Ở Việt Nam hiện nay công nghệ in 3dang dần ược ưa vào ứng dụng trong quá trình sản xuất với các loại máy in 3d achủng loại và nguồn gốc như máy in của Nga, Tây Ban Nha, Ba Lan,... KẾT LU
TỔNG QUAN VỀ MÁY IN 3D HỆN NAY
ĐẶT VẤN ĐỀ
Công nghệ tạo mẫu nhanh (Rapid Prototyping - RP) là một phương pháp sản xuất hiện đại, cho phép tạo ra sản phẩm thông qua việc lập trình gia công trên máy CNC Quá trình này bắt đầu bằng việc xây dựng mô hình CAD 3D trên máy tính, sau đó tiến hành gia công trực tiếp từ dữ liệu của mô hình để tạo ra sản phẩm thực tế.
Với các vật liệu dạng bột, phương pháp gia công truyền thống như tiện, phay và bào không thể tạo ra sản phẩm hiệu quả Thay vào đó, việc áp dụng công nghệ in 3D đã trở thành giải pháp tối ưu để gia công và chế tạo các sản phẩm từ vật liệu này.
3d ể thêu kết vật liệu dạng này thông qua tác dụng nhiệt của ầu ốt laser hoặc thêu kết bằng ầu phun nước,…
Các kỹ sư đã phát triển máy in 3D với độ chính xác cao, cho phép in trên nhiều loại vật liệu khác nhau Công nghệ này giúp giảm thời gian sản xuất và đáp ứng yêu cầu tạo ra các mô hình phức tạp mà các phương pháp truyền thống khó thực hiện.
Tại Việt Nam, máy in 3D công nghiệp đã có mặt trên thị trường nhiều năm, chủ yếu do các công ty thương mại cung cấp Công nghệ in 3D đã mang lại bước tiến lớn cho ngành công nghiệp tạo mẫu nhanh Mặc dù hầu hết các máy in 3D tại đây được sản xuất với công nghệ tiên tiến, nhưng chúng có chi phí cao và thiếu tính linh hoạt trong ứng dụng, chủ yếu phục vụ cho việc sản xuất hàng loạt.
Trong bối cảnh hiện nay, việc chế tạo máy công cụ chính xác với chi phí thấp và tính linh hoạt cao đang trở thành xu hướng quan trọng Nhóm nghiên cứu đã phát triển và điều khiển máy in 3D dạng bột, phục vụ cho nhu cầu in ấn các chi tiết, đồ dùng và quà lưu niệm tại gia đình.
GIỚI THIỆU VỀ CÔNG NGHỆ IN 3D VÀ MỘT SỐ MÁY IN 3D HIỆN NAY
IN 3D HIỆN NAY Định nghĩa và khái niệm
Công nghệ in 3D, hay còn gọi là sản xuất lớp (Additive Manufacturing), là một phương pháp tạo ra các đối tượng bằng cách xây dựng từng lớp một Khác với các kỹ thuật truyền thống như gia công cắt gọt, quy trình in 3D cho phép sản xuất các hình dạng phức tạp và tối ưu hóa vật liệu.
Công nghệ sản xuất ắp dần, theo Hiệp hội vật liệu và thử nghiệm Hoa Kỳ (ASTM), là quá trình tạo ra mô hình 3D bằng cách chồng lớp nguyên liệu lên nhau, khác biệt hoàn toàn với phương pháp cắt gọt truyền thống Trong khi cắt gọt loại bỏ vật liệu từ khối nguyên liệu để tạo ra sản phẩm, sản xuất ắp dần lại sử dụng các nguyên liệu riêng lẻ để tạo hình sản phẩm cuối cùng, tương tự như công nghệ ép khuôn.
Công nghệ in 3D còn được biết đến qua nhiều thuật ngữ khác như công nghệ tạo mẫu nhanh, công nghệ chế tạo nhanh và công nghệ chế tạo trực tiếp Hầu hết những thuật ngữ này đều phản ánh cơ chế và tính chất của công nghệ này.
Lịch sử công nghệ in 3D
Công nghệ in 3D đã ra đời hơn 30 năm, với sự phát triển của thiết bị và vật liệu từ những năm 1980 Năm 1981, Hideo Kodama từ Viện Nghiên cứu Công nghiệp Nagoya (Nhật Bản) đã sáng tạo ra phương pháp tạo mô hình 3D bằng nhựa cứng polymer, kiểm soát diện tích tiếp xúc với tia cực tím qua mô hình lớp Đến năm 1984, Charles Hull, nhà sáng chế người Mỹ, phát triển hệ thống nguyên mẫu Stereolithography, trong đó các lớp được bổ sung bằng cách chữa giấy nến bằng ánh sáng laser Hull định nghĩa quá trình này như một "hệ thống tạo ra các đối tượng 3D bằng cách xây dựng mô hình mặt cắt," tuy nhiên, ý tưởng này đã được Kodama phát minh trước đó Đóng góp quan trọng của Hull là thiết kế định dạng tập tin STL (STereoLithography), hiện được sử dụng rộng rãi trong phần mềm in 3D.
In 1986, Charles Hull invented the Stereolithography process, which creates objects from liquid plastic hardened by laser He later patented the Selective Laser Sintering (SLS) technology, utilizing STL (Standard Tessellation Language) files Hull also founded 3D Systems, which has become one of the largest providers of 3D printing technology today The advantages and disadvantages of 3D printing technology are significant to consider.
Công nghệ in 3D mang lại nhiều ưu điểm nổi bật, bao gồm tốc độ hình thành sản phẩm nhanh chóng so với các công nghệ khác, chi phí đầu tư sở hữu thấp nhất trong lĩnh vực công nghệ tạo mẫu nhanh, cùng với chi phí nguyên vật liệu và sản xuất tiết kiệm Ngoài ra, công nghệ này còn đa dạng về vật liệu chế tạo và ứng dụng, cho phép in các sản phẩm có cấu trúc hình học phức tạp mà không cần giá đỡ, đồng thời dễ dàng trong việc chuẩn bị, sử dụng và bảo dưỡng.
Công nghệ tạo mẫu hiện đại cho phép sản xuất hàng triệu màu sắc khác nhau, từ đó chế tạo các sản phẩm đa dạng về hình dạng, vật liệu, màu sắc, khối lượng và kích thước Điều này giúp tạo ra các chi tiết hoặc sản phẩm thực tế với tỷ lệ chính xác và linh hoạt.
Hiện nay, in 3D vẫn gặp một số hạn chế như tốc độ in chưa đạt tiềm năng tối ưu, kích thước sản phẩm in còn bị giới hạn, độ chi tiết và độ phân giải chưa cao, chi phí vật liệu vẫn còn đắt, và độ bền của sản phẩm in cũng chưa đảm bảo Tuy nhiên, những năm gần đây đã có nhiều tiến bộ nhanh chóng trong việc giảm thiểu những hạn chế này.
Các công nghệ in 3D
1.3.1 Nguyên lý chung của công nghệ in 3D
Để bắt đầu quy trình in 3D, trước tiên cần có một bản thiết kế 3D được tạo ra trên phần mềm CAD, cho phép thiết kế trên máy tính Mô hình có thể được thiết kế trực tiếp hoặc nhập vào từ thiết bị quét laser Sau khi hoàn thiện bản thiết kế, tài liệu STL (Standard Tessellation Language) sẽ được tạo ra, đây là tài liệu quan trọng trong sản xuất 3D, giúp chia nhỏ vật thể thành các đa giác nhỏ hơn để mô phỏng cấu trúc bên ngoài và bên trong Hệ thống sẽ chia thiết kế thành nhiều lớp và chuyển thông tin đến thiết bị sản xuất, sau đó tự động chế tạo vật thể theo từng lớp cho đến khi hoàn thiện Các máy in 3D sử dụng nhiều công nghệ khác nhau, phân loại dựa trên bản chất vật liệu, có thể là vật liệu rắn (nhựa, kim loại, polymer), vật liệu lỏng (nhựa lỏng được cứng lại bằng laser hoặc ánh sáng) hoặc vật liệu dạng bột (bột kim loại, bột gốm).
Sau khi hoàn tất quá trình sản xuất, sản phẩm thường trải qua các bước hoàn thiện như loại bỏ bụi bẩn và các tạp chất bám trên bề mặt Bên cạnh đó, việc thêu kết có thể được thực hiện để lấp đầy các lỗ hổng, hoặc áp dụng các quy trình thẩm thấu nhằm phủ kín sản phẩm bằng các vật liệu khác.
Today, a variety of printing technologies are utilized, each with its own advantages and limitations The main technologies include Selective Laser Sintering (SLS), Direct Metal Laser Sintering (DMLS), Fused Deposition Modeling (FDM), Stereolithography, and Inkjet Bioprinting.
1.3.2 Công nghệ Tạo hình nhờ tia laser (SLA) Đây là công nghệ in 3D xuất hiện ầu tiên và cũng là công nghệ in 3D chi tiết chuẩn xác nhất, có sai số thấp nhất trong các công nghệ in 3D khác Hiện 3D Systems là hãng nắm bản quyền thương mại công nghệ in 3D này Công nghệ in 3D SLA là một công nghệ in 3D vẫn hoạt ộng theo nguyên tắc “ ắp lớp” có ặc iểm khác biệt với các công nghệ khác là dùng tia UV làm cứng từng lớp vật liệu in (chủ yếu là nhựa lỏng)
Công nghệ SLA, tương tự như SLS, sử dụng chùm tia laser hoặc nguồn năng lượng mạnh để làm cứng các lớp nhựa lỏng, tạo nên vật thể 3D Độ dày lớp in SLA có thể từ 0.06 đến 0.1 mm Công nghệ này cho phép chế tạo các sản phẩm 3D từ hình ảnh trên máy tính, giúp người dùng kiểm tra mẫu thiết kế nhanh chóng và chính xác trước khi quyết định đầu tư vào sản xuất hàng loạt.
Về nguyên lý hoạt ộng: Sau khi tập tin 3D CAD ược kết nối dưới ngôn ngữ
STL (ngôn ngữ tessellation) là bước khởi đầu cho quá trình in 3D Nhựa lỏng được phủ lên mẫu thiết kế 3D và được chiếu tia UV để làm cứng lớp nhựa này Sau đó, nhiều lớp sẽ được xếp chồng lên nhau cho đến khi đạt được các chỉ số kỹ thuật đã định sẵn Độ dày của các lớp in 3D SLA có thể dao động từ 0.06mm, 0.08mm đến 0.1mm, tùy thuộc vào nhu cầu in.
Hình 1.2 Mô hình cấu tạo của SLA Ưu iểm:
Công nghệ SLA (Stereolithography) nổi bật với khả năng tạo ra các mô hình 3D có độ chi tiết cao, sắc nét và chính xác Trong số các công nghệ in 3D sử dụng vật liệu nhựa, SLA được xem là công nghệ tốt nhất, mang lại sản phẩm in 3D với độ phân giải và độ mịn vượt trội, đáp ứng nhu cầu sử dụng ngay lập tức.
Vật liệu in 3D khá ắt, sản phẩm in 3D bị giảm ộ bền khi ể lâu dưới ánh sáng mặt trời
Hình 1.3 sản phẩm ược tạo ra từ công nghệ SLA
1.3.3 Công nghệ Thiêu kết lazer chọn lọc (SLS)
Công nghệ này này cũng dựa trên quá trình chế tạo từng lớp nhưng chất polymer lỏng ược thay bằng vật liệu bột
Hình 1.4 Mô hình Công nghệ SLS
Công nghệ SLS hoạt động tương tự như SLA, nhưng sử dụng vật liệu dạng bột như gốm sứ, thép, titan, nhôm, bạc và thủy tinh Tia laser đóng vai trò quan trọng trong việc liên kết các hạt bột lại với nhau Một điểm nổi bật là bột thừa sau quá trình in có thể được tái chế, giúp tiết kiệm chi phí Quá trình tạo lớp có thể sử dụng vật liệu phụ trợ như keo chuyên dụng, có thể thêm màu sắc cho sản phẩm nếu in 3D đa sắc.
Công nghệ SLS (Selective Laser Sintering) là một phương pháp in 3D sử dụng vật liệu dạng bột, trong đó tia laser được sử dụng để nung kết các loại bột khác nhau lại với nhau, tạo ra các mẫu vật rắn SLS đóng vai trò quan trọng trong việc sản xuất các sản phẩm đa dạng, đặc biệt là trong lĩnh vực in 3D với các chất liệu kim loại và gốm.
Phương pháp SLS (Selective Laser Sintering) sử dụng tính chất của vật liệu bột có khả năng hóa rắn dưới tác dụng của nhiệt, như nylon, elastomer và kim loại Quá trình bắt đầu bằng việc trải một lớp mỏng bột nguyên liệu lên bề mặt của xy lanh công tác, sau đó tia laser sẽ hóa rắn phần bột trong vùng biên của mặt cắt mà không làm chảy chất bột, giúp chúng dính chặt tại các điểm tiếp xúc Trong một số trường hợp, quá trình nung chảy hoàn toàn hạt bột cũng được áp dụng Quá trình kết tinh có thể được điều khiển giống như quá trình polymer hóa trong phương pháp SLA Sau mỗi lần hoàn thành, xy lanh sẽ hạ xuống một khoảng cách bằng độ dày lớp kế tiếp, và bột nguyên liệu sẽ được thêm vào để lặp lại quy trình cho đến khi chi tiết hoàn thành Ưu điểm của phương pháp này là khả năng tạo ra các chi tiết phức tạp với độ chính xác cao.
Công nghệ SLS cho phép tạo mẫu từ nhiều loại vật liệu dạng bột như nhựa, kim loại, thủy tinh và gốm, với khả năng tạo ra các hình dạng phức tạp mà không cần vật liệu hoặc cấu trúc hỗ trợ Ban đầu, SLS chủ yếu được sử dụng để tạo nguyên mẫu, nhưng gần đây đã được áp dụng vào sản xuất theo yêu cầu cụ thể, như trường hợp General Electric mua công ty công nghệ SLS để sản xuất bộ phận cho động cơ phản lực thương mại Công nghệ này đặc biệt phù hợp cho việc in các mô hình có thành mỏng và chi tiết cần độ dẻo, cũng như là lựa chọn lý tưởng cho các mô hình lớn hoặc có phần rỗng Về độ mịn bề mặt, SLS cung cấp chất lượng cao hơn so với công nghệ FDM, mặc dù khó phân biệt độ mịn các lớp in bằng mắt thường.
Mô hình kín và có phần rỗng bên trong thường đòi hỏi một lượng vật liệu đáng kể, dẫn đến chi phí đầu tư và vận hành cao Sự phức tạp trong thiết kế cũng góp phần làm tăng chi phí do hao tổn vật liệu lớn.
Hình 1.5 Một số dạng sản phẩm của công nghệ SLS
1.3.4 Công nghệ Mô hình hóa bằng phương pháp nóng chảy lắng ọng (FDM)
Máy in 3D công nghệ FDM hoạt động bằng cách sử dụng nhựa nóng chảy để xây dựng mẫu theo từng lớp, tạo nên cấu trúc chi tiết dạng khối Vật liệu in được sử dụng dưới dạng sợi với đường kính từ 1.75 đến 3mm, được dẫn từ cuộn đến đầu in thông qua chuyển động điều khiển của động cơ servo Khi sợi nhựa được cấp tới đầu in, nó sẽ được làm nóng và sau đó được đẩy ra qua vòi in lên bề mặt in.
Trong công nghệ in 3D FDM, vật liệu nóng chảy được đẩy ra và đầu in sẽ di chuyển theo một biên dạng 2D Độ rộng của đường in có thể thay đổi linh hoạt, cho phép điều chỉnh từ kích thước này sang kích thước khác để đạt được độ chính xác và chất lượng cao trong quá trình tạo ra sản phẩm.
Kích thước vòi ùn dao động từ 0,193mm đến 0,965mm và được xác định dựa trên kích thước của miệng vòi Miệng vòi ùn không thể thay đổi trong quá trình tạo mẫu, vì vậy cần phải phân tích các mô hình tạo mẫu kỹ lưỡng trước khi lựa chọn vòi ùn phù hợp.
Hình 1.6 Công nghệ in 3D FDM
Ứng dụng công nghệ in 3D
Công nghệ in 3D đang phát triển mạnh mẽ, mang lại nhiều lợi ích cho việc chế tạo khuôn mẫu chính xác và dễ dàng hơn Nó đã được ứng dụng rộng rãi trong các lĩnh vực như sản xuất công nghiệp, y khoa, kiến trúc và xây dựng Dưới đây là những lĩnh vực chính mà công nghệ in 3D đang được áp dụng.
Máy in 3D không chỉ hữu ích cho sinh viên kiến trúc, đồ họa và cơ khí, mà còn phục vụ cho các nhà nghiên cứu, kỹ sư, giảng viên và bất kỳ ai có nhu cầu tạo mẫu 3D.
Máy in 3D đang khẳng định vai trò quan trọng trong nhiều lĩnh vực, từ sản xuất công nghiệp đến y học và thẩm mỹ Công nghệ này giúp bác sĩ tạo ra các mô hình bộ phận cơ thể, rút ngắn thời gian hội chẩn và nâng cao độ chính xác trong phẫu thuật Ngoài ra, máy in 3D còn có khả năng in ra các cơ quan thay thế như tay, chân và xương hàm, với mức độ tương thích cao với cơ thể bệnh nhân Trong ngành nữ trang, công nghệ này giúp tạo ra các thiết kế nhanh chóng và chính xác, loại bỏ quy trình truyền thống và mang lại sản phẩm cuối cùng chất lượng hơn.
Hình 1.10 Vỏ ộng cơ ô tô ược in bằng công nghệ in 3D vật liệu bền SLS
Hình 1.11 Tấm lót dày hãng ADIDAS ược làm bằng công nghệ in 3D
Hình 1.12 Mảnh xương sọ in 3D ể cấy ghép
Yêu cầu kỹ thuật ối với máy in 3D dạng bột
Máy móc cần hoạt động ổn định và êm ái, không gặp lỗi trong quá trình gia công Đồng thời, máy lắp ráp phải được thiết kế với công nghệ cao, cho phép dễ dàng tháo lắp, thay thế và bảo trì.
+ Máy sử dụng những chi tiết tiêu chuẩn hóa như bulông, vòng bi, vítme bi nên dễ dàng thay thế và giá thành của máy cũng thấp i
Sản phẩm được thiết kế đẹp mắt với chi phí sản xuất và bảo trì thấp hơn so với các sản phẩm nước ngoài, phù hợp với túi tiền của người tiêu dùng Với phần mềm hỗ trợ trực quan và dễ hiểu, người dùng có thể nhanh chóng làm quen chỉ sau vài giờ tìm hiểu, từ đó sản phẩm trở nên phổ biến và dễ dàng được sử dụng rộng rãi.
Phần mềm ARDUINO cho phép giao tiếp giữa máy laser và máy tính, hoạt động trên tất cả các hệ điều hành Windows, bao gồm cả laptop, điều này khác biệt so với các phần mềm khác chỉ hỗ trợ máy tính để bàn.
Khi sử dụng máy laser, việc đảm bảo an toàn cho mắt là rất quan trọng, vì nguồn laser có thể gây hại cho thị lực Do đó, cần đeo kính bảo vệ chuyên dụng để bảo vệ đôi mắt khỏi tác động của tia laser.
+ Tính thuận tiện của máy: máy khá dễ iều khiển và hiểu chỉnh
+ Tính thẩm mỹ máy có thiết kế khá dễ nhìn :
+ Tính môi trường Máy không làm ảnh hưởng ến môi trường xung quanh,: không ồn ào, và ặt biệt không gây ô nhiễm môi trường
Nguyên lí làm việc của máy
Máy laser hoạt động dựa trên nguyên lý chi tiết ứng im và đầu laser di chuyển, với khả năng ngắt tự động nhờ relay Dữ liệu được nhập vào máy tính có thể là thiết kế tự tạo hoặc tải từ mạng, sau đó được xử lý và xuất G-code qua phần mềm Repetier Người dùng có thể chỉnh sửa G-code trực tiếp trong giao diện của Repetier Khi G-code đã hoàn chỉnh, quá trình gia công sẽ diễn ra, nếu không đúng yêu cầu, người dùng có thể loại bỏ và thiết kế lại G-code sẽ được gia công thông qua phần mềm điều khiển Grbl Controller tương thích với ARDUINO, nơi mà mạch ARDUINO xử lý tín hiệu từ Grbl Controller và xuất xung tín hiệu cho các cơ cấu chấp hành.
Driver TB6560 sẽ điều khiển động cơ bước quay theo tín hiệu xung nhận được từ Arduino, giúp động cơ bước xoay và di chuyển, kéo theo laser.
2 ộng cơ bước tạo thành hệ mặt phẳng XOY
• RELAY sẽ óng ngắt laser một cách tự ộng dựa vào tín hiệu từ ARDUINO xuất ra
Máy laser là thiết bị gia công cơ khí phổ biến, đóng góp lớn vào sự phát triển ngành chế tạo và tạo ra của cải cho xã hội Sự xuất hiện của máy laser nâng cao chất lượng và độ chính xác của sản phẩm, đồng thời cho phép sản xuất hàng loạt Các loại máy laser đa dạng về công suất và cấu trúc, nhưng đều có nguyên lý hoạt động tương tự, bao gồm phần xử lý trung tâm, hệ thống điều khiển motor bước và motor bước Tuy nhiên, việc chế tạo máy laser với đầy đủ chức năng và bộ phận tiêu chuẩn gặp khó khăn, đặc biệt là với sinh viên do chi phí cao của motor bước và hệ thống dẫn, cũng như điều kiện nhà xưởng hạn chế.
Trong ồ án này, chúng em tập trung nghiên cứu các phần tử của máy laser tiêu chuẩn nhằm chế tạo mô hình máy in 3D cỡ vừa Mục tiêu chính là phát triển một máy in 3D hoạt động hiệu quả, có khả năng gia công các loại bột như nhựa, thạch cao và xi măng Máy in sẽ hỗ trợ nhận file Gcode và cho phép chỉnh sửa thủ công thông qua phần mềm điều khiển.
THIẾT KẾ CƠ KHÍ MÔ HÌNH MÁY IN 3D DẠNG BỘT (POWDER BED 3D PRINTER)
CHỌN KẾT CẤU CHO MÔ HÌNH
Nguyên lí hoạt ộng của máy in 3D
Mô hình máy in 3D của chúng tôi minh họa nguyên lý hoạt động của một máy in 3D được điều khiển bằng phần mềm chuyên dụng, bao gồm ba trục X, Y và Z Tuy nhiên, do giới hạn về thời gian và ngân sách, mô hình này vẫn còn một số hạn chế.
Máy in 3D hoạt động dựa vào nguyên lý kết nối động cơ ở các trục X, Y và Z với mạch điều khiển, mạch này lại được kết nối với máy tính Phần mềm điều khiển sẽ tính toán và cung cấp xung cho động cơ, khiến chúng quay Máy sử dụng cơ chế truyền động qua răng và vít me để truyền mômen từ động cơ tới các trục, giúp cụm dẫn động ba trục chuyển động tịnh tiến trên các trục dẫn hướng Chuyển động của các cụm điều khiển ba trục được xác định bởi phần mềm điều khiển, dựa vào biên dạng chi tiết cần in Người dùng chỉ cần thiết kế mô hình chi tiết và xuất file từ máy tính để nạp vào phần mềm điều khiển.
Hình 2.2 Sơ ồ nguyên lí hoạt ộng của máy
TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ, LỰA CHỌN CÁC CHI TIẾT TRÊN MÔ HÌNH
2.2.1 Các loại cơ cấu truyền ộng
Cơ cấu truyền động trong máy in 3D cần chuyển đổi chuyển động quay của động cơ thành chuyển động tịnh tiến của đầu phun Việc lựa chọn cơ cấu truyền động phụ thuộc vào điều kiện làm việc và yêu cầu điều khiển của máy Có nhiều phương pháp như bánh răng-thanh răng, vít me-đai ốc, và truyền động ai Tuy nhiên, nhóm chúng tôi đã chọn đai và vít me-đai ốc làm cơ cấu truyền động cho các trục do yêu cầu kỹ thuật về tính gọn nhẹ, giá thành hợp lý và dễ dàng sử dụng.
+ Truyền động đai răng: trục X, Y
+ Truyền động vít me – đai ốc: trục Z
+ và lựa chọn các cơ cấu dẫn hướng trên các trục X, Y, Z
Bộ truyền động bằng đai răng là một hệ thống sử dụng đai răng dẹt, được thiết kế thành vòng kín với các răng ở mặt trong Khi tiếp xúc với các bánh răng, các răng của đai sẽ ăn khớp với các răng trên bánh răng, giúp truyền lực hiệu quả Hệ thống này có nhiều ưu điểm như không xảy ra trượt, tỉ số truyền lớn, hiệu suất cao và không cần lực căng quá lớn, đồng thời giảm thiểu lực tác dụng lên trục và ổ Đai răng thường được chế tạo từ cao su trộn với nhựa nairit hoặc polyurethane, với lớp chịu tải chủ yếu là dây thép, sợi thủy tinh hoặc sợi polyamid.
Bảng 2.1 Các thông số hình học của bộ truyền ai
Việc truyền lực có tính đàn hồi mang lại nhiều ưu điểm, bao gồm khả năng chạy êm ái và ít ồn, đồng thời chịu được sốc tốt Khoảng cách trục có thể được thiết kế lớn, không cần bôi trơn, giúp giảm thiểu chi phí bảo dưỡng.
Nhược điểm của hệ thống dây ai bao gồm việc trượt qua sự giãn nở, dẫn đến tỷ lệ truyền không chính xác; nhiệt độ ứng dụng bị giới hạn; và việc gia tăng tải trọng lên ổ trục do lực căng cần thiết của dây ai.
2.2.1.2 Truyền ộng bánh ma sát
Truyền động bánh ma sát diễn ra nhờ vào chuyển động của bánh xe trên bề mặt trượt được làm phẳng, giúp biến chuyển động quay của bánh xe thành chuyển động tịnh tiến Ưu điểm của phương pháp này là hiệu quả trong việc chuyển đổi năng lượng và dễ dàng áp dụng trong nhiều ứng dụng cơ khí.
+ Kích thước tương ối nhỏ gọn
+ Chạy êm, ít gây tiếng ồn
+ Độ chính xác không cao
+ Dễ trượt bánh nếu lực ép không tốt
Dựa vào yêu cầu chung của ồ án ta có thể thấy hệ thống truyền ộng cần thoả mãn những iều kiện sau:
+ Thực hiện ược các chuyển ộng cần chính xác cao
+ Có khả năng truyền ộng trong trạng thái lực lớn
Vít me là một hệ thống truyền động chính xác, chuyển đổi chuyển động quay thành chuyển động tịnh tiến thông qua cơ chế con vít - bulong Để đảm bảo hoạt động trơn tru và chính xác trong thời gian dài, việc bôi trơn hợp lý là rất quan trọng Khi trục vít xoay, đai ốc sẽ di chuyển tịnh tiến, với mỗi vòng quay của trục vít, đai ốc sẽ di chuyển một đoạn tương ứng với bước vít.
Hình 2.4 Truyền ộng vít me ai ốc Ưu iểm:
+ Độ chính xác cao, cơ cấu gọn nhẹ Thường ược dùng trong cac máy cnc có ộ chính xác cao
+ Hiệu suất truyền lực thấp, giá thành cao
Vít me thường là loại vít và ốc tiếp xúc trực tiếp, trượt trên nhau qua các mặt ren, nhưng có nhược điểm là ma sát cao do tiếp xúc mặt sinh ra ma sát trượt và sai số do khe hở giữa vít và ốc Để khắc phục sai số này, người ta gắn một cơ cấu lò xo vào ốc để giữ cho ốc luôn tiếp xúc với một mặt ren của trục vít Trong khi đó, vít me bi (ballscrew) là hệ thống truyền động được gia công chính xác, biến đổi chuyển động quay thành chuyển động tịnh tiến qua cơ chế con vít - bu lông Sự tiếp xúc giữa thanh vít và ốc vít được tối ưu hóa bằng lớp bi thép, giúp giảm thiểu ma sát, mang lại chuyển động trơn tru và chính xác, đồng thời hoạt động bền bỉ trong thời gian dài.
Hoạt động của vít me bi và ai ốc diễn ra qua việc tiếp xúc giữa vít và rãnh me, nơi được lắp đầy bởi những viên bi thép Khi trục vít xoay, các viên bi lăn tròn trong mối ren, giúp giảm ma sát hiệu quả Để ngăn các viên bi rơi ra ngoài, ai ốc được thiết kế với một ống dẫn (ống hồi) để thu hồi và đưa chúng trở lại phần đầu của đường bi Nhờ vào chuyển động lăn của các viên bi, lực đẩy của ai ốc trở nên nhẹ nhàng hơn so với lực trượt.
- Những Thông số hoạt ộng:
Chiều dài thanh vít , chiều dài hành trình ạt ược, ường kính thanh vít, hành trình bước ren khi thanh vit quay úng 1 vòng
Hình 2.5 Cấu tạo vít me bi
Dựa trên những ưu nhược điểm của các cơ cấu truyền động, cùng với điều kiện gia công và các bộ truyền hiện có trên thị trường, chúng tôi quyết định chọn truyền động bằng bánh răng cho trục X và Y, trong khi sử dụng truyền động bằng vít me cho trục Z.
2.2.2 Tính toán, thiết kế cơ cấu truyền ộng
2.2.2.1 Thông số ầu vào + Hành trình của các trục:
+ Vận tốc chạy lớn nhất trục X V = 2m/ph 1
+ Vận tốc chạy lớn nhất trục Y
+ Gia tốc hoạt ộng lớn nhất của hệ thống a = 0.1g =1 � /� 2 +
+ Khoảng cách trục puli trục X
+ Khoảng cách trục puli trục Y
(mm) + Hệ số ma sát lăn bề mặt: μ = 0.01
+ Độ chính xác vị trí (không tải): ±0.5/1000mm
+ Độ chính xác lặp: ±0.05mm
+ Bước vít-me (10) l ≥Vmax/Nmax V1/Nmax= 2000/2000= 1(mm)
- Khối lượng tổng cộng tác dụng lên các trục: m =x
0.1 kg my = 5.5 kg mz=1 kg a)Tính toán truyền ộng ai răng
Xác ịnh module và chiều rộng ai module ược xác ịnh theo công thức: m 35 3 P 1 n 1
Chọn mô un theo dãy tiêu chuẩn
+ P1 - công suất trên bánh ai chủ ộng, kW
+ n1 – số vòng quay trên bánh ai chủ ộng vg/ph m 35 3 P 1 35 5*103 4
Hệ số chiều rộng ai được xác định trong khoảng d = 6…9, với giá trị nhỏ nhất được chọn khi module tiêu chuẩn lớn hơn m tính toán, và giá trị lớn hơn được sử dụng trong trường hợp ngược lại Chiều rộng b được lấy từ bảng tiêu chuẩn.
Bảng 2.2 Mô un và chiều rộng ai tiêu chuẩn
Từ kết quả tính ở phần trước ta chọn ai răng có chiều rộng: b=5 (mm) Xác ịnh các thông số của bộ truyền:
+ Số răng z của bánh ai ược chọn 1 răng + Số răng z2 ược tính theo công thức
Tính toán lực trên ai
Khác với các hệ thống truyền động khác, truyền động bằng dây đai không yêu cầu lực căng lớn để tạo ra ma sát cần thiết Lực căng chỉ cần đủ để khắc phục khe hở khi ăn khớp và đảm bảo tiếp xúc tốt với bánh đai, trong khi lực ly tâm sinh ra chỉ cần lớn hơn một chút.
Lực tác dụng lên trục (khi vận tốc không lớn v
