máy tạo mẫu nhanh công nghệ DLP

Báo cáo luận văn tốt nghiệp Nghìn GVHD: PGS.TS Đặng Văn Trường Đại Học Quốc Gia Tp.HCM Cộng Hòa Xã Hội Chủ Nghĩa Việt Nam TRƯỜNG ĐH BÁCH KHOA Độc lập - Tự - Hạnh phúc   KHOA: CƠ KHÍ NHIỆM VỤ LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP BÔ MÔN: CHẾ TẠO MÁY HỌ VÀ TÊN: NGUYỄN ĐÌNH TRỌNG MSSV: 21003623 NGÀNH: KỸ THUẬT CHẾ TẠO LỚP: CK10CTM3 Đầu đề luận văn: TÍNH TOÁN - THIẾT KẾ MÁY TẠO MẪU NHANH THEO CÔNG NGHỆ DLP (DIGITAL LIGHT PROCESSING) Nhiệm vụ (yêu cầu nội dung số liệu ban đầu): • • • • Tìm hiểu công nghệ tạo mẫu nhanh DLP Nghiên cứu tìm hiểu phương pháp thiết kế máy tạo mẫu nhanh theo công nghệ DLP Thiết kế hệ thống khí cho máy tạo mẫu nhanh DLP Tìm hiểu hệ thống điều khiển tạo mẫu nhanh DLP Ngày giao nhiệm vụ luận văn: Ngày hoàn thành nhiệm vụ: Họ tên giáo viên hướng dẫn: Phần hướng dẫn PGS.TS Đặng Văn Nghìn 100% Nội dung yêu cầu LVTN thông qua Bộ môn Ngày…Tháng… Năm 2015 CHỦ NHIỆM BỘ MÔN GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN CHÍNH PGS.TS Đặng Văn Nghìn PHẦN DÀNH CHO KHOA, BỘ MÔN Người duyệt (chấm sơ bộ): Đơn vị: SVTH: NGUYỄN ĐÌNH TRỌNG Ngày bảo vệ: Điểm tổng kết: Báo cáo luận văn tốt nghiệp Nghìn GVHD: PGS.TS Đặng Văn NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN Báo cáo luận văn tốt nghiệp GVHD: PGS.TS Đặng Văn Nghìn LỜI CẢM ƠN Được theo học mái trường Đại học Bách Khoa TP.HCM suốt năm qua có lẽ khoảng thời gian đáng ghi nhớ đời Xin chân thành gửi lời cảm ơn sâu sắc đến Quý thầy cô giáo trường, đặc biệt Quý thầy cô khoa Cơ Khí, môn Chế Tạo Máy tận tình dạy bảo, truyền đạt cho tảng kiến thức vững chuyên ngành kinh nghiệm quý báu sống Con xin cám ơn ba mẹ, người có công sinh thành duỡng dục tạo điều kiện vật chất lẫn tinh thần để tiếp tục đuờng học tập đến ngày hôm sau này, ba mẹ nguồn động lực để cố gắng, phấn đấu Đặc biệt, em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến giảng viên hướng dẫn, thầy PGS.TS Đặng Văn Nghìn anh bên Viện Cơ Học Và Ứng Dụng anh Gia Xuân Long, anh Kiều Nguyễn Phương Đại, anh Cao Trần Ngọc Tuấn anh Phạm Quang Thắng tận tình bảo, góp ý ủng hộ em thực đề tài luận văn Chúc Thầy anh mạnh khỏe, thành công công việc sống Em xin chân thành cảm ơn! Cảm ơn bạn lớp CK10CTM3 giúp đỡ cộng tác với suốt thời gian qua TP.HCM, ngày tháng năm 2015 Sinh viên Nguyễn Đình Trọng ` SVTH: NGUYỄN ĐÌNH TRỌNG Báo cáo luận văn tốt nghiệp GVHD: PGS.TS Đặng Văn Nghìn TÓM TẮT LUẬN VĂN Công nghệ tạo mẫu nhanh công nghệ đời khoảng năm cuối kỉ 20 phát triển với tốc độ chóng mặt Ứng dụng tạo mẫu nhanh nhanh chóng mở rộng sang nhiều lĩnh vực khác, tác động sâu, rộng đến nhiều ngành công nghiệp khác Có thể thấy, công nghệ tạo mẫu nhanh tương lai mang lại cú đột phá sản xuất, tác động đến sản xuất cách sâu rộng Do đó, nghiên cứu lý luận giai đoạn khởi đầu công nghiệp tạo mẫu nhanh trở thành mục tiêu trọng tâm mang tính quốc tế, nghiên cứu dựa hệ thống vật liệu hệ thống điều khiển điện tử sẵn có Phân tích lý thuyết nghiên cứu thực nghiệm trình tạo mẫu nhanh, nghiên cứu cải thiện vấn đề tính toán lí thuyết trình tạo mẫu nhanh thực tế Trong luận văn chủ yếu tập trung nghiên cứu máy tạo mẫu nhanh dùng vật liệu nhựa lỏng, tìm hiểu tính chất vật liệu nhựa cảm quang Bên cạnh đó, làm thí nghiệm khảo sát mối liên hệ nguồn sáng từ máy chiếu đông đặc nhựa lỏng, từ đưa điều kiện để lựa chọn máy chiếu cho phù hợp thông số tạo mẫu thực tế để điều chỉnh thông số máy cho tối ưu, đạt hiệu cao ` SVTH: NGUYỄN ĐÌNH TRỌNG Báo cáo luận văn tốt nghiệp GVHD: PGS.TS Đặng Văn Nghìn MỤC LỤC CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN Ngày nhu cầu tạo nên mẫu sản phẩm ban đầu nhu cầu thiết yếu trình sản xuất, trước sản xuất hàng loạt sản phẩm phải cần tạo mẫu sản phẩm trước để kiểm tra tính thực khả thi Nếu mẫu sản phẩm xác bao nhiêu, nhanh tránh lỗi mắc phải trình sản xuất sau tiết kiệm chi phí sản xuất nhiêu Bên cạnh tính cạnh tranh thị trường ngày cao nên vòng đời sản phẩm ngày rút ngắn, vấn đề phát triển sản phẩm để đáp ứng nhu cầu người tiêu dùng thời gian ngắn quan trọng doanh nghiệp Chính điều mà công nghê tạo mẫu nhanh ngày quan tâm phát triển Ngoài công nghê ứng dụng nhiều công nghệ y sinh…Càng cho thấy tính quan trọng công nghệ tạo mẫu nhanh ` SVTH: NGUYỄN ĐÌNH TRỌNG Báo cáo luận văn tốt nghiệp GVHD: PGS.TS Đặng Văn Nghìn GIỚI THIỆU VỀ CÔNG NGHỆ TẠO MẪU NHANH: 1.1.1 Khái niệm công nghệ tạo mẫu nhanh: - Có thể hiểu công nghệ tạo mẫu nhanh (RP) kỹ thuật gia công đặc biệt tạo mô hình sản phẩm nhanh chóng mẫu chi tiết từ liệu 3D sử dụng để tạo nên mô hình vật thể thật Hệ thống tạo mẫu nhanh cho phép xây dựng mô hình vật thể cách đáp dần vật liệu theo lớp trái ngược với phương pháp thông thường lấy vật liệu khỏi phôi Định nghĩa coi toàn diện tạo mẫu nhanh Terry Wohlers (Chủ tịch hiệp hội tạo mẫu nhanh giới) báo cáo năm 2011 là: “Tạo mẫu nhanh công nghệ chế tạo mô hình vật lý mẫu sản phẩm từ liệu thiết kế ba chiều máy tính từ liệu cắt lớp điện toán CT, cộng hưởng từ MRI từ liệu thiết bị số hóa ba chiều” 1.1 Lịch sử hình thành phát triển công nghệ tạo mẫu nhanh: 1.1.2.1 Ba thời kỳ trình tạo mẫu: Quá trình tạo mẫu phân làm ba thời kỳ Hai thời kỳ sau đời khoảng chục năm trở lại Tương tự trình tạo mẫu máy vi tính, tính chất vật lý mẫu nghiên cứu phát triển thời kỳ thứ ba 1.1.2 Thời kỳ đầu: tạo mẫu tay Thời kỳ xuất cách khoảng vài kỷ Trong thời kỳ này, mẫu điển - hình độ phức tạp cao chế tạo mẫu trung bình khoảng tuần Phương pháp tạo mẫu phụ thuộc hoàn toàn vào tay nghề người tạo mẫu phải thực công việc cách nặng nhọc ` SVTH: NGUYỄN ĐÌNH TRỌNG Báo cáo luận văn tốt nghiệp GVHD: PGS.TS Đặng Văn Nghìn Hình 1.1: Tạo mẫu tay Thời kỳ thứ hai: sử dụng phần mềm tạo mẫu hay tạo mẫu ảo - Thời kỳ thứ hai tạo mẫu phát triển vào năm 1970 Thời kỳ có phần mềm tạo mẫu hay tạo mẫu ảo Việc ứng dụng phần mềm thuộc hệ thống CAD/CAE/CAM trở nên phổ biến Phần mềm tạo mẫu phác họa máy vi tính suy nghĩ, ý tưởng Các mẫu thời kỳ trở nên phức tạp nhiều so với thời kỳ đầu Thời gian yêu cầu cho việc tạo mẫu khoảng 16 tuần Tính chất vật lý mẫu phụ thuộc vào phương pháp tạo mẫu trước Tuy nhiên, việc vận dụng máy gia công xác cải thiện tốt tính chất vật lý mẫu Quá trình tạo mẫu ảo có vai trò quan trọng cho phát triển công nghệ tạo mẫu nhanh thời kì thứ ba ` SVTH: NGUYỄN ĐÌNH TRỌNG Báo cáo luận văn tốt nghiệp GVHD: PGS.TS Đặng Văn Nghìn Hình 1.2: Tạo mẫu phần mềm (tạo mẫu ảo) Thời kỳ thứ ba: sử dụng công nghệ tạo mẫu nhanh - Thời kỳ thứ ba thời kỳ bùng nổ mạnh mẽ công nghệ kinh tế giới Vào thời điểm số lượng nhà sản xuất, công ty, doanh nghiệp tăng lên không ngừng, tạo môi trường cạnh tranh vô liệt Việc đưa sản phẩm thị trường nhanh đối thủ trở nên quan trọng không nói vấn đề sống Khi sản phẩm đời phải trải qua nhiều công đoạn bao gồm thiết kế, chế tạo, kiểm tra tiếp thị Để đưa sản phẩm thị trường nhanh chóng thời gian chi phí cho giai đoạn phải rút ngắn triệt để Trong bối cảnh đó, công nghệ tạo mẫu nhanh đời giải vấn đề Nó giúp việc tạo mẫu xuống thời gian tuần so với việc tạo mẫu thời kỳ thứ hai Hình 1.3: Tạo mẫu công nghệ tạo mẫu nhanh 1.1.2.2 Lịch sử hình thành phát triển công nghệ tạo mẫu nhanh: ` SVTH: NGUYỄN ĐÌNH TRỌNG Báo cáo luận văn tốt nghiệp GVHD: PGS.TS Đặng Văn Nghìn Hình 1.4: Biểu đồ lịch sử hình thành phát triển công nghệ tạo mẫu nhanh 1984 Charles Hull người phát triển công nghệ tạo vật thể hữu hình vật lý 3D từ liệu số mở đầu cho đời công nghệ tạo mẫu nhanh 1986 Charles Hull đặt tên cho công nghệ Stereolithography đăng ký quyền phát minh Charles Hull thành lập công ty 3D System phát triển máy in 3D thương mại gọi Stereolithography Apparatus (SLA) ` SVTH: NGUYỄN ĐÌNH TRỌNG Báo cáo luận văn tốt nghiệp GVHD: PGS.TS Đặng Văn Nghìn Hình 1.5: Hình ảnh máy SLA • Cùng năm phát minh LOM, SLS, DTM, EOS đăng ký quyền • 1987 3D System phát triển dòng sản phẩm SLA-250, phiên máy tạo mẫu nhanh giới thiệu công chúng • 1988 Scott Crump phát minh công nghệ Fused Deposition Modeling (FDM) ` SVTH: NGUYỄN ĐÌNH TRỌNG 10 Báo cáo luận văn tốt nghiệp GVHD: PGS.TS Đặng Văn Nghìn Hình 6.6: Cụm Z sau láp ráp xong bể đựng dung dịch 6.1.3 Cụm trục X: - Như trình bày chức cụm trục X dùng để chuyển qua lại giúp làm dung dịch nhựa lỏng trình tạo mẫu giảm tượng dính giữ chi tiết bể đựng dung dịch Vì cụm trục X gồm thành phần: ray trượt, trượt, tay quay culit đế * Ray trượt trượt: - Cũng hộp vít me-đai ốc bi, ray trượt trượt sản xuất sẵn từ nha cung cấp theo tiêu chuẩn, ta việc lựa chọn thông số cho phù hợp thiết kế mang lắp ráp ` SVTH: NGUYỄN ĐÌNH TRỌNG 104 Báo cáo luận văn tốt nghiệp GVHD: PGS.TS Đặng Văn Nghìn - Một số nhà cung cấp ray trượt-con trượt: http://nitechvietnam.com/site/tin-tuc/thanh-ray-truot-vuong-thk-iko-samick-abba-hiwinniko_3409.html http://anhbanmai.vn/phu-kien-bep-noi-that/ray-truot-hoc-tu/ray-truot-hafele http://www.globalspec.com/supplier/profile/THKAmerica Hình 6.7: Ray trượt trượt * Tay quay culit: - Vì chịu tải trọng lớn tăng tính thẩm mỹ cho máy ta chọn nhôm làm vật liệu cho tay quay culit ` SVTH: NGUYỄN ĐÌNH TRỌNG 105 Báo cáo luận văn tốt nghiệp GVHD: PGS.TS Đặng Văn Nghìn Hình 6.8: Tay quay culit * Hai đế: - Cũng để tăng tính thẩm mỹ giảm bớt tải trọng cho khung máy nên vật liệu làm hai đế nhôm + Tấm đế trên: dùng để gắn với trượt ray gắn bể đựng dung dịch Hình 6.9: Tấm đế ` SVTH: NGUYỄN ĐÌNH TRỌNG 106 Báo cáo luận văn tốt nghiệp GVHD: PGS.TS Đặng Văn Nghìn + Tấm đế dưới: dùng để gắn toàn cụm X lên khung máy Hình 6.10: Tấm đế * Bể đựng dung dịch: - Như trình bày phần phân tích phương án ta chọn vật liệu cho bể dựng dung dịch kính suốt để tăng khả chiều sáng, giảm khúc xạ ` SVTH: NGUYỄN ĐÌNH TRỌNG 107 Báo cáo luận văn tốt nghiệp GVHD: PGS.TS Đặng Văn Nghìn Hình 6.11: Hình ảnh bể đựng dung dịch Hình 6.12: Kết cụm trục X sau thiết kế ` SVTH: NGUYỄN ĐÌNH TRỌNG 108 Báo cáo luận văn tốt nghiệp GVHD: PGS.TS Đặng Văn Nghìn 6.1.4 Láp ráp toàn máy: - Sau chết tạo xong cụm ta tiến hành đến đước cuối lắp ráp hoàn thiện máy - Trình tự láp ráp tiến hành sau: + Bước 1: Tiến hành lắp ráp cụm trục Z lên khung trước + Bước 2: Tiến hành lắp ráp cụm trục X lên khung + Bước 3: Sau láp cụm X xong ta gắn bể đựng dung dịch nhựa lỏng lên cụm trục X + Bước 4: Tiếp tục ta gắn giữ máy chiếu máy chiếu lên khung + Bước 5: Lắp mạch điều khiển vào máy + Bước 6: Tiến hành gắn cacte che chắn cửa lên máy + Bước 7: Canh chỉnh, calip lại cho xác ` SVTH: NGUYỄN ĐÌNH TRỌNG 109 Báo cáo luận văn tốt nghiệp GVHD: PGS.TS Đặng Văn Nghìn Hình 6.13: Hình ảnh máy sau láp ráp hoàn thành ` SVTH: NGUYỄN ĐÌNH TRỌNG 110 Báo cáo luận văn tốt nghiệp GVHD: PGS.TS Đặng Văn Nghìn 6.2 Kết chế tạo: ` SVTH: NGUYỄN ĐÌNH TRỌNG 111 Báo cáo luận văn tốt nghiệp GVHD: PGS.TS Đặng Văn Nghìn ` SVTH: NGUYỄN ĐÌNH TRỌNG 112 Báo cáo luận văn tốt nghiệp GVHD: PGS.TS Đặng Văn Nghìn ` SVTH: NGUYỄN ĐÌNH TRỌNG 113 Báo cáo luận văn tốt nghiệp GVHD: PGS.TS Đặng Văn Nghìn ` SVTH: NGUYỄN ĐÌNH TRỌNG 114 Báo cáo luận văn tốt nghiệp GVHD: PGS.TS Đặng Văn Nghìn ` SVTH: NGUYỄN ĐÌNH TRỌNG 115 Báo cáo luận văn tốt nghiệp GVHD: PGS.TS Đặng Văn Nghìn Hình 6.14: Những hình ảnh kết chế tạo 6.3 Kết luận: Trong khoảng thời gian thực luận văn, với hạn hẹp kiến thức, kinh nghiệm chế tạo, nên trình thiết kế nhiều sai sót Vẫn số vấn đề chưa giải đáp ứng yêu cầu đưa như: - Chưa khắc phục tốt tượng bám dính bề mặt bể đựng dung dịch bề mặt giữ chi tiết ` SVTH: NGUYỄN ĐÌNH TRỌNG 116 Báo cáo luận văn tốt nghiệp GVHD: PGS.TS Đặng Văn Nghìn - Máy chế tạo chưa hoàn chỉnh tối ưu kỹ thuật tính kinh tế Vì vậy, sau hoàn thành luận văn có số đề suất sau: - Vẫn tiếp túc hướng phát triển máy tạo mẫu nhanh DLP theo hướng chiều từ lên, khả tạo mẫu lớn tiết kiệm dung dịch nhựa lỏng (vì dung dịch nhựa lỏng có giá thành cao) - Nêu khắc phục tượng bám dính bể đựng dung dịch giữ chi tiết cách làm bể vật liệu suốt, chống dính tốt nhựa FEP dùng kính cầm tráng lớp PTFE hay Sylgard 184 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] [2] [3] [4] “ B9creator ”, Internet: https://www.b9c.com/ “DLP”, Internet: https://code.google.com/p/lemoncurry/wiki/main “Lm Guide Actuator THK” Internet: https://tech.thk.com, 2014 LM Guide THK http://vietnam.tech-dir.com/vi/companies/20672/products/1543 ` SVTH: NGUYỄN ĐÌNH TRỌNG 117 Báo cáo luận văn tốt nghiệp [5] GVHD: PGS.TS Đặng Văn Nghìn http://www.3ders.org/articles/20120911-a-list-of-diy-high-resolution-dlp-3d- printers.html [6] http://sangtao3d.com/cong-nghe-in-3d/lich-su-phat-trien-cua-cong-nghe-in-3d/ [7] Charles W.Hull Imager and method for consistent repeatable alignment in a solid imaging apparatu United States Patent US 7052263 B2, 17/07/2012 Additive Manufacturing Technologies _1441911197 DESIGN CONSIDERATIONS FOR MASK PROJECTION MICROSTEREOLITHOGRAPHY SYSTEMS [10] Development of a Sequential Two-stage Layer Forming Rapid Prototyping [8] [9] Machine Paulo Jorge Bártolo-Stereolithography_ Materials_ Processes and Applications- [11] Springer (2011) [12] Hiroyuki Yasukochi Optical shaping apparatus shaping bas United States Patent US 8113813 B2, 14/04/2012 Lê Khánh Điền Vẽ Kỹ Thuật Cơ Khí, NXB Đại Học Quốc Gia TP Hồ Chí Minh, [13] 2007 [14] Lê Văn Uyển, Vũ Lê Huy Phương pháp tính toán thiết kế lựa chọn truyền động vitme-bi Tuyển tập công trình Hội nghị Cơ học toàn quốc tần thứVIII Hà Nội, 12/2007 [15] PGS.TS Nguyễn Hữu Lộc Cơ Sở Thiết Kế Máy NXB Đại Học Quốc Gia TP Hồ Chí Minh, 2008 Trịnh Chất, Lê Văn Uyển Tính Toán Thiết Kế Hệ Thống Dẫn Động Cơ Khí Tập [16] 1, NXB Giáo Dục [17] Trịnh Chất, Lê Văn Uyển Tính Toán Thiết Kế Hệ Thống Dẫn Động Cơ Khí Tập 2, NXB Giáo Dục ` SVTH: NGUYỄN ĐÌNH TRỌNG 118 ... 2.1.1 Khái niệm: Công nghệ tạo mẫu nhanh DLP công nghệ hãng ENVISIONTEC Đức phát triển vào năm 2002 có nguyên lý giống với công nghệ SLA, ta nói DLP công nghệ cải tiến từ công nghệ SLA Khi thay sử... điểm bật công nghệ tạo mẫu nhanh 1.1.4 Sự khác biệt tạo mẫu công nghệ tạo mẫu nhanh công nghệ cắt gọt truyền thống: Bảng1.1: So sánh nguyên lý xây dựng vật thể công nghệ tạo mẫu nhanh gia công cắt... triển công nghệ tạo mẫu nhanh 1984 Charles Hull người phát triển công nghệ tạo vật thể hữu hình vật lý 3D từ liệu số mở đầu cho đời công nghệ tạo mẫu nhanh 1986 Charles Hull đặt tên cho công nghệ