Ngày nay, với sự phát triển vượt bậc của khoa học kỹ thuật đặc biệt làkhoa học máy tính đã làm thay đổi căn bản mọi mặt của đời sống xã hội.Từ giữathế kỷ 20, khi công nghệ máy tính được đưa vào áp dụng trong sản xuất đã gópphần tự động hóa sản xuất, giải phóng sức lao động cho con người, tăng năngsuất cũng như chất lượng sản phẩm. Theo đó là sự ra đời của phương thức sảnxuất có sự trợ giúp của máy tính và các máy công cụ được tích hợp bộ điềukhiển số.Ở Việt Nam, ngoài việc công nghệ CAD CAM đã và đang được phátriển, ứng dụng rộng rãi trong các xí nghiệp, nhà máy. Thì vài năm trở lại đây, kỹ thuật thiết kế ngược Reverse Engineering (RE) là thuật ngữ được sử dụng phổ biến trong thời gian gần đây. Tuy nhiên việc sử dụng RE trong phát triển sản phẩm đã được bắt đầu từ vài thập kỷ trước. RE được khái niệm là quá trình nhân bản mộtvật thể, một bộ phận hoặc một sản phẩm hoàn chỉnh có sẵn mà không có sự trợ giúp của bản vẽ, tài liệu hay mô hình máy tính.Các nhà thiết kế và chế tạo thường đánh giá sản phẩm của mình và đối thủ cạnh tranh trước khi đưa ra một ý tưởng mới. Ngày nay quá trình đó được hệ thống hóa thành một kỹ thuật riêng gọi là kỹ thuật thiết kế ngược. Đó là sự đánh giá có hệ thống một sản phẩm nhằm mục đích tái tạo lại hoàn chỉnh hoặc có bổ sung thêm những cải tiến phát triển. Như vậy có thể thấy kỹ thuật thiết kế ngược là quá trình tạo mô hình thiết kế từ sản phẩm có sẵn, nhằm thực hiện các phép phân tích kỹ thuật hoặc tái tạo lại sản phẩm dưới dạng nguyên gốc hay biến thể.Trong quá trình làm đề tài nghiên cứu này mặc dù đã hết sức cố gắng nhưng do hạn chế khách quan và chủ quan nên không tránh khỏi những thiếu sót. Chúng em rất mong được sự góp ý, bổ xung, đóng góp ý kiến của thầy cô và bạn đọc để đề tài nghiên cứu hoàn thiện hơn.
ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ THIẾT KẾ NGƯỢC Giáo viên hướng dẫn : Sinh viên thực hiện: LÊ TỬ CƯƠNG VŨ HỒNG HÀ TRẦN DOÃN QUÝ TRỊNH BẢO TRUNG MỤC LỤC Trang MỤC LỤC DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT LỜI NÓI ĐẦU PHẦN I: CÔNG NGHỆ THIẾT KẾ NGƯỢC (REVERSE ENGINEERING) VÀ ỨNG DỤNG THIẾT KẾ LẠI MỘT SỐ CHI TIẾT TRONG LĨNH VỰC CƠ KHÍ .6 CHƯƠNG I : TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ THIẾT KẾ NGƯỢC .6 1.1 Giới thiệu công nghệ thiết kế ngược 1.1.1 Khái niệm .6 1.1.2 Ưu nhược điểm công nghệ thiết kế ngược 10 2.1 Quy trình công nghệ thiết kế ngược 13 3.1 Quy trình mô hình hóa mẫu sản phẩm có sẵn theo công nghệ thiết kế ngược .14 3.1.1 Giai đoạn số hóa sản phẩm .14 3.1.2 Giai đoạn sử lý số liệu hóa 15 3.1.3 Thiết kế lại sở liệu số hóa 16 3.1.4 Tạo mẫu, gia công chi tiết 16 4.1 Phương pháp thiết bị số hóa công nghệ thiết kế ngược 16 4.1.1 Phương pháp đo tiếp xúc 17 4.1.2 Phương pháp đo không tiếp xúc .18 5.1 Các ứng dụng công nghệ thiết kế ngược 23 PHẦN II : CÔNG NGHỆ TẠO MẪU NHANH 24 CHƯƠNG II : TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ TẠO MẪU NHANH 24 2.1 Giới thiệu kỹ thuật tạo mẫu nhanh 24 2.2 Các bước công nghệ tạo mẫu nhanh .26 2.2.1 Mô hình hoá CAD 26 2.2.2 Xuất sang dạng file.STL 27 2.2.3 Tạo chân đỡ sản phẩm 27 2.2.4 Cắt lát 27 2.2.5 Chế tạo 28 2.2.6 Loại bỏ vật liệu thừa, hoàn thiện làm vật thể chế tạo 28 2.2.7 Xử lý sau chế tạo 28 2.2.8 Hoàn thiện chi tiết 28 2.3 Các công nghệ tạo mẫu nhanh .30 2.3.1 Các công nghệ tạo mẫu nhanh sử dụng vật liệu dạng lỏng 31 2.3.2 Các công nghệ tạo mẫu nhanh sử dụng vật liệu dạng bột .31 2.3.3 Các công nghệ tạo mẫu nhanh sử dụng vật liệu dạng 31 2.4 Dữ liệu đầu vào công nghệ tạo mẫu nhanh 32 2.5 Ứng dụng công nghệ tạo mẫu nhanh 32 2.5.1 Đúc khuôn vỏ mỏng 32 2.5.2 Chế tạo dụng cụ 33 2.5.3 Tạo mẫu nhanh chế tạo sản xuất .33 2.5.4 Ứng dụng tạo mẫu nhanh y học 33 CHƯƠNG III: MỘT SỐ CÔNG NGHỆ TẠO MẪU NHANH ĐIỂN HÌNH 34 3.1 Công nghệ tạo mẫu nhanh SLA 37 3.2 Công nghệ tạo mẫu nhanh SLS 40 3.3 Công nghệ tạo mẫu nhanh LOM 43 3.4 Công nghệ tạo mẫu nhanh SGC 46 3.5 Tạo mẫu nhanh công nghệ in chiều .48 DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT - RE (Reverse Engineering) : Công nghệ thiết kế ngược hay công nghệ đảo chiều, công nghệ chép mẫu - CAD (Compurter Aided Design) : Thiết kế với trợ giúp máy tính (CAD định nghĩa Compurter Aided Drawing – Công cụ trợ giúp vẽ máy vi tính) - CAM (Compurter Aided Manufacturing): Lĩnh vực sử dụng máy tính để tạo chương trình điều khiển hệ thống sản xuất, kể trực tiếp điều khiển thiết bị, hệ thống đảm bảo vật tư, kỹ thuật - CAE (Computer Aided Engineering): Tính toán kỹ thuật với trợ giúp máy tính CAD CAE thường gắn liền với thiết kế sản phẩm gắn liền với thử nghiệm, mô hoạt động sản phẩm - CAPP (Computer Aided Process Planning): Lĩnh vực sử dụng máy tính trợ giúp thiết kế trình công nghệ chế tạo sản phẩm (thường gọi chuẩn bị công nghệ) - RP (Rapid Propotyping): Bao gồm phương pháp gia công tạo mẫu nhanh - CNC (Computerized Numerical Control): Máy gia công điều khiển số có trợ giúp máy tính việc vận hành lập trình gia công LỜI NÓI ĐẦU Ngày nay, với phát triển vượt bậc khoa học kỹ thuật đặc biệt khoa học máy tính làm thay đổi mặt đời sống xã hội.Từ kỷ 20, công nghệ máy tính đưa vào áp dụng sản xuất góp phần tự động hóa sản xuất, giải phóng sức lao động cho người, tăng suất chất lượng sản phẩm Theo đời phương thức sản xuất có trợ giúp máy tính máy công cụ tích hợp điều khiển số Ở Việt Nam, việc công nghệ CAD /CAM phá triển, ứng dụng rộng rãi xí nghiệp, nhà máy Thì vài năm trở lại đây, kỹ thuật thiết kế ngược - Reverse Engineering (RE) thuật ngữ sử dụng phổ biến thời gian gần Tuy nhiên việc sử dụng RE phát triển sản phẩm vài thập kỷ trước RE khái niệm trình nhân mộtvật thể, phận sản phẩm hoàn chỉnh có sẵn mà trợ giúp vẽ, tài liệu hay mô hình máy tính Các nhà thiết kế chế tạo thường đánh giá sản phẩm đối thủ cạnh tranh trước đưa ý tưởng Ngày trình hệ thống hóa thành kỹ thuật riêng gọi kỹ thuật thiết kế ngược Đó đánh giá có hệ thống sản phẩm nhằm mục đích tái tạo lại hoàn chỉnh có bổ sung thêm cải tiến phát triển Như thấy kỹ thuật thiết kế ngược trình tạo mô hình thiết kế từ sản phẩm có sẵn, nhằm thực phép phân tích kỹ thuật tái tạo lại sản phẩm dạng nguyên gốc hay biến thể Trong trình làm đề tài nghiên cứu cố gắng hạn chế khách quan chủ quan nên không tránh khỏi thiếu sót Chúng em mong góp ý, bổ xung, đóng góp ý kiến thầy cô bạn đọc để đề tài nghiên cứu hoàn thiện PHẦN I: CÔNG NGHỆ THIẾT KẾ NGƯỢC (REVERSE ENGINEERING) VÀ ỨNG DỤNG THIẾT KẾ LẠI MỘT SỐ CHI TIẾT TRONG LĨNH VỰC CƠ KHÍ CHƯƠNG I : TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ THIẾT KẾ NGƯỢC 1.1 Giới thiệu công nghệ thiết kế ngược 1.1.1 Khái niệm Trong lĩnh vực sản xuất, thông thường để chế tạo sản phẩm, người thiết kế đưa ý tưởng sản phẩm đó, phác thảo sản phẩm, trình tính toán thiết kế, chế thử, kiểm tra, hoàn thiện phác thảo, để đưa phương pháp tối ưu, cuối công đoạn sản xuất sản phẩm Đây chu trình sản xuất truyền thống, phương pháp sản xuất áp dụng từ bao kỷ Phương pháp gọi công nghệ sản xuất thuận(Forward Enineering) Trong vài chục năm trở lại với phát triển với phát triển công nghệ, xuất dạng sản xuất theo chu trình mới, ngược với sản xuất truyền thống, chế tạo sản phẩm theo dựa sản phẩm có sẵn Quy trình gọi công nghệ thiết kế ngược (Reverse Engineering) hay hiểu công nghệ chép mẫu hay công nghệ chế tạo ngược Công nghệ đời dựa nhu cầu sản xuất thực tế, người ta cần chế tạo sản phẩm theo mẫu có sẵn mà chưa (hoặc không) có mô hình CAD tương ứng chi tiết không rõ xuất xứ, phù điêu, phận thể người, động vật Hay đơn giản chép lại kết sản phẩm khẳng định tên tuổi thị trường (để giảm chi phí chế tạo mẫu) để cải tiến sản phẩm theo hướng Để tạo mẫu sản phẩm này, trước người ta phải đo đạc vã phác lại dựng sáp, thạch cao để in mẫu Các phương pháp cho độ xác không cao, tốn nhiều thời gian công sức, đặc biệt chi tiết phức tạp Ngày người ta sử dụng máy quét hình để số hóa hình dáng chi tiết sau phần mềm CAD/CAM chuyên dụng để xử lý liệu số hóa cuối tạo mô hình CAD 3D cho chi tiết với độ xác cao Mô hình CAD chỉnh sửa cần Trên phạm vi rộng công nghệ thiết kế ngược định nghĩa hoạt động bao gồm bước phân tích để lấy thông tin sản phẩm có sẵn (bao gồm thông tin chức phận, đặc điểm kết cấu hình học, vật liệu, tính công nghệ) sau tiến hành khôi phục lại mô hình CAD cho chi tiết phát triển thành sản phẩm mới, sử dụng CAD/RP/CNC để chế tạo sản phẩm Công nghệ thiết kế ngược ứng dụng nhiều lĩnh vực hóa học, điện tử, xây dựng, khí, y học, nghệ thuật Ví dụ xây dựng, học hỏi kỹ thuật thiết kế thi công công trình hoàn thiện (Succeessful building/brige) giới để giảm thiểu sai sót Giảm thời gian thiết kế tăng thêm ưu việt cho công trình Trong lĩnh vực khí chế tạo, công nghệ thiết kế ngược định nghĩa hoạt động tạo sản phẩm từ mẫu sản phẩm cho trước mà vẽ thiết kế bị hay không rõ dàng Sản phẩm tạo sở khôi phục nguyên vẹn phát triển lên từ thực thể ban đầu Từ đời vào năm 90 kỷ trước, công nghệ thiết kế ngược ( Reverse Engineering) nghiên cứu, áp dụng nhiều lĩnh vực phát triển nhanh sản phẩm, đặc biệt lĩnh vực thiết kế mô hình 3D từ mô hình có sẵn nhờ trợ giúp máy tính Kỹ thuật thiết kế ngược ngày phát triển theo phát tiển phần mềm CAD/CAM Nó quan tâm liên tục cải tiến để đáp ứng để đáp ứng nhu cầu xã hội nhiều lĩnh vực sản xuất RE trở thành phận quan trọng sản xuất Đã có nhiều công ty nhiều quốc gia ứng dụng hiệu thành công công nghệ Có thể thấy Trung Quốc điển hình Nhiều sản phẩm xe máy, ô tô, máy móc hàng loạt đồ gia dụng, đồ chơi sản xuất dựa chép mẫu có sẵn thị trường hãng tiếng Nhật, Hàn Quốc Sản phẩm thực Quét mẫu máy ATOS Sản phẩm sơn trắng để quét mẫu Mô hình sản phẩm sau quét Honda, Misubishi, Toyota (Hình 1.1 ví dụ minh họa) Mô hình hóa bề mặt Mô hình CAD xây dựng lại Hình 1.1 : Qui trình lấy mẫu áp dụng công nghệ thiết kế ngược Ở Việt Nam, năm trở lại công nghệ thiết kế ngược áp dụng vào sản xuất Tuy nhiên phần lớn chưa mang tính chuyên nghiệp Ví dụ công ty sản xuất, chế tạo khuôn cho mặt hàng nhựa, khí thường nhận đơn đặt hàng đối tác làm khuôn cho mẫu sản phẩm cho trước đa số việc số hóa mô hình lấy liệu thực cách thủ công, đo vẽ tay.Việc ứng dụng thiết bị số hóa công nghệ cao chuyên dụng, phần mềm thiết kế ngược chưa nhiều Chỉ có số công ty làm theo hợp đồng công ty Hoàng Quốc, Trung tâm dịch vụ công nghệ 3D (3D Tech) hay viện trường đại học trường Đại Học GTVT, Đại Học Bách Khoa TP Hồ Chí Minh, Đại Học Bách Khoa Hà Nội có máy quét 3D chủ yếu phục cho học tập nghiên cứu 1.1.2 Ưu nhược điểm công nghệ thiết kế ngược * Ưu điểm + Kiểm tra chất lượng sản phẩm cách so sánh mô hình CAD với sản phẩm, từ điều chỉnh mô hình thông số công nghệ để tạo sản phẩm đạt yêu cầu + Mô hình CAD đựơc sử dụng mô hình trung gian trình thiết kế cách tạo sản phẩm tay đất sét, thạch cao, sáp…rồi quét hình để tạo mô hình CAD Từ mô hình CAD người ta chỉnh sửa theo ý muốn + Giảm bớt thời gian chế tạo dẫn tới suất cao + Chế tạo nguyên mẫu mà không cần thiết kế * Nhược điểm + Cần có công nghệ đại loại máy quét hình + Giá thành cao 2.1 Quy trình công nghệ thiết kế ngược Ngày với phát triển khoa học công nghệ đại, trình sản xuất sản phẩm ngày chuyên môn hóa, việc chế tạo loại sản phẩm chia tách thành nhiều công đoạn riêng biệt có quan hệ mật thiết với theo tiêu chuẩn chung thống hợp thành quy trình sản xuất Tuy có nhiều cải tiến song qui trình sản xuất nhìn chung biểu sơ đồ (Hình 1.2) Trong quy trình thiết kế thuận, xuất phát từ ý tưởng thiết kế (của người thiết kế khách hàng mô tả sản phẩm), người thiết kế phác thảo sơ sản phẩm (bản vẽ CAD) Bản vẽ phác thảo tính toán, phân tích, kiểm tra thông số kỹ thuật, tính công CHƯƠNG III: MỘT SỐ CÔNG NGHỆ TẠO MẪU NHANH ĐIỂN HÌNH 3.1 Công nghệ tạo mẫu nhanh SLA Phương pháp tạo mẫu nhanh SLA (Stereo Lithography Aparatus) phát minh Charles Hull vào năm 1984 phát triển công ty 3D Systems – ỹM(thànhập l năm 1996 Charles W Hull Raymond - S – Freed) t mẫu nhanh SLA Hình 4.1:Máy ạo Thiết bị SLA – 190 thiết bị phương pháp tạo mẫu nhanh sử dụng tia laser He-Cd Thiết bị SLA sử dụng tia laser HeCd Thiết bị SLA – 350 sử dụng laser trạng thái rắn Nd: YVO4 Thiết bị SLA – 500 sử dụng tia laser Argon-ion mạnh Tất thiết bị sử dụng chung loại vật liệu sản xuất loại nhựa lỏng có khả đông đặc tác dụng tia tử ngoại như: tia gama, tia cực tím, tia x, tia electron, phóng xạ trường điện từ, … expoxy, actylates, … Tên thương mại loại nhựa là: Accura 60 plastic, Accura 25 plastic, Accura 10 plastic, Accura 50 Natural plastic, Accura 50 Grey plastic, Accura Bluestone nanocomposite plastic, Accura 45HC plastic… * Qúa trình tạo mẫu phương pháp SLA trải qua giai đoạn - Tạo mô hình CAD 3D - Tạo file liệu STL - Kiểm tra - Tạo mẫu - Hậu xử lý Nguyên lý làm việc : Hình 3.2: Nguyên lý hoạt động phương pháp SLA Đầu tiên người ta đặt thiết bị nâng cách bề mặt chất lỏng khoảng với độ dày lớp vật liệu (tức lớp nằm cùng) Sau đó, chùm tia laser điều khiển máy tính thông qua hệ thống quét quang học quét lên bề mặt theo tiết diện mặt cắt Vật liệu lỏng bị tác động chùm tia laser bị đông đặc lại xử lý Sau đó, Cơ cấu nâng dịch chuyển xuống phía đoạn chiều dày lớp trình lặp lại Các lớp liên kết lại với thành khối Cuối vật thể lấy từ thùng đựng chất lỏng chất lỏng lại thông thường xử lý lò nung đặc biệt Bởi chi tiết tạo thành môi trường chất lỏng bên vật thể chứa chất lỏng polyme, cần thiết phải thêm kết cấu trợ giúp để tăng độ cứng chi tiết để tránh cho phần chi tiết tạo thành chìm chất lỏng không bị lên không bị trôi tự thùng Sau lấy chi tiết khỏi hệ thống SLA, chi tiết phải trải qua loạt trình hậu xử lý để làm sạch, gỡ bỏ cấu trợ giúp * Một số ưu, nhược điểm phương pháp SLA - Ưu điểm : + Hệ thống cứng vững hoàn toàn tự động + Độ xác kích thước cao +/-0.1 mm + Độ bóng bề mặt cao + Độ phân giải cao phù hợp với chi tiết phức tạp + Với hổ trợ phần mềm chuyên dụng QuickCast cho phép tạo mẫu cho trình đúc khuôn kim loại nhanh chóng xác - Nhược điểm : + Sản phẩm bị cong vênh + Giá thành cao + Vật liệu sử dụng bị hạn chế + Phải qua giai đoạn hậu xử lý + Chi phí vận hành bảo trì cao 3.2 Công nghệ tạo mẫu nhanh SLS Phương pháp SLS (Selective Laser Sintering) phát minh Carl Deckard vào năm 1986 trường đại học Texas sáng chế 1989, đưa thị trường tập đoàn DTM (được thành lập 1987) Thiết bị thương mại hoá vào 1992 Đây phương pháp công nhận sau SLA Phương pháp dựa trình chế tạo lớp chất polymer lỏng thay vật liệu bột Hình 3.3: Máy tạo mẫu nhanh SLS Nguyên lý làm việc: Hình 3.4: Nguyên lý ho t độ ng c ủ a ph ươ ng pháp SLS Phương pháp SLS sử dụng tính chất vật liệu bột hóa rắn tác dụng nhiệt (như nylon, elastomer, kim loại) Một lớp mỏng bột nguyên liệu trải bề mặt xy lanh công tác trống định mức Sau đó, tia laser hóa rắn (kết tinh) phần bột nằm đường biên mặt cắt (không thực làm chảy chất bột), làm cho chúng dính chặt chỗ có bề mặt tiếp xúc Trong số trường hợp, trình nung chảy hoàn toàn hạt bột vật liệu áp dụng Quá trình kết tinh điều khiển tương tự trình polymer hoá phương pháp tạo hình lập thể SLA Sau xy lanh hạ xuống khoảng cách độ dày lớp kế tiếp, bột nguyên liệu đưa vào trình lặp lại chi tiết hoàn thành Trong trình chế tạo, phần vật liệu không nằm đường bao mặt cắt lấy sau hoàn thành chi tiết, xem phận phụ trợ lớp xây dựng Điều làm giảm thời gian chế tạo chi tiết dùng phương pháp Phương pháp SLS áp dụng với nhiều loại vật liệu khác nhau: Policabonate, PVC, ABS, nylon, sáp,… Những chi tiết chế tạo phương pháp SLS tương đối nhám có lỗ hỗng nhỏ bề mặt nên cần phải xử lý sau chế tạo (xử lý tinh) Vật liệu sử dụng: Polycacbonate (PC), nylon, sáp, bột kim loại (copper polyamide, rapid steel), bột gốm (ceramic), glass filled nylon, vật liệu đàn hồi (elastomer) * Quá trình tạo mẫu : Sản phẩm chia thành lát cắt từ file định dạng STL tạo lớp cách trải lớp bột, thiêu kết nguồn laser CO2 theo bước sau : - Một lớp vật liệu bột nóng chảy đặt vào buồng chứa sản phẩm - Lớp vật liệu bột quét tia laser CO2 đông đặc lại vật liệu bột không xử lý đưa trở thùng chứa liệu - Khi lớp thứ hoàn thành lớp vật liệu bột thứ hai cấp thông qua lăn khí chuẩn bị cho trình quét lớp thứ hai - Bước hai bước ba lặp lại sản phẩm hoàn thành Sau trình kết thúc, sản phẩm lấy khỏi buồng xử lý qua giai đoạn hậu xử lý đánh bóng lại phun cát tùy ứng dụng sản phẩm * Một số ưu, nhược điểm phương pháp SLS - Ưu điểm : + Số lượng vật liệu đưa vào trình cao giúp cho trình tạo mẫu nhanh chóng + Vật liệu đa dạng, không đắt tiền + Vật liệu an toàn + Không cần cấu hỗ trợ (Support) + Giảm bóp méo ứng suất + Giảm giai đoạn trình hậu xử lý cần phun cát + Không cần xử lý tinh (Post-curing) + Chế tạo lúc nhiều chi tiết - Nhược điểm : + Độ bóng bề mặt thô + Chi tiết trạng thái rỗ + Lớp đòi hỏi đế tựa để giảm ảnh hưởng nhiệt + Mật độ chi tiết không đồng + Thay đổi vật liệu cần phải làm máy kỹ 3.3 Công nghệ tạo mẫu nhanh LOM Công nghệ tạo mẫu LOM (Laminate Object Manufacturing ) phát minh Michael Feygin vào năm 1985 tung thị trường công ty Helisy Hình 3.5 : Nguyên lý hoạt động phương pháp LOM Nguyên lý làm việc: Đầu tiên, thiết bị nâng vị trí cao cách lăn nhiệt khoảng độ dày lớp vật liệu, lăn nhiệt cán lớp vật liệu này, bề mặt vật liệu có chất kết dính mà ép gia nhiệt trục lăn giúp lớp liên kết với lớp trước Hệ thống quang học đưa tia laser đến để cắt vật liệu theo hình dạng hình học mô hình tạo từ CAD Vật liệu cắt tia laser theo đường viền mặt cắt lát Phần vật liệu dư thu hồi lăn hồi liệu Sau đế hạ xuống cấu nâng hạ xuống thấp vật liệu nạp vào, cấu lại nâng lên chậm đến vị trí thấp chiều cao trước đó, trục cán tạo liên kết lớp thứ hai với lớp thứ chiều dày lớp vật liệu Chu kỳ lặp lại kết thúc Những vật liệu dư đóng vai trò cấu phụ trợ để đỡ cho chi tiết Vật liệu dư cắt thành đường ngang dọc (crosshatch) Những đường giao tuyến song song làm bong vật liệu dư để lấy dễ dàng sau chế tạo Sau đó, bề mặt chi tiết đánh bóng, xi mạ, sơn phủ theo yêu cầu Theo nguyên tắc tất vật liệu dạng sử dụng cho hệ thống LOM Nhưng thông thường LOM sử dụng nhiều giấy, plastic, gốm vật liệu composite * Một số ưu nhược điểm phương pháp LOM - Ưu điểm: + Vật liệu đa dạng, rẻ tiền Về nguyên tắc sử dụng loại vật liệu: giấy, chất dẻo, kim loại, composites gốm + Độ xác cao đạt tốt 0,25 mm Bằng việc cắt vật liệu thay hóa rắn nó, hệ thống bảo vệ đặc tính ban đầu vật liệu + Không cần thiết kết cấu hỗ trợ + Tốc độ cao, nhanh phương pháp tạo lớp khác tia laser không cắt toàn diện tích mà quét theo chu vi bên Do đó, vật liệu dày mỏng có tốc độ cắt + Không có thay đổi pha trình chế tạo chi tiết nên tránh độ co rút vật liệu + Không độc hại ô nhiễm môi trường - Nhược điểm: + Không thu hồi vật liệu dư Sự cong vênh chi tiết thường vấn đề phương pháp LOM + Lấy sản phẩm khỏi kết cấu hỗ trợ khó khăn + Độ bóng bề mặt không cao 3.4 Công nghệ tạo mẫu nhanh SGC Hệ thống tạo mẫu nhanh SGC (Solid Ground Curing) sản xuất công ty Cubital Ltd Công ty Cubital Ltd thành lập 1987 sản phẩm thương mại 1991 Bên Israel, công ty Cubital có công ty Mỹ Đức Các sản phẩm Cubital bao gồm: Solider 4600 Solider 5600 (tính đến năm 1997) Nguyên lý làm việc: Chi tiết xây dựng lớp từ vật liệu lỏng photopolymer.Vật liệu bị động cứng tác dụng tia cực tím Các bước tiến hành sau: - Chuẩn bị liệu - Tạo mặt nạ tạo mẫu Mặt nạ tạo từ liệu CAD nhập in suốt (thủy tinh) phương pháp tĩnh điện, giống trình sử dụng máy photocopy máy in laser Một lớp màu đen phủ lên toàn bề mặt trừ tiết diện sản phẩm thể miền suốt phản ánh xác mặt cắt lớp hành sản phẩm Lớp màu đen xóa để tạo mặt nạ cho lớp vật liệu Dưới tác dụng chùm tia tử ngoại xuyên qua thuỷ tinh thuỷ tinh di chuyển đến vị trí gần phía đỉnh lớp mỏng chất lỏng polymer chiếu vào thùng vật liệu bên Phần vật liệu bị chiếu tia tử ngoại đông đặc nhanh chóng, lúc hình ảnh thuỷ tinh xoá để chuẩn bị cho lớp Vật liệu dư không bị đông đặc thu hồi lại, khoảng trống xung quanh sản phẩm chế tạo điền đầy sáp (wax), có tác dụng phận hỗ trợ suốt trình tạo sản phẩm Để đảm bảo cho trình hoá rắn nhanh, sáp lỏng đông đặc làm nguội sáp Sau đó, đầu phay làm nhẵn bề mặt sản phẩm xác định bề dày lớp Bộ phận đỡ sản phẩm dịch xuống chiều dày lớp trình lặp lại hoàn thành sản phẩm * Một số ưu nhược điểm phương pháp SGC - Ưu điểm: + Hệ thống xử lý song song: trình tạo mẫu xử lý tinh xảy song song tiết kiệm thời gian từ 25-50%, giảm ứng suất bên độ cong vênh sản phẩm + Không cần thiết kế kết cấu hỗ trợ + Đặc tính sản phẩm đồng + Có thể chế tạo lúc nhiều sản phẩm - Nhược điểm: + Giá thành cao, thiết bị làm việc ồn + Vật liệu sử dụng bị hạn chế + Phải qua giai đoạn hậu xử lý + Chi phí vận hành bảo trì cao + Phải lấy sáp khỏi sản phẩm chế tạo xong 3.5 Tạo mẫu nhanh công nghệ in chiều Công nghệ in chiều (3D Printing Technology) sản phẩm hãng Zcoporation Mỹ hãng chuyên cung cấp, sản xuất cung cấp thiết bị tạo mẫu nhanh với công nghệ in chiều có tốc độ nhanh nay.Công nghệ chế tạo sản phẩm mẫu nhanh, dễ dàng với chi phí thấp từ liệu dạng CAD dạng kỹ thuật số khác Thiết bị in chiều sử dụng công nghệ kết dính vật liệu bột phát minh sáng chế Ely Sachs học viện công nghệ Massachusetts (MIT) mỹ để chế tạo chi tiết trực tiếp từ file liệu số Hình 3.6: Máy in chiều * Nguyên lý làm việc Phương pháp 3D Printing hoạt động theo nguyên tắc in “phun mực” Một loại mực keo đặc biệt phun lên lớp bột nhựa trải phẳng hoá cứng Như chúng tạo lớp lớp tạo vật thể Hình 3.7: Cấu tạo máy in chiều Công nghệ thực qua bước : - Đầu tiên thiết bị trải lớp bột mỏng - Sau đầu phun chất dính kết để tạo mặt tiết diện ngang chi tiết sản phẩm - Lúc piston hạ xuống bậc tạo không gian cho lớp (mặt tiết diện mới) hình thành - Quá trình lặp lại toàn chi tiết sản phẩm hình thành - Sau hoàn thành chi tiết sản phẩm bao bọc lớp bột thừa, lúc việc rung lắc nới lỏng bột để lấy chi tiết sản phẩm Bột thừa tái sử dụng * Một số ưu nhược điểm công nghệ in 3D - Ưu điểm: + Tốc độ hình thành sản phẩm nhanh, gấp 5-10 lần so với công nghệ khác + Chi phi đầu tư sở hữu thấp lĩnh vực công nhgệ tạo mẫu nhanh + Chi phí nguyên vật liệu chi phí sản xuất thấp + Đa dạng vật liệu chế tạo ứng dụng + Có thể in vật có cấu tạo hình học phức tạp mà không cần giá đỡ + Dễ dàng chuẩn bị, sử dụng, bảo dưỡng + Là công nghệ tạo mẫu có đầy đủ màu sắc lên đến hàng triệu màu + Công nghệ in 3D cho phép chế tạo sản phẩm đa dạng từ vật liệu khác nhau, màu sắc khác nhau, khối lượng kích thước với tỷ lệ khác so với chi tiết sản phẩm thật -Nhược điểm: Vấn đề an toàn:Thật không may, máy in 3D kim loại chưa đủ an toàn để khuyến khích để sử dụng phạm vi gia đình hoạt động chúng thường phát tia lửa điều đòi hỏi thiết bị an toàn phòng cháy chữa cháy Một mối quan tâm khác kèm với mặt tích cực việc sản xuất máy in 3D mặt trái Ví dụ sản xuất súng nhờ máy in 3D Khả mà người tự tạo vũ khí in 3D súng, dao nhà mà nghe tới ngày tăng lên mà giá máy in 3D giảm nhanh chóng Phạm vi ứng dụng hạn chế:Các máy in 3D kim loại dạng mã nguồn mở, DIY giai đoạn đầu chúng Điều có nghĩa chúng có khiếm khuyết, phải tiền nhiều trước thực nhiều công việc Ngoài có phương pháp khác: 3DP, DSPC, BPM, DFL, SDM, MSDM, FDM [...]... quá trình gia công ặt m người trên máy phay CNC : Hình 1.4: Phay mặt người trên máy CNC 4.1 Phương pháp và thiết bị số hóa trong công nghệ thiết kế ngược Sự khác biệt lớn nhất và chủ yếu giữa công nghệ thiết kế thuận và thiết kế ngược chính là công đoạn số hóa sản phẩm Số hóa sản phẩm tức là lấy dữ liệu hình học của sản phẩm ở dạng dữ liệu thô ban đầu (Raw Geometric Data) Đối với thiết kế thuận đó chính... nay công ty nào sớm đưa ra được mẫu mã mới sẽ chiếm được thị phần và giành được lợi nhuận cao nhất Còn công ty nào đưa ra sản phẩm mới chậm hơn sẽ không còn cơ hội có được lợi nhuận Do vậy công nghệ thiết kế ngược RE thực sự sẽ là trọng tâm của công nghệ thiết kế sản phẩm của tương lai Mô hình quét mẫu sản phẩm Mô hình CAD đưa ra Hình 1.9 : Ứng dụng RE thiết kế lại sản phẩm cơ khí phức tạp * Công nghệ. .. theo quý, theo tháng hay theo tuần trước kia Với tính ưu việt về thời gian và độ chính xác, công nghệ thiết kế ngược hứa hẹn sẽ là công nghệ thiết kế chủ đạo của nền sản xuất PHẦN II : CÔNG NGHỆ TẠO MẪU NHANH CHƯƠNG II : TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ TẠO MẪU NHANH Từ dữ liệu mô hình CAD, chúng ta có thể áp dụng công nghệ tạo mẫu nhanh (Rapid Prototyping) để tạo mẫu sản phẩm Cũng có thể tạo mẫu trên máy phay... bị công nghệ (CAPP) gia công tạo mẫu nhanh hoặc lập trình gia công trên máy CNC hay các máy công cụ khác, kiểm tra thực tế cuối cùng mới đưa vào sản cùng mới đưa vào sản xuất đại trà 3.1 Qui trình mô hình hóa mẫu sản phẩm đã có sẵn theo công nghệ thiết kế ngược Quá trình mô hình hóa mẫu sản phẩm có sẵn, tạo ra các mô hình CAD cụ thể của vật mẫu là công đoạn quan trọng và là trọng tâm của công nghệ thiết. .. chúng mà không hề có bản vẽ thiết kế Hay khi muốn sản xuất theo mẫu mã mới tối ưu trên thị trường mà nhà thiết kế ra chúng làm mất, làm hỏng, hoặc không muốn cung cấp tài liệu thiết kế Đặc biệt là khi sản phẩm có hình dạng rất phức tạp, khó miêu tả như hình người , hình con vật … Hình 1.10 : Ứng dụng công nghệ thiết kế ngược lấy mẫu mặt người và động vật * Trong khảo cổ học, công nghệ RE cho phép khôi phục... * Ưu điểm của công nghệ tạo mẫu nhanh Tạo mẫu nhanh có những ưu điểm sau đây: + Tăng khả năng quan sát trong quá trình thiết kế + Tạo được mẫu có độ phức tạp cao + Giảm chi phí, thời gian thiết kế và chế tạo + Cho phép giảm chu kỳ thiết kế, chế tạo sản phẩm để mang sản phẩm ra thị trường nhanh hơn * Nhược điểm của công nghệ tạo mẫu nhanh + Độ bền của mẫu phụ thuộc vào vật liệu và công nghệ sử dụng +... quá trình thiết kế cơ khí So với phương pháp gia công truyền thống kỹ thuật này có ưu điểm như sau: Không cần chuẩn bị dụng cụ cắt gọt Không tốn đồ gá, sửa đổi nhanh, thiết kế lại chi tiết thuận lợi, có thể thiết kế những chi tiết phức tạp mà khi gia công trên những máy công cụ số khó khăn hoặc không gia công được Ra đời vào năm 1998, kỹ thuật tạo mẫu nhanh đang tồn tại hơn 30 công nghệ khác nhau như... vào sản xuất thực sự Hình 1.2 : Quy trình thiết kế thuận và Quy trình thiết kế ngược Còn trong quy trình thiết kế ngược chúng ta làm ngược lại Xuất phát điểm là 1 mẫu sản phẩm thực tế (Physical part) Mẫu sản phẩm thực này được số hóa và sử lý bằng các thiết bị và phần mềm chuyên dụng để đưa ra mô hình CAD cụ thể Sau đó được mô hình CAD cho sản phẩm rồi thì các công đoạn tiếp theo cũng giống như chu trình... Geometric Data) Đối với thiết kế thuận đó chính là ý tưởng, phác thảo ý tưởng Còn đối với thiết kế ngược thì dữ liệu thô ban đầu được lấy từ 1 sản phẩm có sẵn Trước đây, để đưa ra mô hình CAD cho chi tiết có sẵn theo công nghệ thiết kế ngược, người ta phải đo dò trực tiếp bằng tay, rồi vẽ lại kết quả đo được Công việc này đòi hỏi sự tỉ mỉ và tốn rất nhiều thời gian Ngày nay, nhờ sự trợ giúp của máy... Mô hình CAD Chương trình gia công Khuôn bằng nhôm Hình 1.12 : Ứng dụng RE tạo mảnh sọ não dùng trong y học * Trong thời trang, RE trợ giúp đắc lực cho các nhà thiết kế tạo các trang phục các mẫu mã theo hình dáng con người Hình 1.13 : Sử dụng RE thiết kế nhân vật và môi trường trong Game * Công nghệ RE còn được ứng dụng rộng rãi trong lĩnh vực giải trí, mô phỏng như thiết kế các nhân vật trong Game 3D, ... III: MỘT SỐ CÔNG NGHỆ TẠO MẪU NHANH ĐIỂN HÌNH 34 3.1 Công nghệ tạo mẫu nhanh SLA 37 3.2 Công nghệ tạo mẫu nhanh SLS 40 3.3 Công nghệ tạo mẫu nhanh LOM 43 3.4 Công nghệ tạo... thủ công, đo vẽ tay.Việc ứng dụng thiết bị số hóa công nghệ cao chuyên dụng, phần mềm thiết kế ngược chưa nhiều Chỉ có số công ty làm theo hợp đồng công ty Hoàng Quốc, Trung tâm dịch vụ công. .. xác, công nghệ thiết kế ngược hứa hẹn công nghệ thiết kế chủ đạo sản xuất PHẦN II : CÔNG NGHỆ TẠO MẪU NHANH CHƯƠNG II : TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ TẠO MẪU NHANH Từ liệu mô hình CAD, áp dụng công