Luận văn thạc sĩ Công nghệ chế tạo máy: Nghiên cứu thiết kế hệ thống truyền động máy tạo mẫu nhanh FDM

LOI CAM KETTôi tên: TRINH VAN THÁIHọc viên lớp: Cao học công nghệ chế tạo máy K2011Mã số học viên: 11040401 Theo quyết định giao dé tai luận văn cao học của Phòng đào tạo Sau đạihọc, Đại

TRUONG DAI HOC BACH KHOA

TRINH VAN THAI

Chuyên ngành : CÔNG NGHỆ CHE TAO MAY

Mã ngành : 605204

LUẬN VĂN THẠC SĨ

TP HO CHI MINH, thang 11 năm 2013

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TPHCMTRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

Công trình được hoàn thành tai: Trường Đại Hoc Bach Khoa-DHQG-HCM

Xác nhận của Chủ Tịch Hội đồng dánh giá LV và trưởng khoa quản lý chuyênngành sau khi luận văn đã được chỉnh sửa (nếu có)

CHỦ TỊCH HỘI DONG TRƯỞNG KHOA

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HCM CỘNG HOA XÃ HỘI CHỦ NGHIA VIỆT NAMTRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Độc Lập - Tự Do - Hạnh Phúc

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨHọ và tên học viên: TRINH VAN THÁI Giới tính: NAMNgày, tháng, năm sinh: 29/01/1987 Nơi sinh: BÉN TREChuyên ngành: CÔNG NGHỆ CHE TAO MAY Mã ngành: 605204Khoá (Năm trúng tuyển): 2011

1- TEN DE TÀI:“NGHIEN CUU THIET KE HE THONG TRUYEN DONG MAYTAO MAU NHANH FDM”

2- NHIEM VU LUAN VAN:

- Nghién cứu các thông số về dòng lưu chất trên dau dun may FDM- _ Thiết kế hệ thống truyền động và khung máy trên máy FDM

- Kiém tra mô hình thiết kế về ứng suất, chuyện vi, rụng động

- Bao cáo kết quả đạt được.3- NGÀY GIAO NHIEM VU: 24/06/20134- NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 22/11/20135- HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DÂN: PGS TS THÁI THỊ THU HÀNội dung và dé cương Luan văn thạc sĩ đã được Hội Đồng Chuyên Ngành

thông qua.

Tp HCM, ngay thẳng năm 2013

CÁN BỘ HƯỚNG DAN CHỦ NHIỆM BỘ MÔN TRUONG KHOA

(Ho tén va chir ky) (Họ tên va chữ ky) (Họ tên và chữ ký)

LỜI CÁM ƠNLời đầu tiên cho em xin được gửi lời cảm ơn sâu sắc đến các quý thầy cô trongtrường Đại học Bách Khoa cũng như các thầy cô ở khoa Cơ khí, Bộ môn Công nghệchế tạo máy đã nhiệt tình dạy dỗ và truyền đạt kiến thức nền tảng để em có thé thực

hiện hoàn thành được luận văn.

Đặc biệt em xin cảm ơn chân thành đến cô PGS.TS Thái Thị Thu Hà và thầyPGS TS Đặng Văn Nghin, người đã định hướng tận tình chỉ dẫn, cung cấp tài liệuvà luôn động viên chúng em có thêm tự tin để hoàn thành luận văn này Em cũng gửi

lời cám ơn các bạn ở phòng Thí nghiệm Đo lường, trường ĐH Bách Khoa và cách

anh chị ở Viện cơ học và tin học ứng dụng đã nhiệt tình giúp đỡ hỗ trợ em trong quá

trình thực hiện luận văn.

Cuôi cùng con xin cảm ơn ba, mẹ cùng những cô chú, anh chị và bạn bè đã tạođiêu kiện tot nhât và là cho dựa tinh than vững chắc cho em/chau trong suôt thời gianhọc tap, tìm hiệu, thực hiện và hoàn tat luận văn này.

Em xin chân thành cảm on!

Tp Hô Chí Minh, ngày 22 tháng 11 năm 2013

Học Viên

Trịnh Văn Thái

LOI CAM KETTôi tên: TRINH VAN THÁI

Học viên lớp: Cao học công nghệ chế tạo máy K2011Mã số học viên: 11040401

Theo quyết định giao dé tai luận văn cao học của Phòng đào tạo Sau đạihọc, Đại học Bách khoa Tp.HCM, tôi đã thực hiện luận văn cao học với đề tài“Nghiên cứu thiết kế hệ thống truyền động máy tạo mẫu nhanh FDM” dưới sựhướng dẫn của PGS TS Thái Thị Thu Hà từ ngày 24/06/2013 đến ngày

22/11/2013.

Tôi cam kết đây là luận văn cao học do tôi thực hiện Tôi đã thực hiện luận

văn theo đúng quy định của Phòng đào tạo Sau đại học, Đại học Bách Khoa, Đại

học Quốc gia Tp HCM và theo sự hướng dẫn của PGS TS Thái Thị Thu Hà.Tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm với những lời cam kết trên đây Nếu có

sai phạm trong quá trình thực hiện luận van, tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm.

Tp Hồ Chí Minh, ngày 22 tháng 11 năm 2013

Học Viên

Trịnh Văn Thái

TOM TATCông nghệ tao mau nhanh là một trong những công nghệ có ứng dung rộng rãivà phát triển với tốc độ nhanh chong, có những đóng góp tích cực trong nhiều ngànhnhư y học, cơ khí, thương mại Một trong những công nghệ tạo mẫu nhanh đang

phát triển mạnh là công nghệ FDM (Fused Depositon Modeling)

Nước ta đã có những nghiên cứu và ứng dụng công nghệ này vao thực tiên cuasản xuât và đời sông, nhưng nhìn chung so với các nước trong khu vực và trên thêgiới thì vân còn rât nhiêu hạn chê Vì vậy nghiên cứu thúc đây sự phát triên công

nghệ FDM ở nước ta là rất cần thiết

Luận văn thể hiện một cái nhìn tổng thể về tình hình nghiên cứu và ứng dụngcủa máy FDM hiện nay ở trong nước và trên thế giới Luận văn đi vào nghiên cứu hệthống truyền động khung may, nghiên cứu quá trình din vật liệu trong đầu dun dérút ra các thông số tối ưu cho quá trình đùn, tính toán rung động của máy FDM đểđảm bảo máy được hoạt động ôn định và đạt được chất lượng mẫu đùn tốt Luận vănđưa ra mẫu thiết kế hệ thống truyền động, khung máy và tính toán khả năng làm việctối ưu của sợi vật liệu Việc mô phỏng có ý nghĩa quan trọng trong việc diéu chỉnhcác thông số công nghệ của máy FDM Các chi tiết tiêu chuẩn, va các loại vật liệu détim, có san trong nước được sử dụng trong thiết kế đảm bảo cho máy FDM có mộtgiá thành tốt, khả năng chế tạo dễ dàng

Đề tài “Nghiên cứu thiết kế hệ thong truyền động máy tao mẫu nhanh FDM”

được trình bày trong 6 chương:

- Chuong 1: Giới thiệu chung về dé tài nghiên cứu Đây là phần giới thiệu tôngquan về dé tài nghiên cứu Dua ra mục tiêu và phương pháp nghiên cứu cho

đề tài.

- Chương 2: phương án thiết kế hệ thong truyền động máy tao mẫu nhanhFDM Chương 2 giới thiệu tông quan máy FDM, vật liệu din và thiết kế hệthống truyền động, khung máy của máy FDM.

- Chương 3: Các dang hỏng và các thông số liên quan đến quá trình dim trênmáy FDM Chương 3 phân tích các thông số công nghệ máy FDM, các dạnghỏng có thể xảy ra trong quá trình đùn

- Chương 4:M6 phỏng dong vật liệu trên dau dim máy FDM Chương 4 phantích mô phỏng dòng lưu chất trên đầu đùn máy FDM, đánh giá ảnh hưởng củacác thông số liên quan đến quá trình đùn, đưa ra vận tốc đùn hợp lý, tránh

hiện tượng bẻ cong vật liệu trên máy FDM.

- Chương 5: M6 phỏng chuyển vi ứng suất, rung động hệ thống truyền độngmáy tạo mẫu nhanh FDM Chương 5 sử dụng phương pháp phân tích phần tửhữu hạn đánh giá chuyên vi, ứng suất va đặc biệt là sự rung động trong quá

trình máy FDM vận hành Việc mô phỏng rung động quan trọng trong việc

đánh giá thiết kế, cho phép tối ưu hoá thiết kế, giảm rung và đảm bảo máyFDM là việc 6n định, giam sai số và cho sản phẩm đùn tốt hơn

- _ Chương 6:Két gua dat được và hướng phát triển.Luận văn thể hiện rõ mục tiêu nghiên cứu thông qua việc mô phỏng quá trìnhđùn, khả năng rung động để tối ưu hoá thiết kế Luận văn đưa ra các thông số ảnhhưởng của vòi phun lên quá trình đùn, thiết kế hệ thống truyền động và khung máy,tạo cơ sở cho những nghiên cứu tiếp theo

Rapid prototype is one of the technologies which has the wide range ofapplications and develops speedily It is making a constructive contribution to manyfields such as health, mechanic, trade One of the strongly developing fast patternfabrication technologies is FDM (Fused Depositon Modeling).

VietNam has had many researches about this technology and it is beingapplied to pracical manufacturing and living However, it seems that there still havebeen some restraints compare with that on the world or even in area.Therefore,researchs which motivate the technological development in our country is

necessary.

The paper provides the overall view of FDM_ research situation and itsapplication in VietNam and over the world It studies transmission system, frameand material extrusion processing at nozzle to get the optimized parametric andcalculate the FDM machine’s vibration Then, that ensures the machine will steadyoperate and reaches the qualified extruded product.

The paper provides the design pattern about transmission system, frame andcalculates the optimal uses for fillament.

Simulation plays an important role in adjusting the FDM parametric because iteffects directly on the quality of extruded product Specification details and popularmaterials which are used for design pattern assure that FDM_ has reasonable pricewhen materials can be bought in Vietnam.

The topic’Studying and designing transmission system of FDM machine” iswritten 6 chapters.

Chapter 1: /ntrodution This is the overall introduction to lay out the researchingmethods.

Chapter 2: FDM machine overview and its transmission system This chapterpresents technical parametric, extrusion process materials, transmission system andframe designing.

Chapter 3: Analizing kinds of failure and parametric related to extrusion process onFDM machine This chapter focuses on analizing the parametric on FDM machineand kinds of failure can occure during extrusion processing.

Chapter 4: Material flow simulation on extrution processing This chapter simulatesthe flow at nozzle on FDM machine, then assesses how parametric effect onextrusion process and generates the extrusion velocity reasonable that helps avoidmaterials being buckled on FDM machine.

ChapterS: Situation stress, displacement, vibration of designed system This chapteruses Finite Element Method (FEM) to determine displacement, stress and vibrationwhen FDM operates especially The Vibarion modelling is important when assessingdesign; it helps to optimize the design, reduce vibration, assure FDM in goodcondition, avoid errors and produce the qualified product.

Chaper6: Results and future development.

This Essay represents the aims of studying through modelling the extrusionprocess, vibration capability to optimize design The paper shows parametrics whicheffect the extrusion proceess, transmission system design, frame which sets thefoundation for other studying in the future.

TRANG BÌIA c2 nh HH2 H22 i

TRANG PHU oo Ö li

NHIEM VỤ LUẬN VĂN THAC Slo ceesceseeseeseesesessessesneseesessecnecueansaeeseeneeneaeeneeneens iiiLOL CAM ON 0 ivLOL CAM 8045017 .Ả Ô V¡90901 Ầ4 Ỏ vi

180193090 |

CHUONG I: GIỚI THIỆU DE TÀI NGHIÊN CỨYU 5 5 <5 «+ <s se 41.1 Giới thiệu về công nghệ tạo mẫu nhanh 2 - 2k E3 ExE* E3 vs cea 41.1.1 Giới thiệu chung về công nghệ tạo mẫu nhanh - 5 5s se £+e+£s£sed 41.1.2 Ứng dung của phương pháp tạo mẫu nhanh - 2c s s£x£x££sEseesesed 61.1.3 Các phương pháp tao mẫu nhanh điển hình hiện nay - 5-5: - 5<: 101.2 Giới thiệu về công nghệ tạo mẫu nhanh FDM ¿+2 +2 x2 E+e£+E£sEse£eecd 13

1.2.1 Giới thiệu công nghệ tạo mẫu nhanh FDM - 2 2+ £ + £+e£+E£sEee£eecd 13

1.2.2 Nguyên lý hoạt động chung công nghệ FDM << << <+<sssss+ 13

1.2.3 Dac diém công nghệ tao mẫu nhanh FDM - 2 + + x22 £+£+x+++s£zxz 141.3 Tính cấp thiết của dé tài Gà 1S 1n TT HT HT ng ngu 15

1.4 Mục tiêu của luận văn c cc H011 HH ng nh cờ 151.5 Nội dung thực hiện luận văn .- - << S21 31110101 1111111111111 111111113552 151.6 Phương pháp nghiÊn Cứu + + < c1 0031011010110 11111111111 111111111 1 3x xz 16

CHUONG 2: PHUONG AN THIET KE HE THONG TRUYEN DONG MAYTẠO MAU NHANH FDM -G- <9 hư 9v gu gu 17

2.1 Tổng quan về máy FIDM - + E6 EEE E3 E1 1c ng: 18

2.2 Vat liệu dun trong công nghệ FDM + <5 S131 11 1133111111111 sx2 28

2.2.1 Vat TEU ta0 MAU nnẽn 28

2.2.2 Vat 8ì in 0 - AAaAaAâ 32

2.3 Thiết kế hệ thống truyền động máy FDM - - 6 k3 EeESEeEEeseeeeersed 332.3.1 Tính toán thiết kế bàn máy xy của máy FDM ccscx xxx scsees 332.3.2 Thiết kế trục truyền động z máy FDM - (G662 E vs seo 362.3.3 Tính toán thiết kế khung máy FDM - - ck+E+kEsESk SE vs 38

CHƯƠNG 3: CAC DANG HONG VA CAC THONG SO LIEN QUAN DENQUA TRINH DUN TREN MAY FDM.Q essscssssssescessecsscssescescsscscescescsscsecncencenenes 41

3.1 Các thông số liên quan đến quá trình đùn trên máy FDM 5-5 +52 41

3.2 Cac dạng hỏng trong quá trình dun trên máy FDMM - << - << sss 453.2.1 Hiện tượng tràO ñĐØƯỢC c- c0 00110 102 2211111101002 11111111111 11v ớ 463.2.2 Hiện tượng bẻ cong vật lIỆu - - - - 5< - 2221310110110 11 1111111111111 11111152 47

3.3 KẾT luận ¿+ tt t 2t 21211212112121111111111111111111111111111111110111111101111.1111 c1 49CHƯƠNG 4: MO PHONG DONG VAT LIEU TREN ĐẦU DUN MAY FDM 51

4.1 Cơ sở lý thuy@t - L1 1112311111911 TH 1n HH HH KH ng kg vn 51

4.1.1 Quá trình chuyén pha c1 111x111 ng ng dư 51

4.1.2 Phương trình năng lượng + + << 111111103 11111111111 33 1x tra 53

4.1.4 Lưu chất phi newfOI óc S1 1v 1111 1n HT TT ng dư 55

A.2 Kay 0060 564.2.1 Xây dựng mô hình CAlD - - 1111101010 2111111111102 11111111111 3 1 ng 56A2.2 Chia 0000 0 HHQỤẶ- ốốỐốỐ 57

4.2.3 Thông số vật liệu Gv TS TS HT TH HT HT ng dư 594.3 Mô phỏng hoá lỏng vật liệu trong ông hoá lỏng ¿562v £sEsEee£sed 614.3.1 Điều kiện nhiệt dO oo ceceececceccessessesseeecessecsececsessesseeseeseeesseesteeeeeseeesneneeneeees 614.3.2 KẾT QuẢả G11 T1 HT TH TT TH TT TT TT TH ngư 634.4 Mô phỏng xác định miền bẻ cong vật liệu -G- SE SE vs veesees 664.5 Mô phỏng ảnh hưởng của đường kính miệng đầu phun lên soi vật liéu 694.6 KẾT luận : 2: St 22t 2 211212112111121111111211111111111111111111111121111111111 1g 75CHƯƠNG 5: MO PHONG CHUYEN VỊ, UNG SUAT, RUNG DONG CUA

D0000 765.1 Kiểm tra bén tĩnh cho máy FDM 2-6 + x3 SE re csvexrke 77

5.1.1 Quy trình phân tích và mô phỏng - 5 2c + 1+ 3313111155555 xxxx2 77

5.1.2 Phân tích chuyền vị, ứng suất cum bản may Xy ¿c5 sex eereed 78

5.1.3 Phan tich chuyén VỊ, Ứng suất cụm bàn MAY UIUC Z <<<< -<+2 815.1.4 Phân tích chuyền vi, ứng suất khung máy + xxx EsEsk£sesxeereed 835.2 Mô phỏng xác định tần số riêng của MAY eee eeceeecesesseccessscesescscessevsceseecsenees 865.2.1 Xác định tần số riêng của khung máy oo esceseesscessecesceesssceevecseeevecee 865.2.2 Xác định tan số dao động riêng CUM XY vee seceseccscescecsceessceseetscescevseeeees 88

5.3 Phân tích dao động cưỡng ĐỨC - - + + - << c2 0001101110133 111111111111 111111 se 89

S.A Ket na 99CHUONG 6: KET QUA VA HUONG PHAT TRIEN DE TÀI 1006.1 Kết qua thực hiện luận Van oo ccscescececescssscescscscscscscesvscseesvecsctevscavacsenees 1006.2 Hướng phát triển dé tài - - + xxx 1v 1n HT TH gi 101TÀI LIEU THAM IKHÁOO, 5-5 5 << 5 5 89 E5 E9 xe øceesgseu 102

Ijni0NPpdaầacc:iadiiii 1045i0800i 02 aAaA Ra 106PHU LUC 4 n:aa 113

CHUONG I: GIOI THIEU DE TAI NGHIEN CUU

1 Giới thiệu về công nghệ tạo mẫu nhanh1.1 Giới thiệu chung về công nghệ tạo mẫu nhanh

1.1.1 Giới thiệu về công nghệ tạo mẫu nhanh

Sự phát triển của công nghệ tạo mẫu nhanh (Rapid Prototyping- RP) chủyếu dựa trên sự phát triển vượt bậc của việc ứng dụng công nghệ vi tính trongsản xuất công nghiệp và đời sống Với sự hỗ trợ ngày càng mạnh mẽ của cácứng dụng điện toán thay cho các công cụ truyền thống như quá trình thiết kế vớisự hỗ trợ máy tính (CAD-Computer Aided Design), chế tạo (CAM—ComputerAided Manufacturing), và gia công điều khiển chương trình số (CNC —

Computer Numerical Control) thì việc sử dụng CAD trong công nghệ RP là

chắc chăn không thể thiếu Ngoài ra, còn có sự phát triển mạnh mẽ của côngnghệ vật liệu, công nghệ chế tạo kết hợp với nhau tạo ra những sản phẩm RP

ngày càng phong phú, đa dạng và khả năng ứng dụng ngày càng rộng rãi.

Trong hơn bốn thập kỹ ké từ khi máy tạo mẫu nhanh dau tiên được côngbố vào năm 1987 với công nghệ SLA (Stereolithography Apparatus), côngnghệ tạo mẫu nhanh đã không ngừng phát triển mạnh Theo đó, vào năm 1986

công nghệ tạo mẫu nhanh LOM (Laminated Object Manufacturing) được

thương mại hoá, sau đó 1992 máy FDM đầu tiên được thương mại hoá bởi hãng

Stratasys.

RP là quá trình tao mau nhanh giúp các nha sản xuất nhanh chóng đưacác sản phẩm đến với người tiêu dùng, giảm chi phí sản xuất Khi chưa có côngnghệ này người ta thường tạo mẫu băng tay với thời gian và chi phí cao đồngthời đòi hỏi kinh nghiệm của người thực hiện, khi máy vi tính phát triển mạnhvà có chỉ phí rẻ, người ta thực hiện quá trình tạo mẫu ảo và có thê tích hợp khảnăng mô phỏng chúng Sau cùng là sự phát triển của công nghệ tạo mẫu nhanh,phát triển này giúp giảm thời gian sản xuất, chế tạo được những mẫu ngày càngphức tạp hơn với chỉ phí thấp hơn Ngày nay, phương pháp tạo mẫu nhanh cònmở rộng nghiên cứu để không chỉ tạo ra các mẫu vật mà thay vào đó là tạo ra

các sản phâm có các chức năng như sản pham that.

Đặc điểm của phương pháp tạo mẫu nhanh nói chung là sản phẩm tạomẫu được tao bang cách đắp vật liệu (layer manufacturing) Như vậy, mô hìnhthiết kế 3D phải được cắt theo từng lớp, các lớp này thường được lưu với địnhdạng STL (STereoLithography) Theo nguyên lý này, hiện nay có rất nhiều

phương pháp tạo nhanh khác nhau như SLA, SLS, LOM, FDM, SGC Nhin

chung, các phương pháp tạo mẫu nhanh đều trải qua bốn quá trình như sau:

f \ / : ) ¬

Dừ liệu đầu ào |—Ề|Thiếtkế3p | l20 âu Xử lý mẫuI§ảnptẩm| nhanh

J \ J ` J -/Hình 1.1 Quy trình tạo mẫu nhanh

- Ngudn dữ liệu đầu vào: Là các thông số của sản phẩm về kích thước,

vật liệu, tính chất vật lý, nguyên lý hoạt động của sản phẩm

- _ Thiết kế 3D: Đây là nguồn dữ liệu CAD 3D vốn được thiết kế từ cáccông cụ hỗ trợ như phần mềm Pro/Engineer, Catia, Inventor, solidworks hoặc từ các chỉ tiết và các sản phẩm thực tế Việc lay maucác sản phẩm đòi hỏi sự hỗ trợ của các máy ba chiều

- Phuong pháp tạo mẫu: Các phương pháp tạo mẫu trong tao mẫunhanh gồm có: Xử lý quang hóa (Photo-curing), cắt và dán liên kết

(Cutting and Glucing/Joining), nóng chảy va đông đặc (Melting andSolidifying/Fusing)

- _ Xử lý mẫu: San phẩm của phương pháp tao mau nhanh thường phảiđược xử lý trước khi sử dụng Ví dụ phương pháp tạo mẫu nhanhFDM, sản phẩm sau khi đùn phải qua bước tách vật liệu đỡ và xử lýbề mặt

Vật liệu trong tạo mẫu nhanh: Các dạng vật liệu trong tạo mẫu nhanh gồm CÓvật liệu đạng bột, dạng khối và dạng lỏng Và tương ứng với từng loại vật liệu ta cócác phương pháp tạo mẫu khác nhau Hiện nay người ta đang nghiên cứu và phát triển

công nghệ tạo mâu nhanh với các loại vật liệu như ceramic, bột kim loại

1.1.2 Ứng dụng của phương pháp tạo mẫu nhanh:1.1.2.1 Truyền đạt ý tướng thiết kế

Phương pháp tạo mẫu nhanh là phương án truyền đạt tuyệt vời ý tưởng của cácnhà thiết kế So với thời kỳ thứ hai, quá trình tạo mẫu nhanh là tạo mẫu ảo thì tạo mẫunhanh giúp nhà thiết kế đánh giá một cách trực quan và chính xác về mẫu thiết kế vềkiểu dang, chức năng hoạt động cũng như phát hiện các sai sót từ đó hiệu chỉnh và chosản phẩm tốt hơn

Hình 1.2 RP truyền đạt ý tưởng thiết kế1.1.2.2 Tiếp thị sản phẩm

Sản phẩm tạo mẫu nhanh có khả năng thé hiện màu sac, vị trí trong quan lắpchép và thậm chí khả năng làm việc như sản phẩm thật Một sự tiếp xúc trực quan củasản phẩm đối với khách hang thi bao giờ cũng có sức thuyết hơn, giúp giảm thiểu chiphí giới thiệu sản phẩm mới cho nhà dau tư, tăng độ tin cậy của khách hang trong lựa

chọn và định giá sản phâm.

Với những vật liệu thích hợp có độ bên và độ cứng cao, sản phẩm tạo thành cóthé được đánh bóng, sơn phủ hoặc mạ crome dé tạo ra những sản phẩm đẹp mắt

Hinh1.3 San pham được chế tao từ nhựa ABS theo công nghệ FDM và được mạ

crome |2]

1.1.2.3 Kiểm tra chức năng làm việc của sản phẩmTrong thiết kế, việc lắp ghép các chi tiết 3D cũng như mô phỏng quá trình hoạtđộng của chỉ tiết trên phần mém thiết kế cũng khó đảm bảo chỉ tiết sản xuất ra có théđáp ứng được các yêu cầu về chức năng làm việc, lắp ghép Trong đó dễ thấy nhất làcác chỉ tiết cam, khớp nối hiện nay công nghệ tạo mẫu nhanh có thé tạo các chỉ tiếtlắp ghép với nhiều mau sắc khác nhau giúp các nhà thiết kế xử lý những van đề trên

một cách nhanh chóng.

1.1.2.4 Trong y học

Phương pháp tạo mẫu nhanh được ứng dụng để chế tạo các mô hình y học, cácbộ phận cần cấy ghép thay thế xương và các công cụ hỗ trợ phẫu thuật

Hình 1.6 Các chi tiết hỗ tro cho con người [2]1.1.2.5 Cung cấp mô hình triển lãm

Với mục đích cung cấp mô hình cho tham quan triển lam, phương pháp tạo mẫunhanh kết hợp với công nghệ 3D scanning để quét lay các biên dạng hình dáng cácmẫu vật, đặc biệt là các mẫu vật trong lĩnh vực khảo cô học Việc tạo ra các mẫu vậttrong khảo cổ giúp trưng bày các mẫu nay mà không ảnh hưởng đến việc bảo tồn

chúng.

Với các mô hình kiên trúc, tượng đài, các nhân vật lịch sử, phương pháp tạomâu nhanh cho phép tạo ra các mâu triên lảm một cách nhanh chóng hơn nhiều so với

người lái cỡ nhỏ, các loại súng

Hãng Stratasys Ltd vừa đưa ra thông báo về việc Công ty chế tạo các hệ thốngđiều khiển từ xa, Survey Copter, đã ứng dụng thành công công nghệ in 3D trong quátrình sản xuất các mô hình mẫu và những chi tiết có cau tạo nhỏ dé sản xuất các hệthống máy bay không người lái (Unmanned Aircraft Systems-UAS) [2]

Hình 1.8 Máy bay không người lái [2]

1.1.3 Các phương pháp tao mẫu nhanh điển hình hiện nay

Hiện nay có nhiều phương pháp tạo mẫu nhanh đã được nghiên cứu và ứngdụng thành công Dưới đây là một số phương pháp tạo mẫu nhanh cơ bản và ứng dụng

rộng rãi.

- Phuong pháp SLA (Stereolithography apparatus) Phương pháp SLAlà phương pháp sử dụng vat liệu dang lỏng, nhạy sang và đông đặc

dưới tac dụng của nguồn laser Phương pháp SLA cũng là phươngpháp chế tạo sản phẩm theo lớp (LM), sau khi một lớp sản phẩmđược đông đặc, dưới tác dụng của nguồn laser, một lớp khác sẽ đượcphủ lên bề mặt lớp vừa đông đặc và quá trình sẽ lặp lại cho đến khikết thúc quá trình tạo mẫu

liquid photopolymer resin

platform

Hinh 1.9 Phuong phap tao mau nhanh SLA [21]

- Phuong phap SGC (Solid Ground Curing) cting la phuong phap lam

khô cứng từng lớp Khác với SLA, ở đây không sử dụng nguồn laserđiểm mà dùng chùm tia cực tím chiếu lên toàn bề mặt đã được chechắn qua một mặt nạ (mask) Phần vật liệu hở sáng sẽ đông cứngthành một lớp Mặt nạ là một tắm phim âm bản của tiết diện được cắt

Liquid polymer(current layer)

Wax Piatiorm

Hinh 1.10 Phuong phap tao mau nhanh SGC [22]

- Phuong pháp LOM (Laminated Object Manufacturing) dùng vat liệu

dang tam có phủ keo dính (chủ yếu là giấy nhưng cũng có thé dùngtam nhựa, tam kim loại V.V.) Nguồn Laser tạo ra từng lớp mặt cắt

bang cách cat tam vat liệu theo duong bién cua mat cat vat thé Caclop mat cắt được dan lần lượt chồng lên nhau nhờ hệ thống con lăn

Previouslayer

Material———>KS r

sheet da

| Mefi

Material yp Í Ỉ

supply roll 7Si Ñ Layered part

and support materialPlatform

Hinh 1.11 Phuong phap LOM (Laminated Object Manufacturing) [22]

- Phuong phap SLS (Selective Laser Sintering) la phuong phap thiéu

két bang tia Laser Sau khi con lăn trai ra trên mặt ban công tac, mộtlớp bột với chiều dày đã định trước, nguồn Laser sẽ quét phủ trên bềmặt cần tạo lớp, ở vùng đó các hạt vật liệu sẽ dính kết vào nhau tạothành một lớp Mỗi bước di chuyển thang đứng của hệ thống truyềnđộng sẽ hình thành ra lớp tiếp theo

Powder fee:

suppl

Powder feed pistonBuild chamber -

Powder feed supply

Build piston Copyright © 2008 CustomPartNet

Hinh 1.12 Phuong phap tao mau nhanh SLS [22]

- Phuong pháp 3D Printing hoạt động theo nguyên tac in “phun mực”

Một loại mực keo đặc biệt được phun lên lớp bột nhựa đã được trải

phăng và hoá cứng Như thế ,chúng đã tạo ra một lớp và từng lớp dầndần tạo ra vật thé

- Phuong pháp tạo mẫu nhanh FDM: Công nghệ tạo mẫu nhanh theo

phương pháp FDM là phương pháp tạo mẫu theo từng lớp giống cácphương pháp tạo mẫu nhanh khác nhưng sử dụng vật liệu nhựa nhiệtdẻo dạng răn Vật liệu được nung đến trạng thái nóng chảy và đùnqua đầu phun Mỗi lớp vật liệu thường được đùn theo hướng vuônggóc hoặc chéo nhau để gia tăng độ bền Mỗi lớp vật liệu đùn xong,

er Liquid adhesive supply

\ Inkjet print head

Powderfeed supply

Build pistonBuild chamberPowder feed piston

Copyright © 2008 CustomPartNet

Hình 1.13 Phuong pháp 3D printing [22]

ban may sé ha xuống một đoạn dé chuẩn bị tạo mẫu lớp tiếp theo

VAT LIEU TAO HỆ THONG ĐỠ CHI TIẾT

VAT LIỆU TẠO MAU

Hình 1.14 Phương pháp tạo mẫu nhanh FDM [23]

1.2 Giới thiệu về công nghệ tao mẫu nhanh FDM

1.2.1 Giới thiệu công nghệ tạo mẫu nhanh FDMCông nghệ tạo mẫu nhanh theo công nghệ đùn FDM được sáng chế bởi S.Scott Crump vao năm 1989 với số Patent số US5121329 [5] và được thương mạihóa vào năm 1992 bởi Stratasys Inc Thị trường của sản phẩm từ công nghệ FDMrất rộng lớn vì phạm vi áp dụng của công nghệ tạo mẫu nhanh rộng như trong các

ngành công nghiệp nhựa, khuôn mau, 6 tô, xe may, ti vi, tủ lạnh, máy tính, điện

thoại và những doanh nghiệp có nhu cau phát triển sản phẩm mới

Phương pháp tạo mẫu nhanh FDM tao ra sản phẩm không “tinh xảo” bangcác phương pháp khác Tuy nhiên, với công nghệ đơn giản, kết câu không phứctap, khả năng tạo mẫu với vật liệu nhựa có độ cứng cao, giá thành hệ thống máytương đối thấp, đồng thời khả năng tạo ra các mẫu với thé tích lớn, tạo mẫu nhanhtheo công nghệ FDM sẽ là một trong 10 công nghệ được hướng đến theo dự đoán

của Wohlers Report 2008.1.2.2 Nguyên lý hoạt động chung công nghệ FDM

—

Lai aeCon the Ge

Hình 1.15 Nguyên lý công nghệ tao mẫu nhanh FDM [3]

Quá trình tạo mẫu trên máy FDM được thực hiện qua ba chuyển động chínhtheo ba phương x, y, z của hệ thống truyền động Dau đùn di chuyển theo haiphương x, y và phương z là phương chuyển động lên xuống trong quá trình đùn

hình 1.15.

Vật liệu tạo mau và vật liệu đỡ được dẫn đến dau đùn bang hệ thống cấp liệu,tại đây vật liệu được nung nóng đến trạng thái nóng chảy va din tạo ra sản phẩm.

Quá trình dun san phẩm có sự xen kẽ giữa vật liệu tạo mẫu và vật liệu đỡthay phiên nhau theo sự điều khiến cho trước Vì tính chất không giống nhau nênhai loại vật liệu được gia nhiệt bằng hai thiết bị gia nhiệt riêng nhưng có thé đượctích hợp trên cùng một đầu đùn Sau khi hoàn thành quá trình đùn, vật liệu đỡđược tách khỏi sản phẩm

1.2.3 Đặc điểm công nghệ tạo mẫu nhanh FDM

Ưu điểm:- Công nghê FDM tạo mẫu tương đối nhanh, quá trình nung vật liệu đến

trạng thái nóng chảy không cần nguồn laser dé thiêu kết như những

phương pháp khác

- _ Nguôn vật liệu tương đối đa dang va quá trình gia công không gây độc

hại, không phát sinh các phản ứng phụ khác Không dùng ánh sáng laserhay phản ứng hóa học nên có độ an toàn hơn và thân thiện hơn.

- Vat liệu chỉ bi nung nóng đến trạng thái nóng chảy sau khi nguội vẫnkhông thay đôi đáng ké các tính chat; do đó, vẫn giữ được những đặctính tốt của vật liệu sử dụng

- Vat liệu đa dạng nên thuận lợi cho việc lựa chon vật liệu phù hợp với

mục đích sử dụng như môi trường hóa chất, nhiệt độ - Vat liệu đỡ được tach ra một cách dễ dàng nhờ dung môi hay dùng thiết

bị siêu âm hoặc vật liệu đỡ đơn giản có thể được tách ra bằng tayVật liệu sử dụng hoàn toàn có thể tái chế

Nhược điểm:

- Tuy chủng loại vật liệu đa dạng nhưng đòi hỏi phải tương thích với từng

loại đầu đùn vì mỗi loại vật liệu sẽ có hệ số nhiệt khác nhau nên mỗidòng máy FDM chỉ sử dụng được một vài loại vật liệu nhất định

1.3 Tinh cấp thiết của dé tai.

Hiện nay công nghệ FDM trên thế giới đang phát triển với tốc độ rất nhanhchóng với doanh số hằng năm không ngừng tăng Theo tạp chí Wohlers Report 2011thì tương lai của nên tạo mẫu nhanh không chỉ dừng lại ở khái niệm tạo mẫu mà sẽphát triển thành nền sản xuất nhanh ( Rapid manufacturing) với những cải tiến đáng kểcác yếu tô kỹ thuật để FDM không chỉ để tạo mẫu mà còn có thể chế tạo các sản phẩmmột cách đại trà Tuy nhiên cho đến thời điểm hiện tại việc nghiên cứu và phát triển

công nghệ FDM ở Việt Nam vẫn chưa tạo nên một bước đột phát và dừng ở mức độ

khai thác thiết bị mà chưa nghiên cứu thiết kế và chế tạo thiết bị tạo mẫu nhanh, hoặcnếu có cũng chỉ ở dạng mô hình chưa có ứng dụng vào thực tế

Nhiều nghiên cứu về các phương pháp tạo mẫu nhanh nói chung vả tạo mẫunhanh băng công nghệ FDM nói riêng nhằm ứng dụng trong y học và quân sự mang lạihiệu quả và lợi nhuận cao Đặc biệt là những nghiên cứu gần đây cả trong nước vả trênthế giới với việc tạo ra các hình dạng phức tạp của sản phẩm đã thé hiện nhu cầu cao

về các sản phầm của công nghệ này hiện nay.

Ở các nước khác tao mâu nhanh được xem như là một môn học trong các

trường đại học và được nghiên cứu rông rãi như chương trình Rerap Trong khi ở nướcta van chưa phô biên rộng rãi lĩnh vực nay.

Trước tính hình đó việc nghiên cứu thiết kế máy tạo mẫu nhanh FDM được đặtra là cấp thiết, một trong những thành phan cơ bản và quan trong trong máy tạo mẫunhanh FDM là nghiên cứu các thông số về quá trình đùn, thiết kế hệ thống truyềnđộng, khung máy với sự tối ưu Do đó việc Nghiên cứu thiết kế hệ thong truyện độngmáy tạo mẫu nhanh FDM được đặt ra dé giải quyết nhu cầu này

1.4 Mục tiêu cua luận văn

Mục tiêu của luận văn là năm vững công nghệ tạo mẫu nhanh FDM, nghiên cứuquá trình đùn vật liệu, thiết kế hệ thống truyền động, khung máy

1.5 Nội dung thực hiện luận văn

Dé dat được mục tiêu cân đê ra, luận văn cân có những nội dung như sau :

Nội dung 1: Nghiên cứu khảo sát trang thiết bi, vật liệu, thong số công nghệcủa công nghệ tạo mẫu nhanh FDM.

Nội dung 2: Nghiên cứu lựa chọn phương án thiết kế hệ thống cơ khí máy tạomẫu nhanh FDM

Nội dung 3: Nghiên cứu quá trình đùn vật liệu trên máy FDM tại đầu đùn, rútra các thông số cân thiết để thiết kế hệ thống truyền động phù hợp

Nội dung 4: Tính toán và thiết kế các cụm chỉ tiết máy FDM (Cụm truyền

động khung máy ).

Nội dung 5: Mô phỏng hệ thống truyền động, khung máy dưới tác dụng củanhiệt độ môi trường làm việc về chuyển vị, ứng suất va rung động của máy

FDM.

1.6 Phương pháp nghiên cứu

- Co sở lý thuyết phương pháp tạo mẫu nhanh.- Áp dụng các kỹ thuật thiết kế và phần mềm thiết kế cơ khí cho kết cau

máy và chỉ tiết máy trong luận văn- Ap dụng cơ sở lý thuyết chỉ tiết máy và thiết kế máy trong luận văn- Ap dụng phương pháp phân tích phan tử hữu hạn trong mô phỏng dòng

chảy, mô phỏng chuyền vị, ứng suất và dao động của máy- Su dụng một số bài báo khoa học, một số luận văn, các phát minh đã công

bó dé phân tích lựa chọn phương án thiết kế

CHUONG 2: PHUONG AN THIET KE HE THONG TRUYEN DONG

MAY TAO MAU NHANH FDM

May tạo mẫu nhanh FDM là sự kết hop của co khí, điện tử va công nghệ thôngtin Cau trúc chung của một máy FDM gồm bốn phan chính: Phan truyền động phan

khung máy, cum cap liệu và cụm dau dun.

Cum truyền 2dene Z1

Khung máy

Hình 2.1 Cấu trúc của máy FDM [2]Cụm truyền động: Thực hiện các chuyển động x,y,z của máy FDM, đảm bảođộ chính xác về chuyển động phù hợp với yêu cầu của sản phẩm đề ra

Cụm khung máy: Tạo nên hình dạng bên ngoài của máy FDM, chứa toàn bộ

thiết bị, hệ thống bên trong

Cụm đầu đùn: Một bộ phận quan trọng của máy FDM, cụm đầu đùn bao gồmbộ phận cấp liệu, bộ phận dẫn hướng, thành phan gia nhiét va dau phun

Cụm cấp liệu máy FDM: Bao gồm các hộp cấp liệu chứa vat liệu va hệ thống

truyền động cap liệu tới dau dun của máy.

Mục tiêu của chương hai là đưa ra tổng quan về các nghiên cứu máy FDM đãđược công bố, đưa ra những phân tích đánh giá lựa chọn phương án thiết kế máyFDM, đưa ra mô hình thiết kế, thiết kế sơ bộ hệ thống truyền động và khung máy.2.1 TONG QUAN VE MAY FDM

Máy FDM đầu tiên được nghiên cứu bởi S Scott Crump năm 1989 và thươngmại hoá sản phẩm năm 1992 Từ đó đến nay, máy FDM không ngừng được phát triểnvới nhiều kiểu dáng, mẫu mã, và chất lượng sản phẩm ngày một nâng cao do sự tối ưuvề thông số công nghệ cũng như vật liệu đùn ngày càng được hoàn thiện

Các công trình nghiên cứu về hệ thống truyền động, khung máy của máy FDMđược thé hiện qua:

a) Nghiên cứu của S Scott Crump với patent số US5121329, [5]

Đây là một trong những nghiên cứu đầu tiên về công nghệ FDM, trong nghiêncứu này tác giả sử dụng 03 động cơ bước điều khiến 03 trục truyền động xyz như hình2.2 và hình 2.3 Trong nghiên cứu này tác giả lắp đặt cụm đầu đùn di chuyển theophương thắng đứng bởi động cơ 32 và trục vít 30 Bàn máy của máy sẽ thực hiệnchuyển động theo hai phương xy.

Ưu điểm:- Trong thiết kế này máy FDM có kết cau khá đơn giản, dễ chế tạo và máy có chỉ

phí thấp, thuận lợi cho việc phục vụ nghiên cứu

Nhược điểm:

- May cho sản phâm có kích thước nhỏ va hạn chê chiêu cao của sản pham vì có

hành trình trục z tương đối ngănb) Nghiên cứu của William J Swanson và các cộng sự với patent số

US6722872, [6|

Máy FDM được nghiên cứu sử dụng kết cau khung máy bang thép, truyền độngtrục xy là truyền động đai qua hệ thống pully dẫn phức tạp Sử dụng 03 động cơ truyềnđộng xyz, trong đó trục z được dẫn động bằng hai trục vít đặt hai bên máy thông quadây đai 42 nối với động cơ 04 trục dẫn hướng đặt hai bên bàn máy dẫn hướng chochuyền động lên xuống của bàn máy 16 như hình 2.4

Hình 2.4 Mô hình nghiên cứu cuaWilliam J Swanson

Cụm truyền động xy dẫn động bằng đai có mô hình lắp ráp như hình 2.4 Mỗidây dai được có định ở hai dau, thông qua hệ thông pully được bồ trí hợp lý động cơ

dẫn động cho cụm đầu đùn di chuyền

Ưu điểm:e Khung máy được chế tạo từ thép kết cau, dễ gia công chế tạo, lắp ráp Ban

máy được nâng hạ băng hai trục vít me thông qua dây đai dẫn chung tạonên sự cân bang và đồng đều trong chuyển động

e Duông máy khép kín và được gia nhiệt ở nhiệt độ 70°C tạo điều kiện tốt choquá trình liên kết giữa các lớp vật liệu đùn

Nhược điểm:Đai trơn dẫn động hai trục vít dễ có hiện tượng trượt đai khi sản phẩm có kíchthước và khối lượng lớn

c) Nghiên cứu được thực hiện bởi S Scott Crump với patent số US7942987[7]

Controller

\ 738

L

F¬,38 ms

Cụm truyền động xy dẫn động bang hai động cơ 36 và 34 thông qua dây đai66 và 76 cùng hệ thông pully dẫn tạo chuyền động trượt trên thanh dẫn 58 và trục dẫnhướng 70 được cho trên hình 2.7 Trong đó, chuyển động phương y được dẫn động dai

76 theo một vòng tròn khép kín, chuyển động phương x được thực hiện băng đai 66được cô định hai đầu và dẫn động bằng động cơ 36.

động và thừa vì thường sản phẩm đùn có kích thước và khối lượng không lớne Dùng dai tron trong dẫn động trục xy cần có lực căng đai lớn, dễ xảy ra hiện

tượng trượt trơn làm mất độ chính xác truyền độngd) Nghiên cứu của Robert L Skubic và các đồng sự với patent số

US20100100222{8|

Nghiên cứu đưa ra mô hình máy FDM có dạng hình hộp, hộp cấp liệu đặt hai bênmay, trục dẫn trục x 16 đỡ đầu dun 18 được chỉ ra như trong hình 2.8 Bàn maychuyển động theo phương thăng đứng được truyền động bằng động cơ thông qua dairang dẫn động hai trục vít me 28a, 28b theo phương thăng đứng nhờ hai trục dẫn

hướng 30a, 30b cho như hình 2.9.

x FIG 2

Hình 2.9 Phuong án truyền động trục z trong nghiên cứuĐiểm đặc biệt được trình bày trong nghiên cứu này là lap một tam dé đỡ sảnphẩm có khả năng hiệu chỉnh để tạo độ phang của tim dé với các chốt hiệu chỉnh 36

như hình 2.9

Uu điểm:e Máy có độ cứng vững tốt, mang kiểu dáng công nghiệp, có khả năng gia

công được những chỉ tiết lớn.e Ban máy với tắm dé được hiệu chỉnh sẽ cho độ phăng cao đảm bảo độ

thăng cho chỉ tiết đùn.Nhược điểm:

e Máy có kích thước lớn và sử dụng không gian máy chưa hợp lý bởi dé haihộp cấp liệu hai bên

e) Nghiên cứu cia Faruk Yazicio Glu với dé tài "Design and implementation

of a two-axes linear positioning system for rapid prototyping applications",trường đại học MIDDLE AST TECHNICAL UNIVERSITY [9]

Luận văn nghiên cứu hệ thống truyền động XY của máy tao mẫu nhanh, sửdụng dây cáp truyền động dẫn động hai phương xy bằng các động cơ servo và hệthống các pully Hình 2.10 là mô hình khung truyền động trục x của máy đã đượcnghiên cứu Trong mô hình này, dây cáp được cố định ở hai bên khung truyền động.Động cơ servo truyền động qua pully trung gian

Hình 2.10 Truyền động trục x của hệ thống được nghiên cứuHệ thống lắp ghép hoàn chỉnh được đưa ra như trong hình 2.11, nguyên lýtruyền động tương tự như truyền động theo phương x với động cơ servo va dây cap

được cô định hai dau.

Hình 2.11 Mô hình thiết kế truyền động xy trong luận vănUu điểm:

e _ Hệ thống truyền động sử dụng động cơ servo có độ chính xác caoe Kết cau đơn giản cho chi phí thấp, trọng lượng thiết kế nhẹ và thích hợp làm

việc trong môi trường có nhiệt độ và độ âm cao.Nhược điểm:

e Nghiên cứu giới hạn trong thiết kế chế tạo hệ thống truyền động xy, thiếu hệthống truyền động trục z

e Dây cáp sử dụng trong hệ thống cho tải không lớn , điều chỉnh độ căng của dâycáp trong luận văn này là thủ công nên hạn chế độ chính xác của hệ thống.f) Nghiên cứu của Huang, Bin ; Charlton, và các cộng sự với đề tài

"Development of a large scale Fused Deposition Modeling (FDM) machine" Auckland University Of Technology) nam 2011 [10]

-Nghiên cứu đưa ra mô hình máy FDM cỡ lớn kết hợp cùng lúc nhiều đầu đùn, cụmtruyền động xy để tạo ra sản phẩm đùn có kích thước lớn hình 2.12 Sản phẩm đượcứng dụng trong lĩnh vực về kỹ thuật và nghệ thuật, phục phụ tao mẫu cho những chitiết có kích thước tương đối lớn Trong nghiên cứu này mục tiêu là thiết kế máy FDMcho chế tạo kích thước chỉ tiết lên đến 1000x1000x1000mm

x3 3

(a) (b)

Hình 2.13 Mô hình cụm truyền động xy của máy (a) cụm truyền động

đơn; (b) cụm truyền động xy sau khi lắp ghépHình 2.13 (a) cho thấy mô hình bàn máy xy đơn như những máy FDM khác; hình(b) là ban máy xy sau khi đã lắp ghép các cụm truyền động xy với nhau

Mỗi cụm truyền động đơn sẽ mang một đầu đùn, hệ thống điều khiển sẽ điềukhién kết hợp chuyển động cụm truyền động xy, đầu đùn, hệ thống trục z để tạo ra sảnphẩm Hình 2.14 là mô hình kết hợp truyền động của các cụm truyền động xy

Stage | Stage 2 Stage 3

| =a J | —

LL

Stave | build volume AY

Stage 2 build volume

Stage 3 build volume

Hình 2.14 Kết hop các cum truyền động xy của máy FDM cỡ lớnKết luận:

Qua tổng quan về máy FDM, tác giả nhận thấy nguyên lý chung của hệ thôngtruyền động máy FDM là truyền động theo ba phương xyz, truyền động xy mang đầudin chuyên động theo hai phương xy, truyền động thắng đứng theo phương z

Trong các nghiên cứu trên có hai loại động cơ truyền động được sử dụng là động

cơ bước và động co servo Môi loại động cơ có ưu và nhược điêm riêng Trong thiệt kê

sơ bộ, tac gia ưu tiên chọn động cơ bước vi có mach driver đơn giản, giá thành rẻ, có

tính ôn định cao, chịu quá tải tương đối tốt.Các dạng truyền động thường được sử dụng trên máy FDM là truyền động đai,truyền động vít me đai ốc, truyền động dây cáp trong thiết kế sơ bộ va theo sơ dénguyên lý hình 2.15, tác giả chọn đai răng cho truyền động xy của máy và truyền động

vít me đai ôc bi cho cụm truyền động z.

Nguyên lý truyền động trong mô hình thiết kế được thé hiện như hình 2.15, theođó trục truyền động xy sử dụng đai răng Truyền động phương y được dẫn động chungqua trục dẫn động 1 dẫn động hai dai răng thông qua trục dẫn hướng 4 Truyền độngphương x được dẫn động từ động cơ 7 qua đai răng và hai trục dẫn hướng 5 mang đầuđùn di chuyển theo phương x

Truyền động theo phương z được dẫn hướng bởi hai trục 3, động cơ trục z truyềnđộng qua trục vít me 2 dẫn động cho bàn máy di chuyển đọc trục theo phương z

Máy thiết kế có các thông số sau:- Kích thước sản phẩm: 200x200x300mm

- Kích thước máy: 960x850x1300mm- Hành trình trục x: 500mm

- Hành trình trục y: 500mm- Hành trình trục z: 400mm

- Vận tốc đùn: 20-50mm⁄s, vận tốc chạy không 100mm/s, gia tốc 1m/s Chuyểnđộng nhỏ nhất của hành trình trục z là 0.1mm

2.2 Vật liệu đùn trong công nghệ FDM

Vật liệu sử dụng trên máy FDM gồm có hai loại là vật liệu tạo mẫu và vật liệuđỡ Vật liệu tạo mẫu là vật liệu tạo thành sản phẩm sau quá trình gia công, vật liệu đỡsẽ được gỡ bỏ bằng nhiều phương pháp khác nhau

Tính chất của vật liệu tạo mẫu và vật liệu đỡ hoàn toàn không giống nhau, quátrình gia nhiệt cũng không giống nhau Vật liệu tạo mẫu có độ liên kết tốt, độ bền vàđộ dai cao để cho sản phẩm đùn tốt, vật liệu đỡ là vật liệu sẽ bị loại bỏ sau khi đùnxong nên không can làm bang vật liệu có chất lượng và đất tiền nhưng phải đảm bảoyêu cầu cho việc tách khỏi vật liệu tạo mẫu dễ dàng, đủ độ cứng vững để đỡ vật liệu

tạo mâu và có tôc độ đông cứng nhanh hơn vật liệu tạo mâu.

2.2.1 Vật liệu tao mầu

Trong công nghệ máy FDM vật liệu tạo mẫu được sử dụng là các loại vật liệu

nhựa nhiệt dẻo, các loại nhựa nhiệt dẻo đang được sử dụng là nhựa ABS, PP, PE, PC,PLA

Trong công nghệ FDM hiện nay vật liệu tạo mẫu ABS được sử dụng hết sứcrộng rãi nhờ tính năng ưu việt về độ bèn và độ chính xác cao của sản phẩm, hãngStratasys đã chế tạo nhiều loại sản phẩm nhựa ABS sao cho phù hợp với từng dòng

máy FDM.

Hình 2.17 Sản phẩm từ nhựa ABS trên công nghệ FDM [2]

- Nhựa ABS: Được trùng ngưng từ ba loại monomer: Acrylonitrile, butadiene

và styrene, là loại nhựa nhiệt dẻo có tính khang hoá chát, ôn định nhiệt độ cao, dé giacông Đặc điểm nỗi bật của nhựa ABS là có độ cứng, ran nhưng không gon, có độ chịunhiệt tốt và có giá tương đối thấp

- Nhựa ABSplus: La một loại nhựa thân thiện với môi trường, có tính hut âm,

độ co rút thấp và có độ bên cao hơn 40% so với nhựa ABS sốc

- Nhựa ABS-M30: Bên hơn từ (25-70)% so với nhựa ABS, có độ bền kéo, bềnnén và độ dẻo dai cao hơn vật liệu ABS Một trong những đặc điểm nổi bật của vậtliệu ABS-M30 là có độ liên kết giữa các lớp đùn tốt hơn vì vậy có thé cho ra các sảnphẩm đùn bền hơn Thêm vào đó, đây là loại vật liệu có tính linh hoạt tốt, dễ dàng hơntrong việc tạo hình giúp sản phẩm dun có kích thước chính xác hơn.

- Nhựa ABS-M30i: Là loại vật liệu có sự tương thích sinh học, phù hợp với môi

trường theo tiêu chuẩn ISO 10993 Là loại vật liệu thích hợp cho chế tạo các sản phẩm

liên quan đến ngành dược và thực phẩm Bản thân loại nhựa này khi chế tạo đã được

khử trùng bằng tia gamma hoặc etylen oxit (Ethylene oxide — EtO)

- Nhựa ABSi: Là loại vật liệu được phát triển bởi công ty Redeye, có độ trong

suốt cao hơn vật liệu ABS sốc, đây là một loại vật liệu lý tưởng để chế tạo đèn đuôi xe

ô tô, đặc trưng của loại vật liệu này là sự hoà trộn giữa tính cơ học và tính thâm mỹ.Các màu sắc có sẵn là đỏ và vàng mờ

- Nhựa PC-ABS (polycarbonate acrylonitrile buta-diene styrene) Là loại nhựa

kết hợp được hai tính chất ưu việt của nhựa PC và nhựa ABS Đó là độ bền cơ họccao và khả năng chịu nhiệt tốt của nhựa PC, cũng như có tính năng tạo bề mặt tốt củanhựa ABS (Làm tỉnh sản phẩm sau khi đùn) Có khả năng chịu tác động mạnh nhất

trong các loại nhựa được đùn trên máy FDM.

- Nhựa PC-ISO: Là loại nhựa phù hợp với môi trường va sinh hoc, cũng thường

được dùng trong ngành y tế và thực thắm nhưng so với nhựa ABS-M30i thì có độ bêncao hơn và có tính khử trùng tốt hơn

- Nhựa PPSF/PPSU (polyphenylsulfon): Là loại nhựa có độ bên hoá học tốt

nhất trong tất cả các loại vật liệu trên máy FDM do tính chất cơ học tốt và bền Sản

phẩm nhựa được khử trùng băng nôi hap, tia EtO, plasma hoặc bức xạ Sản phẩm nàythường được sử dụng cho các sản phẩm mang tính an toàn hoá chất hoặc môi trường

nhiệt độ cao.

- Nhựa ULTEM 9085: Loại nhựa này được phát triển một cách riêng biệt cho

ngành công nghiệp vũ trụ, công nghiệp tàu thủy hoặc những ngành công nghiệp

chuyên biệt khác Là một loại vật liệu rất bền, nhẹ và có tinh chống cháy tốt, thường