Đồ án môn học nhập môn về kỹ thuật Đâ tài chà t¾o máy khàc laser mini

Nhóm tác giả cùng gianh loi cam on sau sac dén ba, me, gia đình đã luôn ung hộ, động viên và tạo mọi điều kiện từ vật chất đến tinh thần dé nhóm tác giả có thê hoàn thành tốt dự án này.

ĐẠI HâC QUỆC GIA TP.HCM

TRƯàNG ĐẠI HâC BACH KHOA

KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỤ

DO AN MON HOC NHAP MON VE KY THUAT

DE TAI CHA TAO MAY KHAC LASER MINI

GVHD: Ths Ha Thanh Phương

Nhóm: 5

TP Hà CHÍ MINH, tháng 01 năm 2021

ĐẠI HâC QUỆC GIA TP.HCM

TRƯàNG ĐẠI HâC BACH KHOA

KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỤ

DO AN MON HOC NHAP MON VE KY THUAT

DE TAI CHA TAO MAY KHAC LASER MINI

TP Hà CHÍ MINH, tháng 01 năm 2021

LaI CAM ON

Lời đầu tiên, nhóm tác giả xin gửi lời cảm ơn tất cả mọi người xung quanh đã giành sự

quan tâm đến sản phẩm của nhóm

Nhóm tác giả cùng gianh loi cam on sau sac dén ba, me, gia đình đã luôn ung hộ, động

viên và tạo mọi điều kiện từ vật chất đến tinh thần dé nhóm tác giả có thê hoàn thành tốt

dự án này

Nhóm tác giả xin chân thành cảm ơn các thầy, cô Trường Đại học Bách Khoa Thành

Phó Hỗ Chí Minh đã truyền dạy những kiến thức hết sức quí báu để nhóm tác giả có thê

vận dụng hoàn thành đề tài này Cảm ơn các thây, cô trong bộ môn Nhập môn Kĩ Thuật

đã tạo ra môi trường thỏa sức sáng tạo cho sinh viên, đồng thời giúp nhóm tác giả có thể

hình dung công việc của một người kĩ sư trong tương lai

Nhóm tác giả xin gửi lời cảm ơn đặc biệt dành tặng cho cô Hỗ Thanh Phương, người đã trực tiếp hướng dẫn và đóng góp ý kiến cho nhóm tác giả Cô đã tìm ra những lỗi sai dé

giúp cho sản phẩm hoàn thiện hơn đồng thời động viên, khích lệ tỉnh thần cho nhóm tác giả hoàn thành dự án lần này

Cuối cùng, xin cảm ơn các thành viên trong nhóm tác ø1ả hỗ trợ động viên, khích lệ tinh

thần lẫn nhau Mặc dù tình hình dịch bệnh, các thành viên không thể gặp trực tiếp nhau

nhưng các thành viên vẫn luôn làm việc hết sức đê có được thành quả như ngày hôm nay

Thành phố Hồ Chí Mình, ngày 1, tháng 1, năm 2022

NEI DUNG TOM TAT

Chúng ta đang bước vào thời kì công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước với nhiều thuận

lợi và khó khăn Sự phát triển nhanh chóng của Cách mạng khoa học kĩ thuật, đã đặt ra nhu cầu khắt khe hơn dành cho các sản phẩm tạo ra không chỉ bền mà còn phải đẹp, bắt mắt người dùng Chính vì vậy, công nghê khắc laser đã và đang được ứng dụng trong hân hết mợi nghành nghề ,mọi lĩnh vực trong đời sống Sản phẩm sử dụng công nghê khắc laser có thể kế đến như: Tranh 26, biến hiệu, khắc kim loại, khắc thủy tĩnh, khắc họa tiết lên vải

Công nghê khắc laser được hiểu là sử dụng máy chiếu các chùm tia laser hội tụ lại một điểm, làm gia tang năng lượng đốt cháy bề mặt Từ đó có thê khắc trên mọi loại vật liệu với độ chính xác rất cao trong thời gian ngắn, đem lại năng suất và chất lượng cao, làm giảm giá thành sản suất dé dàng tiếp cận với đa số người dùng Máy có thê tạo ra những hình có độ phức tạp khác nhau tùy theo người sử dụng và người dùng có thể thỏa sức sáng tạo đề tạo ra những tác phẩm độc đáo

Có lẽ vì những đặc điểm trên nhóm tác giả đã chon dé tài “ Chế tạo máy khắc laser mini

” để thử sức mình và có thê tạo ra những tác phâm dành tặng cho người thân, thầy cô,

bạn bè Trong quá trình thực hiện dưới sự hướng dẫn của cô, nhóm tác giả đã cô gắng hoàn thành tốt nhất đề tài này, những vấn còn nhiều sai sót Rất mong sự đóng góp ý kiên của cô và các bạn đê sản phâm ngày một hoàn thiện hơn

MỤC LỤC

1,3 Ké hoach nghi8n CU .c.cccssecsssesssssssssesssessssssesssesssssseessessesssessecseessessecseenseesseess 1

CHƯƠNG 1: TANG QUAN 20 ccc cssesssesssessesssesssesssessesseessesseteseessessesseensteseesseeseees 4

1.1 Tông quan về kỹ thuật ÏaSer: -22- ©2255 ©22+Ex+SEE+EEESEEtEEESEESrxerkrsrkrrrrees 4

CHƯƠNG 2: CÁC CHI TIÀT CỦA KHUNG MÁY . -2-©2cc-c2 7 2.1 Các chỉ tiết và khung máy hoàn chỉnh : 2-2: ©52©52©5222£2SS22E£2EE+£Ezxzcs2 7 CHUONG 3: THIAT KA HE THỆNG ĐIỆN ĐIÊU KHIỂN 10

3.1 Sơ đồ điện máy khắc laser mini: © 2© 2©22+SE+EE+EE+EE+EE2EE2EEEEerkrrkeee 10 Tọng kÁt 0/1010.72202225 19

CHUONG 4: PHAN MEM DIEU KHIEN, THU NGHIEM, KIEM TRA DE CHINH XAG eos cccccecsesssssssssesessssesssscsssessvesssessssesssesstesseessstesstesseesseessseeseeenseensees 20

4.1 Lap trinh diéu khién may khac laser cho mét s6 déi tong dién hinh: 20

1 KÁt 0E PP 24

2 KiÁn nghá: -2-©2- 2s 2222 221221121122112211211211121121121112111111212 122121 ye 24

DANH MỤC BÀNG BIÊU

Bảng 1 Phân chia công VIỆC - G55 S5 S112 23231191123 11111 H1 HH HT HH hư

DANH MỤC HÌNH ÀNH

li 0 Nhì i1 2

Hình 3 : Gia công chùm (1a ÏaS€T Á 5 S5 2411121111121 H1 1H HH hư 4

Hình 4 : Các chỉ tiết khung máyy -2-2-©+¿©2++©E++EEt2EESEESEEerEEerxrrrrerkrrrree 7

Hình 5 : Động cơ bước - cSL S2 TH HH T1 111111 11 11 HH HT HH Hy 8

Hình 7 Bản vẽ lắp máy khắc laser hoàn thiện . 2 2¿+¿©2++cxe+rxsrxesred 9

Hình 8 Khối nguồn . -2¿22-©22+S++SEE+EE2SEE2EEESEEEEEE2EESEE2EEEEE2EE2E.rkecrvee 11 Hình 9 Khối digu khién trumg tm .c ccccccceccceecsesssesssesstesseeseeseesseestesseesteeseeasees 12

Hinh 10 Nguyén If mach Arduino uno lR 5 +5 -S<< + 13

Hình 12 Nguyên lí mạch cnc shield VÃ 5 S5 < Sex 121 H1 1 re 15

Hình 13 _Module điều khiển động cơ bước A4988 -©22©722cc+ccsrceccee 16

in i0 háo mẻ 17

Hình 17 Sơ đồ kết nối cnc shield với arduino ƯNO -+cccccc-ee 18 Hình 18 Sơ đồ kết nối cnc shield voi các modui và thiết bị laser 19

Hình I9 Giao điện của phần mềm Benbox -2-22- 5+ ©2++cxz2zxvcxesrxesreee 20

Hình 20 Biểu tượng Flash 2-©222+¿22E+EE2SEEEEE2EE2EEEEEEEEEEE2EE.EE.ELerrrreg 21 Hình 21 Thiết lập các công kết nối -2-©22-©5¿22++2E22EEt2EESEEeSExerrrsrxesrree 21 Hình 22 Chọn công kết nổi 2- 2¿©2+©22+CESEE+EEESEEE2EESEEE2EEEEEESEEEErerkrrrree 22 Hình 23 Sản phẩm . -2¿©22-©222EE22EESEE22EE22EE221222122112212112112211 21.11 e2 22 Hình 24 Hình ảnh cần khắc nhập vào phần mềm 2- 22 ©222©5z5c5+2 23

Hình 25 Hình ảnh được khắc lên vật liệu -2+2+E++E+E+E+ESEE+E+E+Eererereerereres 23

PHÀN 1: Mâ ĐÀU

1.1 Đặt vạn đề

Trong sự tò mò và đam mê nghiên cứu thiết bị điện tử, nhóm tác giả muốn thực hiện

một đề án nhỏ dành cho sinh viên năm nhất, với khao khát thử sức mình và mong muốn

được tạo ra một sản pham mang dén su hứng thú của mọi người Trước những điều đó nhóm tác giả quyết định chọn đề tài “Máy khắc laser mini” làm đồ án môn học cho mình

1.2 Mục tiêu nghiên cứu

- Tìm hiểu kiến thức vẻ: linh kiện điện tử,

- Đánh giá mức độ hiệu quả sau khi hoàn thành đề tài

- Tìm ra những nguyên nhân, yếu tố dẫn đến hạn chế của đề tài

- Đề xuất một số biện pháp và kiến nghị đê hoàn thiện và phát triên đề tài

1.3 KÁ hoạch nghiên cứu

1.3.1 Nệi dung nghiên cứu

Do thời gian nghiên cứu vé dé tai còn han ché nén dé tai chi tap trung ché tao ra san

pham

1.3.2 Phan céng céng viéc

Nguyễn Đình Lương | Lịn vật liệu,

1.3.2 Thái gian nghiên cứu

Bảng Ï Phân chia công việc

Đề tài được tiền hành nghiên cứu trong thời gian từ 03/12/2021 đến 05/01/2022

Tim hiéu vé dé tai

« Tim hiểu về cấu tạo

Hình 2 Các hoạt động nhóm

PHÀN 2: NỆI DUNG

CHƯƠNG 1: TâNG QUAN

1.1.1 Gia công chùm tỉa laser là gì?

Laser được sử dụng như một dụng cụ dùng để phát ra tia năng lượng tập trung rất mạnh Gia công chùm tia laser là một quá trình xử lý nhiệt Và trong đó thì tia laser có nhiệm

vụ là làm nóng chảy và bôc hơi vật liệu

Hình 3: Gia công chùm tia laser

May tia laser là loại máy cắt bằng tia sáng, chúng được hoạt động theo chế độ xung Năng lượng xung của nó không quá lớn Tuy nhiên nó lại được hội tụ trong một chùm tia có đường kính khoảng 0,01 mm và phát ra trong khoảng thời gian một phần triệu giây Từ đó tác động vào bề mặt chỉ tiết gia công Và làm nung nóng, làm chảy và bốc hơi các loại vật liệu Tia sáng ấy gọi là tia laze

Quá trình tác dụng của chùm tia laser vào vị trí g1a công được chia thành các giai đoạn như sau:

1 Vật liệu gia công sẽ hút năng lượng của chủm tia laser Sau đó chúng sẽ chuyên các năng lượng này thành nhiệt năng

2 Đốt nóng vật liệu gia công tới một nhiệt độ có thê phá hỏng được các vật liệu đó

3 Phá hỏng các vật liệu gia công vả đây sẽ chúng ra khỏi vùng gia công Cai đoạn nảy sẽ ứng với quá trình truyện nhiệt mà bề mặt tác dụng sẽ luôn luôn thay đôi theo phương tác dụng của chùm tia laser

4 Sau khi chùm tia laser tác dụng xong thì vật liệu gia công sẽ nguội dẫn

1.1.2 Ưu nhược điểm và phạm vi ứng dụng

Lu điểm:

e©_ Không có vấn đề tích điện trong môi trường

cả trong chất lỏng hay chất rắn truyền quang

e_ Có thể gia công tất cả vật liệu

e©_ Không có sự tác dụng lực trực tiếp giữa dụng cụ và phôi

e _ Phù hợp với các công việc cắt vật liệu ceramic và các vật liệu bị phá hủy nhanh

đo nhiệt độ

dạng xung quanh vùng gia công ít

e©_ Thời gian tồn tại của xung gia công ngắn do đó năng suất cao

e_ Có khả năng tạo ra các rãnh rất hẹp

e©_ Chế độ gia công êm hơn các gia công khác

Nhược điểm:

e©_ Hiệu suất thấp

e©_ Khó điều chỉnh công suất ra

e© Khả năng điều chỉnh độ lệch tia kém hơn tia điện tử

e©_ Có kỹ thuật cao, đầu tư lớn

e©_ Sự phá hủy về nhiệt có ảnh hưởng tới phôi.

Pham vi sw dung:

e Trong céng nghiép, laser được sử dụng vào việc han, khoan, cat, tién, phay cac loại vật liệu có độ nóng chảy cao kế cả phi kim

e Cac cae ranh néng, cham khac cac dung cy do va cac chi tiết thép, khắc logo trên

vật liệu kim loại và phi kim

e_ Gia công các chỉ tiết cực nhỏ

e_ Gia công vi laser cho phép cắt ở kích thước rất nhỏ các loại vật liệu như: kim cương, thủy tính, ceramic, polyme mềm mà các phương pháp khác khó gia công e_ Nhiệt luyện, chăng hạn tôi cứng các bề mặt bánh răng hoặc mặt trụ

e_ Cân bằng động lực cho các động cơ chuyên động với các chỉ tiết yêu cầu độ chính xác cao không có lệch tâm của chỉ tiết chuyển động quay việc cân bằng, băng cách cho bay hơi vật liệu thừa làm mắt cân bằng chỉ tiết

khiết của chất lỏng hoặc khí, các sản phâm điện tử

© Tạo các lớp cách nhiệt bằng cách cắt lớp trong kỹ nghệ hàng không, vi tính

điện tử

e©_ Dùng trong công nghiệp dệt may đề cắt một hay nhiều lớp vải

Ngoài ra laser còn được ứng dụng trong y khoa như giải phẫu, điều trị bệnh bong võng mạc mắt, khoan răng, châm cứu Trong cuộc sông hàng ngày thì laser có trong máy in laser, máy photo laser, đo đạc và nhiều ứng dụng khác nữa

CHƯƠNG 2: CÁC CHI TIÀT CỦA KHUNG MÁY

2.1 Các chỉ tiÁt và khung máy hoàn chệnh :

a Khung máy

Hình 4: Các chỉ tiết khung máy

Cac chi tiết khung máy làm bằng nhựa, được in 3D voi dé réng 30% Cac chỉ tiết bao gôm:

+ 1 khung chân có kích thước 120x110mm

+ l tắm phăng đặt vật khắc 60x60mm

+ 1 tấm phẳng gắn các khối điều khiển

+ 2 thanh trục của máy có chiều dài 115mm

+2 thanh có định động cơ bước

+ 1 số linh kiện nhỏ khác để gắn kết các phần linh kiện của máy lại với nhau

b Đệng cơ bưệc

Hình 5: Động cơ bước Động cơ bước được lấy từ các ô đĩa DVD cũ còn sử dụng được của máy tính đề bàn hoặc laptop

Hình 7 Bản vẽ lắp máy khắc laser hoàn thiện

Vi theo dự tính sẽ khắc chỉ tiết có kích thước tối đa là 5050mm nên chúng tôi đã thiết kê phân khung máy có kích thước 60x60mm

© Phần khung máy bao gồm:

CHƯƠNG 3: THIÀT KÀ HỆ THỆNG ĐIỆN ĐIÊU KHIỂN

3.1 Sơ đá điện máy khÁc laser mini:

3.1.1 Sơ đá khệi và nguyên lý hoạt đệng căa phÁn điều khiển:

« So da khéi

PC PHAN MEM] MẠCH ĐIỀU KHIỀN ARDUINO

KHEI TIEP NHAN DRIVER

Nguán: làm nhiệm vu câp nguôn lam việc cho toàn khôi điêu khiến

Mạch điều khiến trung tâm: Nhận tín hiệu điều khiến từ máy tính và gửi các tín hiệu

điều khiên đó xuông khôi giao tiép driver

Khéi tiAp nhạn driver: Nhận tín hiệu điêu khiên từ mạch điêu khiên trung tâm và truyền nó xuông các cơ câu làm việc phía dưới

Khệi driver: Nhận tín hiệu điều khiển và phát tín hiệu nhị phân

Các khệi chạp hành: Thực hiện nhiệm vụ đã được giao Khối nảy bao gồm:

- Su dung nguén 12V-5A

- Công suất vào: 110V - 240V , 60Hz

- Điện áp ra: L2V

- Công suất: 240W

- Khéi dieu khiên trung tâm:

như Joytic

General |/O Cac chan I/O Analog l/O

too Nợ

Giắc nạp chương trình cho Atmega328 MCU Dùng nạp Bootloader cho Arduino

Arduino Ủno R3

Hình 9 Khối điều khiển trung tâm

- Su dung vi diéu khién: Atmega328 ho 8 bit

- Điện áp hoạt động: 5V DC

- Tần số hoạt động: 16Mhz

- Dòng tiêu thụ: 30mA

- Số chân Digital I/O: 14 (6 chân hardware PWMI)

- Số chân Analog: 6 (độ phân giải 10 bit)

12

- Khéi tiAp nhan driver:

-*k T7 LÁ 52s 9

Hình 11 Module cnc shield V3

- La board mo réng cua module arduino UNO R3

- Gồm 4 khay cắm module điều khiển động cơ bước

- Điện áp vào từ I2V- 36V

14

- Cac module driver:

Hình 13 Module điều khiển động cơ bước A4988

- Công suất ra lên tới 35V, dòng 2A

- Có 5 chế độ: full bước, 1⁄2 bước, 1⁄4 bước, 1⁄8 bước, 1⁄16 bước

- Tự động ngắt khi quá nhiệt

- Kích thước: 23mmX12.2mmX29mm

- Momen xoan: 1.8kg/em

- Téc dé hoat động: 60 độ trong 0.1 giây

- Điện áp hoạt động: 4.8V(~5V)

- Động Cơ Servo S5G90 góc quay L80 độ

3.1.3 Sơ đá kÁt nệi các khệi điều khiến:

- Sơ đá khệi điều khiến:

ố ` tung |" phan driver “driver | Y âm chấp hành

Hình 17 So dé két noi cnc shield voi arduino UNO

18