phương pháp tạo mẫu nhanh

3/29/2013 o Vn Hip, Hc vin KTQS 1 Phơng pháp tạo mẫu nhanh (Rapid Prototyping) GS. TS. Đào Văn Hiệp Khoa Hàng không vũ trụ, Học viện KTQS Nội dung 1. Tổng quan về tạo mẫu nhanh: khái niệm, lý do ứng dụng, lĩnh vực ứng dụng 2. Mô tả các phơng pháp (công nghệ) 2.1. Quy trình công nghệ chung 2.2. Một số phơng pháp điển hình Stereolithography (STL) Selective Laser Sintering (SLS) Fused Deposition Modeling (FDM) Three-Dimensional Printing (3-DP) Laminated Object Manufacturing (LOM) Objet Modeling (OJM) 3/29/2013 o Vn Hip, Hc vin KTQS 2 2.1. Quá trình công nghệ - chung Quá trình cơ bản Gồm 5 bớc. 3 bớc đầu chung cho mọi phơng pháp. 1. Tạo mô hình CAD-3D (trực tiếp từ CAD hoặc RE); 2. Chuyển dữ liệu CAD thành dạng STL (Standard Triangulation Language); 3. Cắt mô hình STL thành từng lớp chiều dày xác định, tạo các lớp (mặt) cắt; 4. Tạo hình (điền vật liệu) theo từng lớp tơng ứng (về hình dạng, chiều dày) với các lớp trong mô hình; 5. Hậu xử lý: bỏ xơng đỡ (nếu có), làm sạch, làm chắc (nếu cần). Các phơng pháp Hiện có rất nhiều phơng pháp và sẽ còn thêm nữa. Các phơng pháp khác nhau chủ yếu là ở các bớc 4, 5. 1. Stereolithography (STL, SLA) in nổi 2. Selective Laser Sintering (SLS) thiêu kết laser 3. Fused Deposition Modeling (FDM) - phun vật liệu lỏng 4. Three-Dimensional Printing (3-DP) in 3D 5. Laminated Object Manufacturing (LOM) tạo hình tù tấm 6. Objet Modeling (OJM) Vật liệu: chuyên dùng, thờng bán theo máy; có thể ở dạng lỏng, bột, rắn. 3/29/2013 Đào Văn Hiệp, Học viện KTQS 3 2.1. Qu¸ Tr×nh c«ng nghÖ - chung: tõ CAD 1. M« h×nh solid 3D trong CAD; 5. T¹o mÉu trong m¸y (tõng líp) 2. M« h×nh d¹ng STL; 6. Lo¹i bá khèi ®ì, lµm s¹ch; 3. M« h×nh c¾t líp; 7. S¶n phÈm hoµn thµnh 4. M« h×nh cã khèi ®ì 3/29/2013 Đào Văn Hiệp, Học viện KTQS 4 2.1. Qu¸ Tr×nh c«ng nghÖ - chunG: tõ mÉu víi RE 3/29/2013 Đào Văn Hiệp, Học viện KTQS 5 Real world CAD model rapid Prototype 3/29/2013 o Vn Hip, Hc vin KTQS 6 2.1: Quá trình công nghệ - chung: nguyên tắc biểu diễn STL Mỗi bề mặt (Surface) đợc chia nhỏ thành tam giác (Facet); Mỗi facet đợc mô tả bởi tọa độ 3 góc và vector pháp tuyến; 3/29/2013 Đào Văn Hiệp, Học viện KTQS 7 2.1: Qu¸ tr×nh c«ng nghÖ - chung: c¾t líp m« h×nh STL  M« h×nh ®îc c¾t thµnh c¸c líp;  Toµn bé vËt thÓ ®îc coi lµ mét tËp c¸c líp xÕp chång lªn nhau. 3/29/2013 Đào Văn Hiệp, Học viện KTQS 8 2.1. HiÖn tîng bËc thang vµ ¶nh hëng cña chiÒu dµy líp 3/29/2013 Đào Văn Hiệp, Học viện KTQS 9 2.1. Qóa tr×nh c«ng nghÖ - chung: T¸c dông cña khèi ®ì (Support) (a) Chi tiÕt cã phÇn nh« ra cÇn ph¶i cã khèi ®ì (b): Nguyªn t¾c kÕt cÊu cña khèi ®ì (P.F. Jacobs, Rapid Prototyping & Manufacturing: Fundamentals of Stereolithography. Society of Manufacturing Engineers, 1992) 3/29/2013 o Vn Hip, Hc vin KTQS 10 2.2. Phân loại các phơng pháp tạo mẫu nhanh Các phơng pháp Vật liệu bột Vật liệu lỏng Vật liệu rắn 1 thành phần 2 thành phần SLS 3Dp MJM, IJP STL, OJM LOM FDM đặc tự nhiên dùng laser dạng tấm dạng dây [...]...2.2 Các phơng pháp tạo mẫu nhanh Các phơng pháp điển hình 1 2 3 4 5 6 Stereolithography (STL) Selective Laser Sintering (SLS) Fused Deposition Modeling (FDM) Three-Dimensional Printing (3-DP) Laminated Object Manufacturing (LOM) Objet Modeling (OJM) Nội dung cần nắm với mỗi phơng pháp 1 2 3 4 5 Nguyên lý và Thiết bị Vật liệu Quá trình Hậu xử lý... đầu; Thanh gạt cán lên mặt vừa tạo ra, gạt bỏ chất lỏng còn lại, tạo ra bề mặt đều, sạch, cho màng chất lỏng tiếp theo dễ bám; Cơ cấu điều khiển chính xác, dịch tấm đỡ xuống một khoảng bằng chiều dày lớp cần tạo (0,003-0,125mm); Quá trình tiếp tục, tạo ra một lớp mới dính trên lớp trớc, cho đến khi hoàn thành toàn bộ Xơng đỡ (Support) đỡ những phần hổng, chìa, đợc tạo cùng với vật liệu chính Hậu... phải chờ vật liệu ổn định mới tạo đợc lớp sau Độ chính xác kích thớc cao so với các phơng pháp RP khác (nhờ nguồn laser chính xác cao, dùng vật liệu lỏng nên có thể tạo lớp rất mỏng) Sản phẩm tạo ra có tính chất nh chất dẻo (có thể trong suốt, chịu nớc, mềm dẻo, tơng tự ABS, PS, PP, PE, cao su, ); một số loại giòn, chịu nhiệt kém Nói chung không dùng ngay đợc mà thờng làm mẫu; Vật liệu đa dạng, dễ... trong bể, cách mặt chất lỏng 1 lớp mỏng, tạo thành màng chất lỏng trên bề mặt tấm đỡ; Nguồn laser (He-Cd hoặc Ar) chiếu chùm tia cực tím (bớc sóng 320-370 nm), làm đông cứng vị trí chiếu vào; Quá trình (Processing) Chùm tia laser hội tụ lần lợt quét vào từng điểm trên bề mặt lớp chất lỏng, hóa cứng (lu hóa, polymer hóa) chất lỏng tại điểm chiếu vào Kết quả là tạo ra một lớp vật liệu cứng có chiều dày... laser sintering - SLS 3/29/2013 o Vn Hip, Hc vin KTQS 22 2 Selective laser sintering - SLS Thiết bị Buồng tạo hình có một tấm đỡ gắn trên 1 piston, đợc điều khiển lên-xuống (Z) chính xác nhờ hệ điều khiển servo; khoang cấp liệu và khoang chứa vật liệu thừa; Nguồn laser CO2 và hệ thống thấu kính tạo chùm tia laser và hệ thống quét 2D (X, Y), nung chảy vật liệu; Quá trình (Processing) Vật liệu bột... điểm nên mất nhiều thời gian quét; sau mỗi lớp phải chờ vật liệu đông cứng mới tạo đợc lớp sau Vật liệu đa dạng: polycarbonate, nylon, polystyren, thủy tinh bọc nylon, kim loại bọc chất dẻo, kim loại, Về lý thuyết, bất cứ loại bột nào có thể nung chảy và liên kết các hạt với nhau đều dùng đợc; Cơ tính vật liệu tốt, có thể tạo chi tiết dùng ngay (chất dẻo, bột kim loại, ) hoặc làm khuôn Tuy nhiên có... chảy hoặc đánh bóng, sơn; Không cần xơng đỡ vì chi tiết đợc bột bao quanh Lựa chọn Phù hợp với sản phẩm kim loại, cần cơ tính cao; Vì không yêu cầu khối đỡ nên có thể tạo chi tiết có khoang rỗng, kín; Có u thế khi làm khuôn, tạo chi tiết dùng ngay; Năng suất không cao, cần xử lý gia cố vật liệu hoặc làm bóng bề mặt 3/29/2013 o Vn Hip, Hc vin KTQS 24 2 Selective laser sintering - SLS 3/29/2013 o... phun nên mất nhiều thời gian quét; sau mỗi lớp phải chờ vật liệu đông cứng mới tạo đợc lớp sau Vật liệu dạng polymer, dễ kiếm, rẻ tiền: Khi cần chất lợng cao, dùng ABS (Acrylonitrile Butadiene Styrene), chi tiết dai, bền, dùng PC (PolyCarbonate), chịu nhiệt, dùng Polyphenyl Sulfones (PS); Cơ tính vật liệu kém hơn khi tạo hình trên máy đùn vì có cấu trúc sợi, không đồng nhất; Bề mặt dạng thớ; độ... KTQS 28 3 FuSed deposition modeling - FDM (a) 3/29/2013 o Vn Hip, Hc vin KTQS 29 3 FuSed deposition modeling - FDM 3/29/2013 o Vn Hip, Hc vin KTQS 30 3 FuSed deposition modeling - FDM Thiết bị Buồng tạo hình có một tấm đỡ gắn trên 1 piston, đợc điều khiển lên-xuống (Z) chính xác nhờ hệ điều khiển servo; Đầu phun có nhiệm vụ nung chảy vật liệu và phun thành lớp trên mặt tấm đỡ Đầu phun đợc điều khiển... đỡ Quá trình (Processing) Vật liệu plastic rắn dạng dây từ tang cuốn đợc cấp qua buồng đốt, nung nóng chảy, sau đó đợc phun thành từng vệt (0,2-1,0mm) tùy theo đờng kính lỗ phun Khi nguội, vật liệu tạo thành lớp đặc; Sau khi mỗi lớp đợc trải xong, tấm đỡ đi xuống một khoảng bằng chiều dày lớp (0,17-0,35mm); Quá trình tiếp tục đến khi hoàn thành tất cả các lớp Để giảm năng lợng cho buồng đốt, và . (2 .69 m) Depth: 4 feet 4 inches (1.32m) Weight: Approximately 60 0 lbs ( 260 Kg)(without imaging materials) Environmental Operating Temperature: 68 -80º F. (20-27º C.) Humidity: 60 -80. chung: tõ CAD 1. M« h×nh solid 3D trong CAD; 5. T¹o mÉu trong m¸y (tõng líp) 2. M« h×nh d¹ng STL; 6. Lo¹i bá khèi ®ì, lµm s¹ch; 3. M« h×nh c¾t líp; 7. S¶n phÈm hoµn thµnh 4. M« h×nh cã khèi ®ì 3/29/2013. Văn Hiệp, Học viện KTQS 5 Real world CAD model rapid Prototype 3/29/2013 o Vn Hip, Hc vin KTQS 6 2.1: Quá trình công nghệ - chung: nguyên tắc biểu diễn STL Mỗi bề mặt (Surface) đợc chia nhỏ