Nghiên ứu hế tạo sợi omposite nền polyme ốt hạt kim loại định hướng ứng dụng trong ông nghệ in 3d

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI LUẬN VĂN THẠC SĨ Nghiên cứu chế tạo sợi composite polyme cốt hạt kim loại định hướng ứng dụng công nghệ in 3D NGUYỄN VĂN ĐẠT nguyenvandat@sis.hust.edu.vn Ngành Khoa học Vật liệu Giảng viên hướng dẫn: PGS TS Lê Thái Hùng Viện: Khoa học Kỹ thuật Vật liệu HÀ NỘI, 06/2020 i Tai ngay!!! Ban co the xoa dong chu nay!!! 17061132018701000000 TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI LUẬN VĂN THẠC SĨ Nghiên cứu chế tạo sợi composite polyme cốt hạt kim loại định hướng ứng dụng công nghệ in 3D NGUYỄN VĂN ĐẠT nguyenvandat@sis.hust.edu.vn Ngành Khoa học Vật liệu Giảng viên hướng dẫn: PGS TS Lê Thái Hùng Viện: Khoa học Kỹ thuật Vật liệu HÀ NỘI, 06/2020 ii Chữ ký GVHD CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự – Hạnh phúc BẢN XÁC NHẬN CHỈNH SỬA LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên tác giả luận văn: Nguyễn Văn Đạt Đề tài luận văn: Nghiên cứu chế tạo sợi composite Polyme cốt hạt kim loại định hướng ứng dụng công nghệ in 3D Chuyên ngành: Khoa học vật liệu Mã số SV: CA180173 Tác giả, Người hướng dẫn khoa học Hội đồng chấm luận văn xác nhận tác giả sửa chữa, bổ sung luận văn theo biên họp Hội đồng ngày 23/06/2020 với nội dung sau: - Tác giả trích dẫn đầy đủ tài liệu tham khảo vào nội dung luận văn - Chỉnh sửa thuật ngữ cho phù hợp với chuyên môn - Chỉnh sửa lỗi tả, hành văn Ngày 29 tháng 06 năm 2020 Giảng viên hướng dẫn Tác giả luận văn PGS Lê Thái Hùng Nguyễn Văn Đạt CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG PGS Trần Văn Dũng ĐỀ TÀI LUẬN VĂN Nghiên cứu chế tạo sợi composite Polyme cốt hạt kim loại định hướng ứng dụng công nghệ in 3D Học viên: Nguyễn Văn Đạt Mã số HV: CA180173 Giáo viên hướng dẫn (Ký ghi rõ họ tên) PGS Lê Thái Hùng Lời cảm ơn Trong thời gian làm đồ án tốt nghiệp, em nhận nhiều giúp đỡ, đóng góp ý kiến bảo nhiệt tình thầy Trước tiên, em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến PGS.TS Lê Thái Hùng, giảng viên hướng dẫn, người tận tình hướng dẫn khoa học, bảo em suốt trình làm luận văn Em xin gửi lời cảm ơn đến Thày cô Bộ môn Cơ học vật liệu Cán kim loại, Thày cô Viện Khoa học Kỹ thuật Vật liệu trang bị cho em kiến thức sở đóng góp ý kiến để hồn thành nội dung luận văn Tôi xin chân thành cảm ơn bạn sinh viên Bộ môn Cơ học Vật liệu Cán kim loại nhóm nghiên cứu cơng nghệ in 3D giúp đỡ tơi q trình tiến hành thực nghiệm Tóm tắt nội dung luận văn Luận văn trình bày tổng quan in 3D, công nghệ in 3D, loại vật liệu in 3D cơng trình nghiên cứu vật liệu compozit in 3D cơng nghệ FDM Trong đó, vật liệu sợi composite tạo nên số tính chất trội so với vật liệu sợi nhựa thơng thường Tính chất nhiệt cải thiện đáng kể tăng cường thêm số loại cốt lệ định Tuy nhiên, số hạn chế khả phân tán đồng cốt nhựa, hạt kim loại gây tắc vịi in nhiều loại vật liệu cốt polyme có tính chất ưu việt chưa nghiên cứu Trong đề tài luận văn này, sợi compozit polyppropylene (PP) cốt hạt Titanium hydride (TiH 2) chế tạo thành công sử dụng cho công nghệ in 3D FDM (Fused Deposition Modeling) Cốt hạt TiH2 trộn nhựa PP với tỷ lệ 2,3,4 6% khối lượng sau ép đùn thành sợi có đường kính 1.75±0.1mm Các sợi sau ép đùn đánh giá cấu trúc kiểm tra độ bền kéo Kết cho thấy, sợi với tỷ lệ khối lượng TiH có tính cải thiện rõ rệt cốt hạt TiH phân tán đồng PP Sợi sau ép đùn in thử nghiệm đáp ứng điều kiện công nghệ in 3D FDM HỌC VIÊN Ký ghi rõ họ tên Nguyễn Văn Đạt MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH VẼ iii DANH MỤC BẢNG v LỜI NÓI ĐẦU CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ NGHIÊN CỨU VÀ ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ IN 3D 1.1 Tổng quan công nghệ in 3D 1.1.1 Khái niệm 1.1.2 Lịch sử phát triển 1.1.3 Ứng dụng công nghệ in 3D 1.2 Các công nghệ in 3D 12 1.2.1 Fused Deposition Modeling (FDM): 12 1.2.2 Stereolithography (SLA): 14 1.2.3 Digital Light Processing (DLP): 15 1.2.4 Selective Laser Sintering (SLS): 16 1.2.5 Selective laser melting (SLM): 17 1.3 Vật liệu ứng dụng công nghệ in 3D 18 1.3.1 Polymer 18 1.3.2 Kim loại 19 1.3.3 Các loại vật liệu khác 19 1.4 Các nghiên cứu vật liệu compozit in 3D giới 19 1.5 Tình hình phát triển cơng nghệ in 3D nước 31 1.6 Kết luận 32 CHƯƠNG NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM 34 2.1 Vật liệu 34 2.1.1 Bột TiH2 34 2.1.2 Nhựa PP 35 2.2 Thiết bị thí nghiệm 36 2.2.1 Thiết bị ép đùn 36 2.2.2 Cân tiểu ly 37 2.2.3 Thiết bị thử tính 38 2.2.4 Thiết bị xác định cấu trúc 39 2.2.5 Thiết bị xác định chuyển biến nhiệt vi sai 39 2.3 Trình tự thí nghiệm 41 2.3.1 Chế tạo sợi 41 2.3.2 Thí nghiệm đánh giá tính chất vật liệu in 43 2.4 Kết luận 44 i CHƯƠNG KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 45 3.1 Đánh giá cấu trúc vật liệu 45 3.2 Đánh giá tính sợi 47 3.3 Nhiệt quét vi sai 50 3.4 Ảnh hưởng nhiệt độ đùn đến tính sợi 52 3.5 Đánh giá khả in 3D sợi 53 3.6 Kết luận 54 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 56 TÀI LIỆU THAM KHẢO 57 PHỤ LỤC 58 ii DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1 Mạch điện tử sản xuất phương pháp In 3D Hình 1.2 Trang phục In 3D Hình 1.3 Ứng dụng cơng nghệ in 3D để chế tạo xe Urbee Hình 1.4 Ứng dụng In 3D hàng khơng vũ trụ Hình 1.5 Súng bắn đạn thật sản xuất In 3D Hình 1.6 Ứng dụng in 3D ngành thực phẩm Hình 1.7 Các phận ngươì sản xuất In 3D 10 Hình 1.8 Mơ hình giảng dạy sản xuất In 3D 10 Hình 1.9 Căn biệt thự “In” cơng nghệ in 3D 11 Hình 1.10 Đồ vật chế tạo In 3D 11 Hình 1.11 Máy in 3D Fused Deposition Modeling (FDM) 12 Hình 1.12 Chi tiết bị cong vênh sau in 13 Hình 1.13 Máy in 3D Stereolithography (SLA) 14 Hình 1.14 Máy in 3D Digital Light Processing (DLP) 15 Hình 1.15 Máy in 3D Selective Laser Sintering (SLS) 16 Hình 1.16 Máy in 3D Selective laser melting (SLM) 17 Hình 1.17 Biểu đồ cơng nghệ in 3D sử dụng 18 Hình 1.18 Ứng suất, mơ đun đàn hồi, độ giãn dài mẫu 22 Hình 1.19 Phổ Raiman mẫu 23 Hình 1.20 Ảnh tổ chức mẫu 24 Hình 1.21.Sự thay đổi nhiệt độ thủy tinh hóa, ứng suất thay đổi thành phần titan oxit 25 Hình 1.22 Sự thay đổi độ bền kéo mô đun 27 Hình 1.23 Ảnh SEM bề mặt gãy 29 Hình 1.24 Ảnh lỗ trống mẫu 29 Hình 2.1 Bột TiH2 cung cấp thương mại 34 Hình 2.2 Nhựa Polypropylene thương mại 35 Hình 2.3 Máy đùn trục vít đơn 37 Hình 2.4 Cân tiểu ly với cấp xác 0.01g 37 Hình 2.5 Máy thử tính DEVOTRANS 38 Hình 2.6 Kính hiển vi quang học kỹ thuật số VHX 7000 39 Hình 2.7 Máy DSC 7020 40 Hình 2.8 Qui trình chế tạo sợi compozit polyme 41 Hình 2.9 Mơ hình máy đùn trục vít đơn 43 iii Hình 2.10 Mẫu thử kéo gá vào máy thông qua hai lơ gá mẫu 44 Hình 3.1 Ảnh tổ chức mẫu 3% độ phóng đại 500 lần 45 Hình 3.2 Ảnh tổ chức mẫu % độ phóng đại 1000 lần 46 Hình 3.3 Ảnh tổ chức mẫu 3% độ phóng đại 2000 lần 46 Hình 3.4 Kết thử kéo mẫu nhựa nguyên chất, 2%, 4% 6% TiH2 48 Hình 3.5 So sánh kết thử kéo mẫu nhựa nguyên chất 2%, 4%, 6% TiH2 49 Hình 3.6 Kết DSC mẫu nhựa nguyên chất, 2%, 4% 6% TiH2 51 Hình 3.7 Kết thử kéo mẫu 4% TiH2 nhiệt độ đùn 175 ͦ C, 180 ͦ C 185oC 52 Hình 3.8 Máy in 3D SDLs MX250 54 Hình 3.9 Mẫu kéo in thử từ sợi compozit chế tạo 54 iv DANH MỤC BẢNG Bảng 2.1 Tỷ lệ phần trăm khối lượng nhựa PP, cốt TiH2 nhiệt độ đùn………… 41 Bảng 3.1 Nhiệt độ chuyển biến mẫu…………………………………………… 51 Bảng 3.2 Thông số in mẫu kéo………………………………………………………… 53 v