thiết kế chế tạo và ứng dụng máy in 3d khổ lớn tích hợp công nghệ iot

CPU Central Processing Unit Bá điÅu khiÇn trung tâm nóng chÁy Công nghá sā dăng tia laser đÇ cÃt vÁt liáu d¿ng tÃm giÃy và kÃt dính các lßp đã cÃt vßi nhau thông – vi phân hóa hoá rÃn po

-

ĐàNG KIÊN NHÈNTHIÀT KÀ, CHÀ T¾O VÀ ĀNG DĂNG MÁY IN 3D KHâ LàN TÍCH HĀP CÔNG NGHÞ IoT

LUÊN VN TH¾C S) Kþ THUÊT (Theo đánh h°áng āng dăng)

TP Hà CHÍ MINH – NM 2022

NG¯âI H¯àNG DÈN KHOA HâC:

TS TRÄN VIÀT THÌNG

TP Hà CHÍ MINH - NM 2022

LâI CAM ĐOAN

Tôi cam đoan rằng luÁn văn: <ThiÁt kÁ, chÁ t¿o và āng dăng máy in 3D khã lán tích hāp công nghß IoT= là công trình nghiên cāu cÿa chính tôi

Tôi cam đoan các sá liáu, kÃt quÁ nêu trong luÁn văn là trung thực và ch°a tÿng đ°āc ai công bá trong bÃt kỳ công trình nào khác

Không có sÁn phÇm/ nghiên cāu nào cÿa ng°ái khác đ°āc sā dăng trong luÁn văn này mà không đ°āc trích d¿n theo đúng quy đánh

TP Hß Chí Minh, ngày 25 tháng 01 năm 2022

Hãc viên thực hißn luËn vn

Đáng Kiên NhÉn

LâI CÀM ¡N

Trong quá trình nghiên cāu và hoàn thành luÁn văn này, tôi đã nhÁn đ°āc sự h°ßng d¿n, giúp đÿ tÁn tình cÿa ThÅy Cô, các anh chá và ng°ái thân gia đình Tôi xin bày tß biÃt ¢n sâu sÃc và cÁm ¢n chân thành tßi:

Các ThÅy Cô giÁng d¿y và làm viác t¿i Khoa Quác tà và Đào t¿o sau đ¿i học – Học vián Công nghá B°u chính Vißn thông đã t¿o mọi điÅu kián thuÁn lāi cho tôi trong suát quá trình học tÁp và hoàn thành luÁn văn

TiÁn s* TrÅn ViÁt ThÍng, ng°ái thÅy kính mÃn đã hÃt lòng giúp đÿ, d¿y bÁo,

đáng viên và t¿o mọi điÅu kián thuÁn lāi cho tôi trong suát quá trình học tÁp và hoàn thành luÁn văn CÁm ¢n các b¿n trong nhóm dự án máy in 3D đã đßng hành cùng tôi trong suát quá trình thực hián

Xin chân thành cÁm ¢n bá mẹ, anh chá và các em đã ã bên c¿nh đáng viên, t¿o điÅu kián và giúp đÿ tôi trong suát qua trình học tÁp, nghiên cāu và hoàn thành luÁn văn cao học

TP Hß Chí Minh, ngày 25 tháng 01 năm 2022

Hãc viên thực hißn luËn vn

Đáng Kiên NhÉn

DANH SÁCH BÀNG

BÁng 1.1 Thông sá kỹ thuÁt máy in 3D khá ráng cÿa đÅ tài 6

BÁng 2.1 BÁng chi tiÃt c¢ khí máy in 3D 14

BÁng 3.1 Header cá đánh 21

BÁng 3.2 Lo¿i message 22

BÁng 3.3 BÁng các cá 22

BÁng 3.4 Đánh d¿ng trong câu lánh connect 23

BÁng 3.5 Đánh d¿ng trong câu lánh connack 24

Hình 1.6 Máy in 3D kiÇu robot delta 4

Hình 1.7 Máy in 3D kiÇu 3 trăc X-Y-Z 4

Hình 1.8 ThiÃt bá chính in 3D FDM [13] 5

Hình 1.9 CÃu hình máy in 3D khá ráng 3 trăc tánh tiÃn [12] 6

Hình 1.10 CÃu hình đÅ xuÃt máy in 3D khá ráng 3 trăc tánh tiÃn 7

Hình 1.11 ĐÅu đùn Bowden [15] 8

Hình 1.12 ĐÅu đùn trực tiÃp [15] 8

Hình 1.13 ĐÅu đùn phá biÃn (Ngußn: Thomas Sanladerer YouTube Channel) 9

Hình 1.14 Ành h°ãng qu¿t làm mát đÃn chÃt l°āng sÁn phÇm 9

Hình 2.1 Máy in 3D Cartesian, Delta, và Polar 11

Hình 2.2 Máy in 3D khá lßn BIGREP ONE 12

Hình 2.3 Máy in 3D khá lßn BIG 120-V3 cÿa Modix 12

Hình 2.4 BÁn thiÃt kà khung chính máy in 3D 13

Hình 2.5 Bá trí các thành phÅn trên khung chính máy in 3D 13

Hình 2.6 BÁn vÁ 2D khung chính máy in 3D 14

Hình 2.7 Bá thanh tr°āt d¿n đáng trăc X và Y 15

Hình 2.8 Bá vít-me đai ác cho trăc Z 16

Hình 2.9 à trăc đÿ đÅu trăc vít 16

Hình 2.10 à đÿ đÅu trăc vít me và thanh d¿n h°ßng cho trăc Z 16

Hình 2.11 Puly và bá gá thanh tr°āt motor trăc X – Y 17

Hình 2.12 BÁn vÁ bánh xe di chuyÇn khung máy in 3D 17

Hình 3.1 Táng quan mô hình há tháng IoT 19

Hình 3.2 KÃt nái trong m¿ng l°ßi MQTT [4] 20

Hình 3.3 Mô hình giao thāc MQTT [17] 20

Hình 4.1 GiÁn đß ch°¢ng trình táng quát cho máy in 3D khá ráng 31

Hình 4.2 Giao dián t¿o mã G-code Slic3r 36

Hình 4.3 Giao dián phÅn mÅm Cura 36

Hình 4.4 CÃu trúc m¿u in d°ßi d¿ng l°ßi (mesh) 38

Hình 4.5 BÁn chÃt cÿa mát khái lÁp ph°¢ng và mát khái cÅu 39

Hình 4.6 Tọa đá cÿa các đßnh và các thành phÅn cÿa vect¢ pháp tuyÃn 39

Hình 4.7 Quy tÃc đßnh tam giác 41

Hình 4.8 Quy tÃc đánh h°ßng 41

Hình 4.9 Quy tÃc bát phân d°¢ng 42

Hình 4.10 Há điÅu khiÇn nhiát đá theo vòng kín 42

Hình 4.11 S¢ đß nguyên lí bá đo nhiát cho Thermocouple – PT100 43

Hình 4.12 S¢ đß m¿ch bá đo nhiát cho Thermocouple – PT100 44

Hình 4.13 GiÁi thuÁt điÅu khiÇn PID 44

Hình 4.14 PhÅn mÅm giám sát các thông sá máy in 3D 47

Hình 4.15 RepRap CAM toolchain 48

Hình 4.16 Quá trình t¿o các lßp tr°ßc khi in 48

Hình 4.17 Giao dián chính cÿa phÅn mÅm 48

Hình 4.18 CÃu hình máy in 49

Hình 4.19 ThiÃt lÁp thông sá máy in 50

Hình 4.20 ThiÃt lÁp thông sá đÅu in 50

Hình 4.27 L°u đß thuÁt toán ch°¢ng trình 60

Hình 4.28 CÁm biÃn nhiát đá PT100 61

Hình 4.29 CÃu hình MQTT Broker 62

Hình 4.30 S¢ đß nguyên lý kÃt nái cÁm biÃn nhiát đá 62

Hình 4.31 Dă liáu nhiát đá gi°áng in trên webserver 63

Hình 4.32 S¢ đß kÃt nái và điÅu khiÇn máy in 3D 63

Hình 4.33 CÃu hình điÅu khiÇn máy in 3D bằng wifi 64

Hình 4.34 In sÁn phÇm tÿ xa thông qua kÃt nái wifi 64

Hình 4.35 Āng dăng kÃt nái máy in 3D và đián tho¿i thông minh 65

Hình 4.36 KÃt nái mÃy in 3D bằng mã QR 65

Hình 4.37 Chọn các mô hình cÅn in 66

Hình 4.38 CÃu hình thông sá tr°ßc khi in 66

Hình 4.39 Theo dõi và điÅu khiÇn máy in 3D bằng smartphone 67

Hình 4.40 Giao dián chính cÿa website 67

Hình 4.41 M¿u in 3D trên website 68

Hình 4.42 Hình xoay 3 chiÅu cÿa vÁt thÇ 68

Hình 4.43 ĐiÅu khiÇn máy in 3D qua giao dián website 69

DANH MĂC CÁC THUÊT NGþ, CHþ VIÀT TÌT

MQTT

Message Queuing Telemetry

bÁn

Presence Protocol

Giao thāc hián dián và nhÃn tin mã ráng

CPU Central Processing Unit Bá điÅu khiÇn trung tâm

nóng chÁy

Công nghá sā dăng tia laser đÇ cÃt vÁt liáu d¿ng tÃm (giÃy) và kÃt dính các lßp đã cÃt vßi nhau

thông

– vi phân

hóa

hoá rÃn polymer nh¿y sáng

STL

Stereolithography/Standard Triangle Language/ Standard Tessellation Language

Mát đánh d¿ng file 3D cho công nghá t¿o m¿u nhanh

1.1 CÃu hình máy in 3D khá ráng kiÇu FDM 5

1.2 Phân tích, đánh giá các c¢ cÃu cÿa máy in 3D 7

3.1 Khái niám c¢ bÁn vÅ các công nghá trong IoT 18

Giao thāc truyÅn tin 18

4.1 ThiÃt kà phÅn mÅm cho máy in 3D khá ráng 31

Táng quan phÅn mÅm Reprap 32

Biên so¿n RepRap cho máy in 3D khá ráng 32

ThiÃt kà phÅn mÅm cÃt lßp và mô phßng cho máy in 3D khá ráng 35

4.2 ĐiÅu khiÇn nhiát đá đÅu in máy in 3D khá ráng 42

S¢ đß nguyên lý điÅu khiÇn nhiát đá 43

GiÁi thuÁt điÅu khiÇn 44

PhÅn cāng thiÃt bá điÅu khiÇn 60

ĐiÅu khiÇn máy in 3D tÿ xa thông qua internet 63

4.5 KÃt luÁn ch°¢ng 69

KÂT LUÀN VÀ KIÂN NGHà 70

DANH MĂC CÁC TÀI LIàU THAM KHÀO 71

Mä ĐÄU

Máy in 3D khá lßn theo công nghá FDM đÇ t¿o sÁn phÇm vßi kích th°ßc lßn cho phép tiÃt kiám thái gian và chi phí khi chà t¿o m¿u Viác t¿o sÁn phÇm máy quét 3D và kÃt nái trực tiÃp vßi máy in 3D khá ráng sÁ nâng cao māc tự đáng hoá trong thiÃt kà ng°āc Trong đÅ tài này, các vÃn đÅ nâng cao đá chính xác, đá án đánh cho các thiÃt bá in khá ráng và tích hāp máy quét vßi máy in 3D đ°āc giÁi quyÃt Đßng thái, các giÁi pháp phÅn mÅm làm mán bÅ mặt sÁn phÇm quét 3D đ°āc thực hián cho phép có thÇ sā dăng ngay các file quét cho máy in 3D

Máy có các tính năng kỹ thuÁt nh° sau: Máy in 3D công nghá in: FDM; VÁt liáu nhựa: PLA, ABS; Kích th°ßc in: 1200(X) x 610 (Y) x 1200 (Z) mm; Đá phân giÁi trăc: X, Y, Z : 5, 10, 1 μm t°¢ng āng; Tác đá in: 150 mm/s; ChiÅu cao lßp in: 50-800 μm; File in: G-code, STL file; Bá đÅu in: 0.4, 0.6, 0.8, 1.0, 1.2 mm; KÃt nái máy in 3D và dă liáu: SD, USB, Wifi, Internet; Firmware: Marlin Máy quét 3D quét sÁn phÇm kích th°ßc 600x600x600 mm, đá chính xác d°ßi 0,1 mm, vßi đá mán gia công phù hāp trên máy in 3D khá ráng

Giao thāc MQTT hián đang mát giao thāc đ°āc sā dăng phá biÃn dùng trong IoT, rÃt nhiÅu hãng công nghá đã áp dăng và hß trā giao thāc MQTT cho các āng dăng sÁn phÇm cÿa mình nh° Facebook cho āng dăng facebook message, IBM cho dự án bÁo vá môi tr°áng, Intel, Microsoft

LuÁn văn có các nái dung chính nh° sau: Ch°¢ng 1: Táng quan máy in 3D

Ch°¢ng 2: KÃt cÃu c¢ khí và bá điÅu khiÇn máy in 3D khá ráng Ch°¢ng 3: TruyÅn sá liáu giăa các thiÃt bá IoT thông qua giao thāc MQTT

Ch°¢ng 4: ThiÃt kà phÅn mÅm, tích hāp và vÁn hành thā nghiám sÁn phÇm

CH¯¡NG 1: TâNG QUAN MÁY IN 3D

Công nghá in 3D là mát thành tá c¢ bÁn trong công nghá 4.0, cho phép t¿o mát sÁn phÇm bằng cách tự đáng bßi đÃp dÅn các lßp vÁt liáu (giÃy, nhựa, kim lo¿i,&) theo mát bÁn vÁ hay mát mô hình 3D thiÃt kà tr°ßc trong máy tính, thay vì phÁi cÃt gọt phôi nh° gia công sÁn phÇm truyÅn tháng Công nghá in 3D không chß cho phép t¿o sÁn phÇm nhanh, dß dàng, tuỳ biÃn và tiÃt kiám phăc vă đÇ kiÇm tra, kiÇm đánh, sÁn xuÃt thā, mà còn cho phép sÁn xuÃt lo¿t nhß, giá thành thÃp mà không phÁi chà t¿o khuôn m¿u tán thái gian và đÃt tiÅn Công nghá in 3D nh° vÁy góp phÅn nâng cao năng lực sÁn xuât, tính c¿nh tranh cÿa doanh nghiáp Các công nghá và thiÃt bá in 3D chÿ yÃu hián nay gßm có:

- Công nghá SLA (Stereo Lithography Apparaturs): Sā dăng tia laser hoá rÃn

polymer (lßng) nh¿y sáng (Hình 1.1);

- Công nghá SLS (Selective Laser Sintering): Sā dăng tia laser đÇ thiêu kÃt

vÁt liáu bát nh° nhựa, kim lo¿i, th¿ch cao (Hình 1.2)

Hknh 1.1: Công nghß SLA Hknh 1.2: Công nghß SLS

Hknh 1.3: Mô tÁ công nghß 3DP

- Công nghá 3DP (3D Printing): Sā dăng nguyên lý t¿o lßp (layer) giáng nh°

công nghá SLS ã trên và phÅn liên kÃt các layer vßi nhau thì giáng vßi công nghá máy in phun 2D bình th°áng (Hình 1.3) Mực in vÿa là màu sÃc, vÿa là keo liên kÃt các h¿t bát vßi nhau Công nghá này có thÇ in đ°āc màu sÃc cho vÁt thÇ giáng nh° máy in phun màu

- Công nghá LOM (Laminated Object Manufacturing): Sā dăng tia laser đÇ

cÃt vÁt liáu d¿ng tÃm (giÃy) sau đó các lßp đã cÃt đ°āc kÃt dính vßi nhau (Hình 1.4);

Hknh 1.4: Nguyên lý ho¿t đßng công nghß LOM

- Công nghá FDM (Fused Deposition Manufacturing): Sā dăng vÁt liáu nóng

chÁy đùn qua đÅu phun t¿o hình, sau đó đông cāng Công nghá in 3D FDM gßm các

thành phÅn (Hình 1.5): Máy tính - bá phÅn mÅm thiÃt kà sÁn phÇm 3D - ThiÃt bá in 3D

Hknh 1.5: Các thành phÅn máy in 3D FDM [6]

Hai lo¿i máy in 3D kiÇu FDM phá biÃn là lo¿i sā dăng c¢ cÃu song song lo¿i Delta (Hình 1.6) và c¢ cÃu 3 trăc tánh tiÃn, có khÁ năng t¿o sÁn phÇm kích th°ßc lßn (Hình 1.7) – là đái t°āng lựa chọn cÿa đÅ tài này

Hknh 1.6: Máy in 3D kiÅu robot delta Hknh 1.7: Máy in 3D kiÅu 3 trăc X-Y-Z

Căn cā theo măc tiêu đÅ tài, chúng tôi sÁ tÁp trung vào thiÃt kà chà t¿o máy in 3D khá ráng lo¿i FDM Trên Hình 1.8 mô tÁ ho¿t đáng cÿa khái in 3D kiÇu FDM

Hknh 1.8: ThiÁt bá chính in 3D FDM [13]

Há tháng vÁn hành theo 3 trăc: ĐÅu đùn (b) đ°āc gÃn vßi há tháng X-Y và tÃm sàn (e) gÃn vßi trăc Z nâng/h¿ VÁt liáu (a) tÿ cuán qua đÅu đùn đ°āc nung chÁy và đ°āc rÁi thành lßp bên trên sàn (e) trong gißi h¿n t¿o hình đánh tr°ßc Hai trăc X-Y gÃn vßi đÅu đùn (b) điÅu khiÇn đÅu đùn dách chuyÇn và rÁi vÁt liáu hÃt dián tích đánh tr°ßc HÃt mát lßp, vít-me trăc Z sÁ h¿ tÃm sàn (e) xuáng 1 lßp đÇ đÅu đùn rÁi lßp mßi Mßi lßp sau khi rÁi đ°āc làm nguái sÁ đông cāng M¿u sau khi đ°āc chà t¿o cÅn đ°āc làm s¿ch và xā lý bÅ mặt bằng ph°¢ng pháp: đánh nhám, s¢n phÿ đÇ cÁi thián hình d¿ng và đá bÅn cÿa nó

1.1 CÃu hình máy in 3D khã rßng kiÅu FDM

CÃu hình máy in 3D khá ráng lo¿i FDM đ°āc đÅ xuÃt cÅn phÁi đáp āng các măc tiêu nh° cho phép t¿o các vÁt m¿u kích th°ßc lßn; Máy in 3D đ°āc tích hāp vßi máy quét 3D t¿o ra mát há tháng liên hāp tÿ quét tái in 3D sÁn phÇm tự đáng Thông sá kỹ thuÁt máy in 3D khá ráng dự kiÃn có các tính năng nh° trong bÁng 1.1

BÁng 1.1: Thông sß kÿ thuËt máy in 3D khã rßng cÿa đà tài

9 KÃt nái máy in 3D và dă

Simplify3D&

CÃu hình máy in 3D khá ráng cÿa đÅ tài này đ°āc chọn là cÃu hình 3 trăc tánh tiÃn t¿o sÁn phÇm trên gi°áng (sàn) in, mô tÁ trên hình 1.9

Hknh 1.9: CÃu hknh máy in 3D khã rßng 3 trăc tánh tiÁn [12]

CÃu hình máy in 3D khá ráng cÿa đÅ tài này đ°āc thiÃt kà theo cÃu hình 3 trăc tánh tiÃn, bao gßm các thành phÅn trình bày trên hình 1.10

Máy in 3D khá ráng bao gßm các thành phÅn: 1) C¢ cÃu đÿ và hãm nhÁ cuán dây vÁt liáu (nhựa) sā dăng motor nhÁ dây; 2) C¢ cÃu d¿n dây và bánh xe quay kéo dây nhựa; 3) ĐÅu gia nhiát làm chÁy dây nhựa và đÅu phun (Nozze); 4) Qu¿t làm mát sÁn phÇm; 5) Há tháng 3 trăc X-Y-Z điÅu khiÇn đÅu phun di chuyÇn theo to¿ đá đã lÁp trình; 6) Gái đÿ t¿o khoÁng tráng bên trong sÁn phÇm; 7) Sàn máy; 8) Khung máy; 9) Bá điÅu khiÇn

Y

XZ

BßĐiÁuKhiÃn

Motor nhả dây

Đầu gia nhiệtĐầu phunDây nhựa nóng chảySản phẩm

Gối đỡSàn máy

Cơ cấu dịch chuyÃn X-Y-X

Hknh 1.10: CÃu hknh đà xuÃt máy in 3D khã rßng 3 trăc tánh tiÁn 1.2 Phân tích, đánh giá các c¢ cÃu cÿa máy in 3D

Các nghiên cāu mà đÅ tài cÅn phÁi giÁi quyÃt cho máy in 3D khá ráng bao gßm:

- Sự đßng đÅu sÁn phÇm có kích th°ßc lßn; Đá chính xác cao cho mát thÇ tích lßn, liên quan đÃn đá cāng văng, drivers, giÁi thuÁt điÅu khiÇn, &

- VÃn đÅ cÃp nguyên liáu liên tăc cho kích th°ßc lßn; - Các vÃn đÅ vÅ thiÃt kà phÅn mÅm điÅu khiÇn máy in 1) C¢ cÃu đÿ và hãm nhÁ cuán dây vÁt liáu (nhựa) sā dăng motor nhÁ dây

Dây vÁt liáu đÇ t¿o sÁn phÇm cÅn có đ°áng kính án đánh Thá tr°áng có sẵn lo¿i dây đ°áng kính 1,75 mm (cho máy đùn có á bánh răng d¿n dây ã xa đÅu đùn) và

3 mm (cho á bánh răng trực tiÃp trên đÅu đùn) ĐÇ đÁm bÁo viác cÃp dây đÅu, không bá Ánh h°ãng bãi moment quán tính cÿa cuán dây thay đái khi cuán đÅy/v¢i, đá căng cÿa dây luôn giă không đái nhá điÅu khiÇn motor trăc cuán dây cÃp hoặc sā dăng thÃng tÿ

2) C¢ cÃu d¿n dây và bánh xe quay kéo dây nhựa

Dây vÁt liáu trong máy in 3D khá lßn có thÇ đ°āc đặt ã xa, khi đó cÅn có dây d¿n h°ßng - là dây cāng cá đánh đÇ dây vÁt liáu bám theo, hoặc có thÇ là áng nhựa

cho dây vÁt liáu ch¿y lußn bên trong

ĐÅu đùn Bowden có c¢ cÃu kéo dây ã xa không đặt tÁi lên đÅu đùn, nên nó có kích th°ßc nhß và vÁn hành linh đáng h¢n Tuy nhiên, c¢ cÃu cÅn đáng c¢ m¿nh h¢n đÇ đÇy dây vÁt liáu qua áng d¿n h°ßng và có thÇ gặp sự cá xoÃn dây, uán cong, & hoặc có ma sát làm trß quá trình cÃp liáu

Hknh 1.11: ĐÅu đùn Bowden [15] Hknh 1.12: ĐÅu đùn trực tiÁp [15]

Đái vßi các bá cÃp liáu trực tiÃp, máy đùn sÁ đÇy dây vÁt liáu ngay vào đÅu đùn Nhá viác cÃp dây liên tăc, chính xác, nhanh và vßi đáng c¢ công suÃt thÃp, nó sÁ t¿o bÁn in chính xác h¢n, sā dăng các cÿ dây vÁt liáu trong khoÁng ráng h¢n Tuy nhiên, c¢ cÃu này làm tăng khái l°āng căm đÅu đùn, có thÇ gây dao đáng và mÃt chính xác cÿa bÁn in

3) ĐÅu gia nhiát nung chÁy dây nhựa và đÅu phun (Nozze)

ĐÅu gia nhiát làm tan chÁy nhựa đÇ cÃp cho đÅu phun t¿o dựng mô hình sÁn phÇm Nhiát đá gia nhiát tuỳ thuác vào vÁt liáu sā dăng Hián có hai lo¿i đÅu đùn là

V6 - th°áng đ°āc sā dăng cho kích th°ßc in nhß h¢n và Vocano - có vòi phun lßn h¢n đÇ cho phép l°āng nhựa lßn h¢n đ°āc ép đùn cho kích th°ßc in lßn h¢n (hình 1.13)

Hknh 1.13: ĐÅu đùn phã biÁn (Nguán: Thomas Sanladerer YouTube Channel)

4) Qu¿t làm mát sÁn phÇm – bÁn in

Nhựa đ°āc rÁi thành lßp bên trên đÇ t¿o sÁn phÇm, khi nguái sÁ đ°āc đông kÃt nhá làm mát tự nhiên Tuy nhiên, đái vßi các bÁn in phāc t¿p vßi các cÃu trúc kiÇu cÅu, có các góc c¿nh nhô ra, thì làm mát tự nhiên là ch°a đÿ Khi nhựa ch°a nguái, trọng l°āng nhựa có thÇ làm méo d¿ng sÁn phÇm (Hình 1.14) Vì vÁy, cÅn sā dăng qu¿t làm mát

Hknh 1.14: Ành h°ång qu¿t làm mát đÁn chÃt l°āng sÁn phÇm

5) Há tháng 3 trăc X-Y-Z điÅu khiÇn đÅu phun di chuyÇn theo to¿ đá đã lÁp trình:

Há tháng CNC 3 trăc cÅn đÁm bÁo đá chính xác cao đÇ dách chuyÇn đÅu phun rÁi đÅu sÁn phÇm Đặc biát, các dách chuyÇn phÁi êm và không bá vọt lá t¿i các điÇm thay đái h°ßng chuyÇn đáng Đái vßi máy có kích th°ßc lßn, yêu cÅu vÅ đá chính xác cho toàn khoÁng làm viác đòi hßi kỹ thuÁt điÅu khiÇn phái hāp

6) Gái đÿ t¿o khoÁng tráng bên trong sÁn phÇm: Gái đÿ là các vÁt liáu phă có hình d¿ng phù hāp đÇ t¿o sÁn phÇm có các khoÁng tráng bên d°ßi bÅ mặt

7) Gi°áng in / Sàn máy: Sàn đặt sÁn phÇm, đòi hßi có đá phẳng xác đánh 8) Khung s°án máy: Khung s°án đÇ gÃn thiÃt bá cÅn phÁi văng chãi, đßng thái vß

che h¿n chà các h¿t băi nhựa nanô bay ra ngoài

9) Bá điÅu khiÇn: Thực hián nhiám vă điÅu khiÇn các bá phÁn máy in 3D

1.3 KÁt luËn ch°¢ng

Trong nái dung này ĐÅ tài đã hoàn thành viác nghiên cāu khÁo sát các cÃu hình 3D và 3D khá ráng, tÿ đó đÅ xuÃt cÃu hình máy in 3D khá ráng cho nhiám vă Trên c¢ sã cÃu hình đÅ xuÃt, ĐÅ tài tiÃn hành phân tích, đánh giá các c¢ cÃu cÿa máy in 3D và miÅn āng dăng cho các sÁn phÇm in 3D

CH¯¡NG 2: KÀT CÂU C¡ KHÍ VÀ BÞ ĐIÂU KHIÄN

MÁY IN 3D KHâ RÞNG

Nh° đã khÁo sát, trên thá tr°áng có 3 lo¿i máy in 3D phá biÃn: Máy in 3D kiÇu to¿ đá Descarter, KiÇu robot Delta, và kiÇu Polar (Hình 2.1)

Hknh 2.1: Máy in 3D Cartesian, Delta, và Polar

Trong đó, máy in 3D Cartesian thực hián di chuyÇn đÅu đùn nhựa theo ph°¢ng X, Y, Z trong há tọa đá Cartesian Máy này có °u điÇm là dß lÃp ráp, cân chßnh và bÁo d°ÿng; có khÁ năng khai thác phÅn mÅm tÿ cáng đßng mã ngußn mã lßn Tuy nhiên, nh°āc điÇm cÿa máy là có khái l°āng các c¢ cÃu đi đáng lßn, nên tác đá in không cao và gây ßn Máy có h¿n chà in sÁn phÇm theo chiÅu cao Ngoài ra, khi ho¿t đáng máy th°áng bá rung và Ánh h°ãng đÃn đá chính xác

Máy in 3D kiÇu Delta thực hián di chuyÇn đÅu đùn nhựa theo nguyên lý cÿa robot delta (robot song song) Máy này có °u điÇm là khái l°āng các c¢ cÃu di đáng nhß và mát phÅn di chuyÇn theo các trăc thẳng đāng, vì vÁy, máy ho¿t đáng êm, ít rung, tác đá cao và chính xác, có thÇ in đ°āc vÁt in có chiÅu cao lßn Bàn nhiát (n¢i đặt vÁt in) không di chuyÇn trong suát quá trình in nên vÁt in đ°āc giă chÃc chÃn h¢n Máy có nh°āc điÇm là lÃp ráp, cân chßnh khá phāc t¿p ChiÅu cao cÿa máy lßn (th°áng 60-70 cm) Giá thành th°áng đÃt h¢n so vßi máy d¿ng Cartesian

Máy in 3D: Polar là lo¿i mßi và ít phá biÃn h¢n hai lo¿i trên ĐÅu đùn nhựa di chuyÇn theo nguyên lý cÿa tọa đá cực Máy này có °u điÇm là ho¿t đáng ít bá rung lÃc nh° kiÇu Cartesian, kích th°ßc vÁt in có thÇ lßn Máy có nh°āc điÇm là moment quán tính cÿa bàn nhiát lßn; tác đá in không cao; lÃp ráp và căn chßnh máy khó; giá thành cao

2.3),& là nhăng sÁn phÇm máy in khá lßn cÿa các nhà sÁn xuÃt Germany và Israel nên đ°āc nhiÅu công ty lựa chọn vì có chÃt l°āng và đá chính xác cao

BIG 120-V3: ThÇ tích t¿o hình: 1.200 x 600 x 600 mm (XYZ); Đá phân giÁi: X:10 μm Y:10 μm; Đá phân giÁi trăc Z: 0.5 μm (0.0005 mm); ChiÅu cao lßp: 50-800 Micron; Tác đá in: Tßi 100 mm/s; Bá đùn nhựa: E3D Aero extruder ; Công nghá in: FFF – Fused-Filament-Fabrication (FDM)

2.1 C¢ cÃu c¢ khí máy in 3D khã rßng

Khung máy in 3D là phÅn chính cÿa máy, cho phép lÃp ráp các thiÃt bá bên trong đÇ vÁn hành in 3D (Hình 2.4)

Hknh 2.4: BÁn thiÁt kÁ khung chính máy in 3D

Vßi cÃu hình 3 trăc chuyÇn đáng tánh tiÃn, khung máy chọn là khái lÁp ph°¢ng, t¿o không gian t°¢ng āng cho máy in làm viác theo kích th°ßc khá ráng (Hình 2.5)

Chi tiÃt xin xem trong tÁp bÁn vÁ kỹ thuÁt

Hknh 2.5: Bß trí các thành phÅn trên khung chính máy in 3D

Hknh 2.6: BÁn v¿ 2D khung chính máy in 3D BÁng 2.1: BÁng chi tiÁt c¢ khí máy in 3D

1 Bánh xe & ĐÃ

Motor kéo

6 Pat lÃp puly trăc

7 Trăc kéo puly

8 Pat lÃp căm

trăc Z, trăc

2.2 C¢ cÃu dÉn đßng và các chi tiÁt cho máy in 3D khã rßng

Trong máy in 3D khá ráng đ°āc thiÃt kÃ, căm chuyÇn đáng X-Y cá đánh theo ph°¢ng Z, còn gi°áng in đ°āc dách chuyÇn tÿng b°ßc nhá motor trăc Z trong quá trình t¿o hình Vßi điÅu kián vÁt liáu hián nay có thÇ chọn gi°áng in vÿa nhẹ, vÿa phẳng và có đá cāng tát

ĐÇ đÁm bÁo đá cāng văng và ma sát nhß, căm in gÃn trên bá tr°āt chuyÇn đáng theo thanh d¿n trăc X ĐÅu in đ°āc motor kéo bằng dây đai Bá dây đai đ°āc căng bằng buli 2 đÅu, cho phép dây đai ch¿y thuÁn / ng°āc T°¢ng tự, trăc Y sÁ kéo căm trăc X chuyÇn đáng trên thanh tr°āt (Hình 2.7)

Hknh 2.7: Bß thanh tr°āt dÉn đßng trăc X và Y

Trăc Z d¿n đáng bằng vít-me có á trăc 2 đÅu (kiÇu cÅu trăc) nhằm đÁm bÁo sự di chuyÇn đÅu in dß dàng, chính xác và giÁm rung sóc Trong cÃu hình thiÃt kÃ, đÅ tài sā dăng 4 đáng c¢ đặt 4 góc, sÁ t¿o lực tác đáng đÅu và đßng bá lên gi°áng in Khi quay trăc vít-me, gi°áng in đ°āc chuyÇn đáng theo (Hình 2.7) Vít-me bi hay bá truyÅn vít-me - đai ác (Hình 2.8) đ°āc sā dăng ráng rãi, đặc biát là các c¢ cÃu đòi hßi chuyÇn đáng chính xác và hiáu suÃt cao

Hknh 2.8: Bß vít-me đai ßc cho trăc Z Hknh 2.9: â trăc đÿ đÅu trăc vít

à trăc đÿ đÅu trăc vít (có gÃn á bi) đ°āc thiÃt kà (Hình 2.9) có sự đßng tâm cao và chính xác, đặc biát là phÁi đÁm bÁo đá thẳng đāng đÇ gi°áng in và sàn X-Y song song vßi nhau

Khi đáng c¢ quay làm quay trăc vít, làm cho phÅn công tác gÃn vào trăc vít tánh tiÃn dọc theo trăc B°ßc dách cÿa căm X-Y đ°āc tính toán dựa theo b°ßc trăc vít hay sá vòng quay cÿa motor d¿n đáng Trên Hình 2.10 là thiÃt kà á trăc đÿ đÅu mút cÿa trăc vít me và á trăc d¿n h°ßng

Hknh 2.10: â đÿ đÅu trăc vít me và thanh dÉn h°áng cho trăc Z

Trên Hình 2.11 Là các chi tiÃt cÿa bá d¿n đáng trăc X - Y

Hknh 2.11: Puly và bß gá thanh tr°āt motor trăc X – Y

Trên Hình 2.12 là bÁn vÁ bánh xe di chuyÇn khung máy in 3D

Hknh 2.12: BÁn v¿ bánh xe di chuyÅn khung máy in 3D 2.3 KÁt luËn ch°¢ng

Ch°¢ng 2 đÅ tài đã hoàn thành các nái dung c¢ bÁn thiÃt kÃ, chà t¿o phÅn c¢ khí cho máy in 3D khá ráng Qua thực nghiám s¢ bá cho thÃy máy in 3D đ¿t các măc

tiêu thiÃt kÃ

CH¯¡NG 3: TRUYÂN SÞ LIÞU GIþA CÁC THIÀT Bà IoT

THÔNG QUA GIAO THĀC MQTT

3.1 Khái nißm c¢ bÁn và các công nghß trong IoT

Giao thức truyền tin

Trong IoT, các thiÃt bá th°áng giao tiÃp đ°āc vßi nhau th°áng xuyên (D2D) Dă liáu sau khi thu thÁp sÁ đ°āc gāi tßi máy chÿ (D2S) Máy chÿ cũng có thÇ giao tiÃp chia s¿ dă liáu vßi nhau (S2S), có thÇ cung cÃp ng°āc l¿i cho các thiÃt bá Các giao thāc dùng trong IoT là:

- XMPP: là giao thāc mã và dựa trên nÅn tÁng XML dùng trong nhÃn tin - DDS: Giao thāc truyÅn thông ngang hàng trực tiÃp theo kiÇu peer to peer

(D2D) - AMQP: há tháng hàng đāi đ°āc thiÃt kà đÇ kÃt nái các máy chÿ vßi nhau

(S2S) - MQTT (Message Queue Telemetry Transport), măc tiêu thu thÁp dă liáu và

giao tiÃp D2S Măc đích là giám sát theo dõi tÿ xa, thu thÁp dă liáu tÿ nhiÅu thiÃt bá và vÁn chuyÇn dă liáu đó đÃn các máy tr¿m sao cho ít xung đát nhÃt

Đặc điểm hệ thống IoT

 ĐiÅu kián cÅn cÿa mát há tháng IoT: - Cáng dă liáu (Gateway): Dă liáu đi tÿ vÁt cloud và ng°āc l¿i thông qua các

cáng - Cáng Cloud (Cloud Gateway): T¿o điÅu kián nén dă liáu và truyÅn dă liáu an

toàn giăa các cáng và máy chÿ IoT trên cloud - Bá xā lý dă liáu trực tuyÃn: đÁm bÁo chuyÇn đái hiáu quÁ dă liáu ban đÅu vào

sang hß dă liáu và các āng dăng điÅu khiÇn - Hß dă liáu (Data Lake): Đ°āc dùng đÇ l°u tră dă liáu đ°āc t¿o bãi các thiÃt

bá đ°āc kÃt nái ã đánh d¿ng tự nhiên Dă liáu lßn xuÃt hián theo đāt hoặc trong

lußng stream - Kho dă liáu lßn (BigData warehouse): Kho dă liáu lßn chß chāa các dă liáu đã

đ°āc làm s¿ch, có cÃu trúc - Phân tích dă liáu: Các nhà phân tích dă liáu có thÇ sā dăng dă liáu tÿ kho dă

liáu lßn đÇ tìm xu h°ßng và đ¿t đ°āc nhăng hiÇu biÃt că thÇ nào đó

MQTT dựa trên mát Broker (điÇm trung gian) và đ°āc thiÃt kà có tính mã rÃt

Hknh 3.1: Tãng quan mô hknh hß thßng IoT

đ¢n giÁn và dß đÇ tích hāp MQTT phù hāp cho các āng dăng M2M (Mobile to mobile), WSN (Wireless Sensor Networks) hay IoT (Internet of Things)

- Topic: VÅ mặt kỹ thuÁt, topics là các hàng đāi chāa nái dung message VÅ logic, topics cho phép clients trao đái thông tin và dă liáu vßi nhau

- Session: Mát session đ°āc đánh nghĩa là phiên làm viác hay kÃt nái tÿ client đÃn server TÃt cÁ các giao tiÃp giăa client và server đÅu là 1 phÅn cÿa session

- Subscription: Không giáng nh° sessions, subscription là kÃt nái tÿ client đÃn topic Khi thực hián subscribed đÃn topic, client có thÇ trao đái messages vßi topic Subscriptions có thÇ ã tr¿ng thái 8transient9 hoặc 8durable9, phă thuác vào cá tr¿ng thái clean session trong gói Connect

- Message: Messages là các đ¢n vá chāa nái dung dă liáu đ°āc trao đái giăa các topic clients

Byte 1 Lo¿i message Cá DUP QoS level RETAIN

Trong đó:

- Byte 1 : Chāa lo¿i Message và các cá (DUP, QoS level, and RETAIN)

- Byte 2 : (Ít nhÃt 1 byte) quy đánh đá dài còn l¿i

 Lo¿i Message Vá trí: byte 1, bits 7-4 Mát sá 4-bit không dÃu dißn tÁ các giá trá đ°āc miêu tÁ d°ßi bÁng 3.2

 Các bit cá Bit còn l¿i cÿa byte đÅu chāa các tr°áng DUP, QoS và RETAIN Vá trí các bit và ý nghĩa đ°āc miêu tÁ trong bÁng 3.3

BÁng 3.3: BÁng các cã Vá trí bit Tên viÁt gãn Miêu tÁ

2-1 QoS Quality of Service (chÃt l°āng dách vă)

 Header có đá dài thay đái Mát vài lo¿i MQTT message cũng chāa nhăng phÅn có đái dài thay đái đ°āc Nó nằm giăa phÅn header cá đánh và phÅn payload

PhÇn thay đái đ°āc cÿa Remaining Length sÁ không nằm ã phÅn header thay đái đ°āc PhÅn byte thay đái đựoc cÿa Remaining Length thuác vÅ phÅn header và payload Đánh d¿nh cÿa các tr°áng thay đái đ°āc trong header đuāc miêu tÁ bên d°ßi đây:

- Protocol name: XuÃt hián trong message CONNECT Tr°áng này sÁ chāa tên MQIsdp ã d¿ng chă hoa

- Protocol version: XuÃt hián trong phÅn header cÿa message CONNECT

- Connect flags: Giá trá này quy đánh cá Clean Session, cá Will, cá Will QoS, và cá Retain flags đ°āc chāa trong phÅn header thay đái đựoc cÿa message

CONNECT.

Các câu lệnh trong message

 CONNECT Khi mát mát kÃt nái TCP/IP đ°āc thiÃt lÁp tÿ client đÃn server, thì mát session ã māc protocol cũng đ°āc t¿o sā dăng lußng CONNECT Đánh d¿ng header cá đánh đ°āc thÃy d°ßi bÁng sau:

BÁng 3.4: Đánh d¿ng trong câu lßnh connect

byte 1 Message Type (1) DUP flag QoS level RETAIN

Cá DUP, QoS, and RETAIN không đ°āc sā dăng trong message CONNECT Remaining Length là đá dài cÿa phÅn header thay đái đ°āc (12 bytes) và đá

dài Nó có thÇ là nhiÅu byte

Server sÁ gāi message CONNACK đÇ trÁ lái message CONNECT tÿ client NÃu server không nhÁn đ°āc mesage CONNET tÿ client trong mát khoang thái gian nào đó sau khi thiÃt lÁp kÃt nái TCP/IP, thì server nên đóng kÃt nái đó l¿i

 CONNACK Message CONNACK đ°āc gāi bãi server nh° đÇ trÁ lái mát yêu cÅu a CONNECT tÿ client PhÅn header cá đánh có đánh d¿ng nh° bÁng d°ßi đây

BÁng 3.5: Đánh d¿ng trong câu lßnh connack

nhÁn 2 0x02 KÃt nái vá tÿ chái: Đánh danh không hāp lá 3 0x03 KÃt nái vá tÿ chái: server không phăc vă đ°āc 4 0x04 KÃt nái bá tÿ chái: Sai user name hoặc password 5 0x05 KÃt nái bá tÿ chái: Ch°a đ°āc xác thực

6-255 Dành cho t°¢ng lai

Mã trÁ vÅ là 2 sÁ (đánh danh bá tÿ chái) sÁ đ°āc gāi nÃu nÃu đánh danh duy nhÃt cho 1 client có đá dài không nằm trong khoÁng tÿ 1 đÃn 23

 PUBLISH NÃu 1 client subscribe mát hoặc nhiÅu topic, thì mọi message đ°āc published đÃn nhăng topic đó đ°āc gāi bãi server đÃn client nh° là mát message PUBLISH Response cho PUBLISH message phă thuác vào level cÿa QoS BÁng d°ßi đây chß

 PUBREC – publish(level 1) Mát message PUBREC trÁ lái cho mát message PUBLISH vßi QoS level là 2 Nó là message thā 2 trong flow mà QoS level = 2 Mesage này sÁ coi nh° là mát trÁ lái cho messge PUBLISH đÃn tÿ client, or hoặc bãi mát subscriber khi trÁ lái mát message PUBLISH tÿ Server BÁng d°ßi đây chß ra đánh d¿ng cÿa header có đá dài cá đánh

Khi server nhÁn đ°āc mát message PUBREL tÿ publisher, server sÁ đ°a message đó đÃn các subscriber quan tâm, và gāi message PUBCOMP vßi cùng mát Message ID đÃn publisher Khi mát subscriber nhÁn mát message PUBREL tÿ server, thì nó có thÇ sā dăng message đã nhÁn đ°āc cho các āng dăng phia trên, đßng thái cũng gāi mát message PUBCOMP đÃn server

 PUBCOMP – Publish đÁm bÁo hoàn thành (level 3) Message này hoặc là trÁ lái tÿ server cho message PUBREL tÿ publisher, hoặc trÁ lái tÿ subscriber cho mát message PUBREL tÿ server Nó là message cuái cùng trong flow QoS level = 2 BÁng d°ßi đây chß ra đánh d¿ng cÿa phÅn header thay đái đ°āc

BÁng 3.12: Đánh d¿ng câu lßnh subscribe

byte Message type (8) DUP flag QoS flags RETAIN

Khi nhÁn đ°āc mát nái dung message SUBSCRIBE message, server trÁ lái bằng message SUBACK

 SUBACK Message SUBACK message đ°āc gāi bãi server đÃn client đÇ báo vßi client rằng nó đã nhÁn message SUBSCRIBE BÁng d°ßi đây chß ra chß ra đánh d¿ng phÅn

Message SUBACK chāa mát danh sáchh QoS levels đã đ°āc cÃp Thā tự các QoS levels bên trong message SUBACK sÁ khßp theo thā tự cÿa các topic name t°¢ng āng trong message SUBSCRIBE

 UNSUBSCRIBE Mát message UNSUBSCRIBE đ°āc gāi bãi client đÃn server đÇ unsubscribe mát topic name nào đó BÁng sau chß ra mát ví dă cÿa phÅn header cá đánh