A Rz80 83 0.3 60 0.3 Rz16 15 97 11 0.2 Rz20 Rz16 60 9x 120 N T T NGHI P CH T O M Y IN 3D KIM LO I Tr.nhi m Thi t k H.d n Duy t H v t n Nguy n T Anh Tr n Minh Th Uy n K Ng y T l : 1:1 G i V t Li u: Th p T : KL: SL: Tr ng: H SPKT TP.HCM Khoa : o t o ch t l ng cao L p : 19143CL2A Rz80 2500 32 Rz20 45 1300 Rz20 950 0.8 50 Rz20 1800 1.2 N T T NGHI P CH T O M Y IN 3D KIM LO I Tr.nhi m Thi t k H.d n Duy t H v t n Nguy n T Anh K Ng y T l : 1:15 M t Sau Th ng Tr n Minh Th Uy n V t Li u: Th p T : KL: SL: Tr ng: H SPKT TP.HCM Khoa : o t o ch t l ng cao L p : 19143CL2A Rz80 32 1300 Rz20 950 0.8 900 0.8 470 0.8 Rz20 350 0.5 150 0.5 Rz20 84 x2 Rz20 1200 1.2 Rz20 32 350 x 2500 N T T NGHI P CH T O M Y IN 3D KIM LO I Tr.nhi m Thi t k H.d n Duy t H v t n Nguy n T Anh K Ng y T l : 1:15 M t Tr c Th ng Tr n Minh Th Uy n V t Li u: Th p T : KL: SL: Tr ng: H SPKT TP.HCM Khoa : o t o ch t l ng cao L p : 19143CL2A Rz80 900 0.8 253 62 0.3 Rz20 Rz20 1,5 376 0.5 253 0.5 Rz20 N T T NGHI P CH T O M Y IN 3D KIM LO I Tr.nhi m Thi t k H.d n Duy t H v t n Nguy n T Anh Tr n Minh Th Uy n K Ng y T l : 1:7 T mB nM y V t Li u: Th p T : KL: SL: Tr ng: H SPKT TP.HCM Khoa : o t o ch t l ng cao L p : 19143CL2A Rz80 1500 1.2 400 0.5 30 150 0.5 Rz20 Rz20 1270 1.2 60 N T T NGHI P CH T O M Y IN 3D KIM LO I Tr.nhi m Thi t k H.d n Duy t H v t n Nguy n T Anh Tr n Minh Th Uy n K Ng y T l : 1:12 T m Ch n V t Li u: Th p T : KL: SL: Tr ng: H SPKT TP.HCM Khoa : o t o ch t l ng cao L p : 19143CL2A 320 0.5 Rz80 Rz20 150 0.5 Rz20 R1 4x5 148 0.5 148 0.5 12 0.2 N T T NGHI P CH T O M Y IN 3D KIM LO I Tr.nhi m Thi t k H.d n Duy t H v t n Nguy n T Anh Tr n Minh Th Uy n K Ng y T l : 1:2 T m Ch n Phoi V t Li u: Th p T : KL: SL: Tr ng: H SPKT TP.HCM Khoa : o t o ch t l ng cao L p : 19143CL2A S K L 0