Cong nghe FDM tạo mẫuCong nghe FDM tạo mẫuCong nghe FDM tạo mẫuCong nghe FDM tạo mẫuCong nghe FDM tạo mẫuCong nghe FDM tạo mẫuCong nghe FDM tạo mẫuCong nghe FDM tạo mẫuCong nghe FDM tạo mẫuCong nghe FDM tạo mẫu
3/11/2015 CƠNG NGHỆ FDM FUSED DEPOSITION MODELING Cơng nghệ đắp vật liệu Lịch sử đời phát triển FDM viết tắt cụm từ Fused Deposition Modeling hiểu tạo mơ hình cách rải dây nóng chảy đắp lớp Cơng nghệ FDM S Scott Crump phát minh vào năm 1988.Năm 1989 S Scott Crump cấp sáng chế vợ Lisa Crump đồng sáng lập cơng ty Stratasys Năm 1992 – Stratasys bán máy FDM có tên “3D Modeler” sau trở thành cơng nghệ chủ đạo lĩnh vực in 3D ngày 3/11/2015 Lịch sử đời phát triển NGUN LÝ FDM Viết chữ kem lên bánh kem 3/11/2015 NGUN LÝ FDM Cơng nghệ FDM cơng nghệ đặc trưng cơng nghệ tạo mẫu nhanh Ngun lý chung cơng nghệ đùn vật liệu dạng sợi để tạo thành mặt cắt mẫu Ngun liệu mà cơng nghệ FDM sử dụng sợi dây nhựa Sợi dây nhựa cung cấp cho đầu đùn nhờ động Đầu đùn làm nóng tới nhiệt độ thích hợp để sợi dây nhựa tan chảy đùn ngồi NGUN LÝ FDM Đầu đùn di chuyển độc lập theo hai phương X, Y (giống máy CNC) tạo nên hình dạng mặt cắt vật thể Để làm lớp bàn nâng mang lớp trước xuống khoảng nhỏ (0.1- 0,3mm) đầu đùn lại tiếp tục đắp lớp mặt căt lên lớp trước Q trình hồn thành tất mặt cắt đắp lên Ngun lý đắp lớp cơng nghệ FDM 3/11/2015 NGUN LÝ FDM • Đầu đùn di chuyển theo hai hướng bàn • Bàn nâng lên hay hạ xuống cần thiết • Sợi nhựa nhiệt dẻo hay sáp đùn qua lỗ phun nhỏ gia nhiệt • Lớp ban đầu đặt sốp với tốc độ khơng đổi • Đầu đùn điều khiển theo file định trước • Sau lớp bàn hạ xuống lớp hình thành Sơ đồ ngun lý cơng nghệ FDM NGUN LÝ FDM Một máy tạo mẫu nhanh sử dụng cơng nghệ FDM gồm có phần bản: phần đùn vật liệu phần điều khiển di chuyển đầu đùn 1/ Phần di chuyển đầu đùn: động đảm nhiệm Thơng qua truyền đai, truyền trục vít me đai ốc bi dẫn động, trượt dẫn hướng đảm bảo cho q trình di chuyển đầu đùn xác giống máy CNC 3/11/2015 NGUN LÝ FDM 2/ Phần đùn vật liệu: Sợi dây nhựa nhỏ có kích thước khoảng 1,75 mm mm cấp cho đầu đùn nhờ động vào Tiếp theo sợi nhựa di chuyển tới vòi phun (hot end) nhựa nung nóng chảy Do động đẩy nhựa vào đầu đùn liên tục mà lượng nhựa nóng chảy bị Sơ đồ ngun lý đưa dây nhựa đẩy ngồi chênh lệnh áp vào đầu đùn suất thơng qua lỗ vòi phun có kích thước từ 0.1 mm 0.4 mm NGUN LÝ FDM Sản phẩm u cầu có vật liệu support 3/11/2015 NGUN LÝ FDM Cấu trúc chung support TRÌNH TỰ CÁC BƯỚC Trình tự làm việc 3D theo cơng nghệ FDM bao gồm bước sau: Bước 1: Lên ý tưởng thực q trình thiết kế mơ hình ảo máy tính Bước 2: Mơ hình thiết kế chuyển sang định dạng trung gian (thường *.stl, *.stl) phần liệu truyền qua phần mềm cắt lớp chun dùng cho máy FDM Bước 3: Phần mềm cắt lớp tính tốn, cắt lớp mẫu dựa u cầu người sử dụng (chiều cao lớp, vật liệu đỡ…) Sau phần mềm đưa thơng số: đường di chuyển đầu đùn, thời gian in, cách thức tạo vật liệu đỡ Phần mềm xuất liệu dạng file *.gcode 3/11/2015 TRÌNH TỰ CÁC BƯỚC Bước 4: Dữ liệu chuyển sang định dạng *.x3g chuyển qua máy tạo mẫu nhanh để điều khiển máy làm việc Máy bắt đầu nung nóng đầu đùn để phần nhựa cũ chảy phần nhựa động đẩy vào đầu đùn nhựa lỏng chảy Bước 5: Đầu đùn di chuyển tới tọa độ mà phần mềm quy định trước thơng qua động dẫn động, truyền động thơng qua truyền đai, vít me dẫn hướng nhờ dẫn hướng Những tọa độ tạo thành mặt cắt mẫu thiết kế TRÌNH TỰ CÁC BƯỚC Bước 6: Để làm lớp bàn nâng mang lớp trước di chuyển xuống đoạn nhỏ (đoạn quy định độ mịn bề mặt vật thể hồn thành) Phần vật liệu khỏi đầu đùn động đặc nhanh liên kết với phần vật liệu lớp đầu đùn tiếp tục di chuyển để đắp lên lớp lớp trước Bước 7: Q trình diễn liên tục với phối hợp làm việc tồn phận hồn thành mẫu thiết kế Máy kết thúc q trình ngừng nung đầu đùn chạy vị trí kết thúc Sau ta gỡ vật liệu đỡ (support) sử lý lại bề mặt cần 3/11/2015 VẬT LIỆU Vật liệu dùng cơng nghệ FDM loại vật liệu nhiệt dẻo chẳng hạn như, ABS, PLA, nylon, Ninjaflex vật liệu y sinh Cuộn nhựa PLA Mẫu làm từ vật liệu Ninjaflex bẻ cong VẬT LIỆU Các đặc trưng vật liệu dùng cơng nghệ FDM 1/ Khả hóa dẻo: Là khả biến đổi trạng thái từ dạng rắn sang dạng chảy dẻo tác dụng nhiệt độ cao Khả giúp ta dễ dàng định hình vật liệu điều phối thể tích vật liệu theo ý muốn Điều mang tính định việc hình thành chiều dày lớp tạo hình, thơng qua định khả thích ứng biên dạng cơng nghệ tạo mẫu vật thể có biên dạng hình học phức tạp 3/11/2015 VẬT LIỆU Các đặc trưng vật liệu dùng cơng nghệ FDM 2/ Khả thời gian đơng cứng: Sau gia nhiệt định hình theo ý muốn vật liệu tiếp xúc với mơi trường khơng khí nhiệt độ phòng Khi vật liệu phải đơng cứng trở lại Thời gian đơng cứng vật liệu phải thật nhanh, thường phải thấp 10s Tính đơng cứng giúp vật liệu có độ cứng vững cần thiết sau lớp mỏng tạo hình cho đối tượng tạo mẫu Điều có ý nghĩa quan trọng độ xác mặt hình dáng hình học sau mẫu VẬT LIỆU Các đặc trưng vật liệu dùng cơng nghệ FDM 3/ Khả liên kết: Chính khả kết dính bề mặt lớp vật liệu mỏng liền kề q trình tạo mẫu Hai lớp vật liệu nhiệt độ khác nhau, trạng thái vật lí khác nhau.Tính chất mang ý nghĩa quan trọng tính, độ cứng vững sản phẩm tạo hình hồn thành 3/11/2015 VẬT LIỆU Các đặc trưng vật liệu dùng cơng nghệ FDM 4/ Độ nhớt vật liệu: Độ nhớt vật liệu định khả di chuyển dòng vật liệu trạng thái chảy dẻo tác dụng nhiệt độ Điều có ý nghĩa quan trọng trọng việc xác định mức độ lực cần thiết để đẩy dòng vật liệu với vận tốc xác định trước, ảnh hưởng đến cấu trúc kích thước cụm đầu đùn vật liệu máy tạo mẫu nhanh VẬT LIỆU Trong tạo mẫu nhanh theo cơng nghệ FDM nay, người ta dùng chủ yếu hai loại nhựa ABS PLA Các loại dây nhựa có kích thước đường kính dây 1,75 3mm, đa dạng màu sắc, đóng gói thành cuộn có trọng lượng 1kg Thơng thường, người tìm hiểu tạo mẫu nhanh cho sử dụng sợi nhựa 1.75mm tạo sản phẩm tạo mẫu nhanh có chất lượng cao so với loại 3mm Kéo theo nhu cầu sợi nhựa 1.75mm cao hẳn Tuy nhiên, sợi nhựa kích thước 1.75mm khơng mang lại ưu vượt trội hẳn so với loại 3mm, loại có ưu nhược điểm riêng 10 3/11/2015 VẬT LIỆU Chỉ tiêu ABS PLA Giá 700000vnd/1kg 800000vnd/1kg C.lg mẫu Khơng tốt Tốt Cơ tính Bền, cứng Giòn Phương pháp sử lý bề mặt Tan Axeton Chưa tìm phương pháp sử lý bề mặt Hạn chế Có mùi khó chịu Làm mát chậm Có khói dễ bị bắt lửa Mẫu bị cong q nhiệt để lâu ánh nắng mặt trời ƯU - NHƯỢC ĐIỂM ƯU ĐIỂM - Vật liệu dễ kiếm - Dễ thay vật liệu, vật liệu chất dẻo - Giá bảo trì thấp - Những vật mỏng làm nhanh - Dung sai cỡ +/- 0.005” - Không cần phải giám sát 11 3/11/2015 ƯU - NHƯỢC ĐIỂM ƯU ĐIỂM - Vật liệu không độc - Kích thước nhỏ gọn - Nhiệt độ gia công thấp - Nhanh rẻ - Khơng cần quan tâm đến chất thải độc hại, lasers chất lỏng hóa học bể chứa ƯU - NHƯỢC ĐIỂM NHƯỢC ĐIỂM - Giữa lớp có vết gẫy - Đầu phun phải di chuyển liên tục, không vật liệu đùn lên - Cần phải có gia cố - Độ xác bị giới hạn hình dáng vật liệu sử dụng, đđường kính day 1,27 mm 12 3/11/2015 ƯU - NHƯỢC ĐIỂM NHƯỢC ĐIỂM - Kém cứng vững theo phương vuông góc với trục xây dụng - Diện tích mặt cắt lớn thời gian xây dựng mô hình lâu - Độ bền chi tiết yếu theo phương vuông góc với trục tạo sản phẩm Nếu đầu đùn không di chuyển đồng có chỗ bò lồi số mặt cắt ngang - Độ bền học bò giới hạn SO SÁNH VỚI CÁC PHƯƠNG PHÁP KHÁC 13 3/11/2015 MỘT SỐ LOẠI MÁY FDM HÃNG Genisys™ - Ngun tắc: Đùn nhựa nóng chảy thơng qua hệ thồng đầu phun (tương tự máy FDM ) - Đặc tính: vật liệu cung cấp lên bàn, Phần đỡ tạo với vật liệu sản phẩm với lỗ khoan - Vật liệu: Polyester - Kích thước độ xác:203x203x203 mm³, Độ xác : +/0.3 mm - Giá thành: khoảng 45 000 US$ MỘT SỐ LOẠI MÁY FDM HÃNG ModelMaker™ 14 3/11/2015 MỘT SỐ LOẠI MÁY FDM HÃNG ModelMaker™ - Ngun tắc: Ứng dụng việc nóng chảy sáp dùng cơng nghệ ink jet, Tốc độ cắt lớp khơng đổi theo phương z, Hai vật liệu: sản phẩm phần đỡ - Đặc tính: Độ xác cao, Dùng tạo mẫu, lõi cơng nghệ đúc Vật liệu: Sáp - Kích thước sản phẩm độ xác: Kích thước sản phẩm: 305x152x229 mm³, Độ xác: 0.02 mm Giá thành: Khoảng 67 000$ MỘT SỐ LOẠI MÁY FDM HÃNG Stratasys • Patent 1992 • Có hệ thống dẫn hướng, độ xác 375 microns • vật liệu: sáp, polyolefin, ABS 15 3/11/2015 MỘT SỐ LOẠI MÁY FDM FDM 8000 • Kích thước sản phẩm: 457X457X609mm • Độ xác : ±0.127 0.254mm • Kích thước máy: 1486x1905x1003mm • Khối lượng: 392kg • Chiều rộng: 0.254-2.54mm • Chiều dầy: 0.05 - 0.762 • GIÁ 200.000 ĐẾN 220.000 USD MỘT SỐ LOẠI MÁY FDM FDM 2000 • Kích thước sản phẩm: 254 x 254 x 254 mm • Độ xác: ±0.127mm • Kích thước máy: 660x914x1067mm • Khối lượng: 160kg • Chiều rộng: 0.254-2.54mm • Chiều dầy lớp: 0.05-0.762 • GIÁ 115.000 125.000 USD ĐẾN 16 3/11/2015 MỘT SỐ LOẠI MÁY FDM FDM 1650 • BUILD SIZE: 254X254X254 • ACCURACY:±0.127mm • SIZE: 660x914x1067mm • Weight: 160kg • Width: 0.254-2.54mm • Thickness: 0.05-0.762 • GIÁ 100.000 ĐẾN 115.000USD CÁC ỨNG DỤNG 17 3/11/2015 ỨNG DỤNG ỨNG DỤNG 18 3/11/2015 ỨNG DỤNG ỨNG DỤNG 19 3/11/2015 ỨNG DỤNG ỨNG DỤNG 20 3/11/2015 ỨNG DỤNG ỨNG DỤNG 21 3/11/2015 ỨNG DỤNG ỨNG DỤNG 22 3/11/2015 ỨNG DỤNG ỨNG DỤNG 23 3/11/2015 ỨNG DỤNG • Các nhà nghiên cứu IFAM (Frauhofer Institute of Applied Materials Research) sử dụng q trình mơ hình nóng chảy lắng (FDM) hãng Stratasys để tạo nên chất Q trình gần giống làm ngược chi tiết u cầu cách sử dụng q trình mạ điện mà khơng tạo nhiệt ứng suất kim loại, sử dụng cho mặt lưng chi tiết Sau tạo lớp kim loại bề mặt lưng, chi tiết điền đầy vật liệu Epoxy nhơm cách phun lên vật liệu để tạo thành khn phun có chiều dầy 3mm khn phần rót Sử dụng q trình hóa rắn chọn lọc tia laser, nhà nghiên cứu IFAM chế tạo khn với bột Electrolux sau điền đầy với PbAg2Sn2 Điều cho phép tạo nên lượng lớn chi tiết sản xuất từ dụng cụ ỨNG DỤNG 24 3/11/2015 ỨNG DỤNG ỨNG DỤNG • Sự phát triển máy móc mà thiết kế cho sản xuất nhanh làm giảm đóng góp chi phí máy móc tới chi phí sản xuất thành phần tổng hợp vượt q thời gian Từ q trình giảm đáng kể chi phí máy móc cách mơ theo máy thêu kết bẳng laser cho việc sản xuất khối lượng lớn khn mẫu Hơn việc thu nhỏ kinh tế đến sản xuất nhanh phát triển rộng rãi hơn, điều giảm chi phí cho máy móc vật liệu Các kết chu kỳ dài giống chi phí nhân cơng bao gồm việc gia tăng thành phần chi phí sản xuất tạo sản xuất nhanh việc tự động hòan thành làm giảm điều 25 ...3/11/2015 Lịch sử đời phát triển NGUN LÝ FDM Viết chữ kem lên bánh kem 3/11/2015 NGUN LÝ FDM Cơng nghệ FDM cơng nghệ đặc trưng cơng nghệ tạo mẫu nhanh Ngun lý chung cơng... trước • Sau lớp bàn hạ xuống lớp hình thành Sơ đồ ngun lý cơng nghệ FDM NGUN LÝ FDM Một máy tạo mẫu nhanh sử dụng cơng nghệ FDM gồm có phần bản: phần đùn vật liệu phần điều khiển di chuyển đầu... thước từ 0.1 mm 0.4 mm NGUN LÝ FDM Sản phẩm u cầu có vật liệu support 3/11/2015 NGUN LÝ FDM Cấu trúc chung support TRÌNH TỰ CÁC BƯỚC Trình tự làm việc 3D theo cơng nghệ FDM bao gồm bước sau: Bước