Xây dựng hệ thống điều khiển và giám sát cho máy in 3D

Xây dựng hệ thống điều khiển và giám sát cho máy in 3DXây dựng hệ thống điều khiển và giám sát cho máy in 3DXây dựng hệ thống điều khiển và giám sát cho máy in 3DXây dựng hệ thống điều khiển và giám sát cho máy in 3DXây dựng hệ thống điều khiển và giám sát cho máy in 3DXây dựng hệ thống điều khiển và giám sát cho máy in 3DXây dựng hệ thống điều khiển và giám sát cho máy in 3DXây dựng hệ thống điều khiển và giám sát cho máy in 3DXây dựng hệ thống điều khiển và giám sát cho máy in 3DXây dựng hệ thống điều khiển và giám sát cho máy in 3DXây dựng hệ thống điều khiển và giám sát cho máy in 3DXây dựng hệ thống điều khiển và giám sát cho máy in 3DXây dựng hệ thống điều khiển và giám sát cho máy in 3D

LỜI CẢM ƠN Em xin chân thành cảm ơn:  Thầy giáo Lê Văn Chung – Khoa Công nghệ tự động hóa – Trường Đại học Cơng nghệ Thơng tin Truyền thông Thái Nguyên  Cảm ơn anh em đồng nghiệp Cơng ty TNHH CNC THÁI NGUN góp ý kiến kịp thời để hoàn thiện đồ án Cùng thầy, cô giáo Khoa Công nghệ tự động hóa – Đại học Cơng nghệ thơng tin Truyền thông tạo điều kiện giúp đỡ em suốt thời gian thực đồ án Thái Nguyên, tháng năm 2015 Sinh viên thực đồ án Đinh Gia Lâm LỜI CAM ĐOAN Em xin cam đoan phần nghiên cứu thể đồ án tốt nghiệp riêng em, sản phẩm em thiết kế thực hiện, không chép đồ án khác, sai em xin chịu hoàn toàn trách nhiệm chịu kỷ luật khoa nhà trường đề Thái Nguyên tháng năm 2015 Sinh viên thực Đinh Gia Lâm MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH ẢNH LỜI NĨI ĐẦU Ngày khoa học kĩ thuật phát triển mạnh mẽ ứng dụng tất lĩnh vực sống Việc ứng dụng khoa học kỹ thuật để tăng suất lao động, tiết kiệm chi phí, lượng đáp ứng yêu cầu ngày cao người cần thiết Hiện có nhiều ứng dụng ứng dụng sống hàng ngày công nghiệp sản xuất quân sự…Đặc biệt công nghiệp, khoa học kỹ thuật ngày phát triển mạnh mẽ như: Hệ thống cảm biến, hệ thống chuyển động linh hoạt, hệ thống điều khiển thông minh… Áp dụng kiến thức học tìm hiểu từ tài liệu liên quan, đồ án tốt nghiệp đại học em chọn hướng tìm hiểu máy in 3D Tên đồ án: “Xây dựng hệ thống điều khiển giám sát cho máy in 3D” Để hồn thành đồ án tớt nghiệp em xin chân thành cảm ơn thầy giáo Lê Văn Chung hết lòng hướng dẫn, cùng thầy giáo Khoa Cơng nghệ tự động hóa – Đại học Công nghệ thông tin Truyền thông tạo điều kiện giúp đỡ em suốt thời gian thực đồ án Mặc dù có nhiều cớ gắng q trình thực đề tài khơng tránh khỏi thiếu sót Rất mong góp ý, đóng góp thầy bạn để đề tài áp dụng rộng rãi vào thực tế cách thiết thực Thái Nguyên, tháng năm 2015 Sinh viên thực Đinh Gia Lâm CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ MÁY IN 3D 1.1 Giới thiệu công nghệ in 3D 1.1.1 Định nghĩa Cơng nghệ in 3D q trình tạo vật thể trực tiếp, cách thêm lớp vật liệu chồng lên theo nhiều cách khác nhau, phụ thuộc vào loại công nghệ sử dụng Để đơn giản hóa cách tư nằm đằng sau cơng nghệ này, dành cho cố gắng để hiểu khái niệm bản, bạn coi q trình việc xây dựng thứ mảnh, hồn tồn tự động Hình 1.1: Hình ảnh kết cấu lớp tạo dựng vật thể 3D Công nghệ in 3D công nghệ “linh hoạt”, khuyến khích thúc đẩy sáng tạo với tự chưa có thiết kế, dù đảm bảo u cầu dụng cụ, qua khớng chế khơng để chi phí thời gian gia cơng bị đẩy lên cao Các thành phần thiết kế đặc biệt để tránh việc phải lắp ghép sau hoàn thiện, biên dạng phức tạp tính chất rắc rới tạo mà khơng cần thêm chi phí Ngồi cơng nghệ in 3D lên công nghệ tiết kiệm lượng, thân thiện với môi trường q trình gia cơng (sử dụng đến 90% vật liệu theo tiêu chuẩn), dòng đời sản phẩm nhờ việc thiết kế gọn bền Những năm gần đây, công nghệ in 3D vượt qua bóng cơng nghệ gia cơng, sản xuất nguyên mẫu công nghiệp cấp tốc Hiện công nghệ dễ dàng tiếp cận doanh nghiệp nhỏ cá nhân Trong tập đồn lớn, đa q́c gia, tùy vào tầm vóc tính kinh tế sở hữu máy in 3D, mà máy in 3D cỡ nhỏ (với tính hơn) trang bị với giá 1000$ Điều giúp công nghệ in 3D tiếp cận nhiều đối tượng khách hàng hơn, với tốc độ theo cấp số nhân mặt trận Ngày nhiều hệ thống, vật liệu, ứng dụng, dịch vụ giới thiệu đến với người 1.1.2 Lịch sử phát triển In 3D công nghệ phát triển với tốc độ nhanh ứng dụng công nghệ trải dài nhiều lĩnh vực Tuy nhiên, công nghệ in 3D khai sinh từ năm 80 kỷ trước qua thời gian, in 3D cải tiến với nhiều biến thể nhằm đáp ứng với nhiều nhu cầu in ân tạo hình khác Trong viết hơm nay, chúng ta cùng tìm hiểu công nghệ in 3D mốc thời gian đáng nhớ Hình 1.2: Charles Hull người phát minh cơng nghệ in 3D Năm 1984 - Thời khắc khai sinh công nghệ máy in 3DCharles Hull người phát minh Stereolithography - phương pháp đột phá tạo đới tượng 3D hữu tình từ liệu kỹ thuật số Công nghệ sử dụng để chế tạo vật phẩm 3D từ hình ảnh máy tính công nghệ cho phép người dùng kiểm tra mẫu thiết kế cách nhanh chóng, xác trước định đầu tư sản xuất hàng loạt Năm 1986, Charles Hull đăng ký quyền phát minh Stereolithography Sau đó, ơng thành lập cơng ty 3D System phát triển máy in 3D thương mại gọi Stereolithography, SLA công nghệ sử dụng tia sáng (tia laser, tia UV tia sáng bình thường) làm đơng cứng lớp photopolymer lỏng (polymer quang hóa - polymer đóng rắn có ánh sáng chiếu vào) chứa bồn, lớp lớp để hình thành nên vật thể 3D Đây công nghệ công nghệ đem lại độ dày layer nhỏ (độ chi tiết tốt nhất) Năm 1987, cơng ty khác có tên Object giới thiệu công nghệ Jetted Photopolymer Về công nghệ J-P, thật công nghệ giống công nghệ SLA thay nguyên liệu chứa bồn ngun liệu phun giớng máy in phun, kèm với đầu phun đèn chiếu UV làm đơng cứng lớp photopolymer vừa phun Vì vậy, cơng nghệ cho phép in nhiều loại vật liệu cùng vật thể in, bình mực in loại vật liệu Năm 1988 – Scott Crump phát minh công nghệ Fused Deposition Modeling (FDM) Công nghệ FDM sử dụng nguyên liệu đầu vào sợi nhựa, sau nung nóng chảy đầu phun kéo sợi nhựa chảy theo biên dạng mặt cắt layer, đắp lớp layer chồng lên để tạo sản phẩm 3D Đây công nghệ phổ biến đơn giản dễ chế tạo Những máy in DIY giá rẻ sử dụng công nghệ này, giá thành khoảng vài trăm đến vài nghìn la Tuy nhiên, nhược điểm cố hữu công nghệ nên máy in DIY đáp ứng yêu cầu trung bình Năm 1989 – DTM bắt đầu bán dòng máy in Selective Laser Sintering (SLS) Công nghệ SLS sử dụng nguyên liệu dạng bột chứa bồn, layer xếp chồng lên bánh lăn (roller), vừa cuộn vừa kéo san phẳng vật liệu thành lớp mỏng Biên dạng layer hình thành cách dùng tia laser chiếu cho nóng chảy bột để bột lớp layer liên kết với layer Năm 1991 – Helisys bán máy dùng công nghệ Laminated Object Manufacturing (LOM).Công nghệ LOM sử dụng nguyên liệu đầu vào vật liệu dát mỏng giấy, gỗ … dạng cuộn hay tờ, layer tờ giấy hay lát gỗ, biên dạng layer cắt laser hay dụng cụ cắt dán chồng lên tạo nên vật thể 3D Đối với công nghệ tạo vật thể có màu sắc theo đúng thiết kế Năm 1992 – Stratasys bán máy FDM đầu tiên: “3D Modeler” Năm 1996 – Stratasys giới thiệu dòng máy in 3D ”Genisys” Cùng năm Z Corporation giới thiệu dòng “Z402″ 3D Systems giới thiệu dòng máy “Actua 2100″ Từ đây, cụm từ “Máy in 3D ” sử dụng lần để máy tạo mẫu nhanh Năm 2006 – Dự án máy in 3D mã nguồn mở khởi động có tên Reprap Dự án sử dụng cơng nghệ FDM nhằm mục đích tạo máy in 3D chép thân Bạn điều chỉnh hay sửa đổi tùy ý phải tuân theo điều luật GNU General Public Licence Năm 2008 – Phiên Reprap phát hành Nó sản xuất 50% phậncủa Năm 2008 - Objet Geometries Ltd tạo cách mạng ngành tạo mẫu nhanh giới thiệu Connex500™ Đây máy giới tạo sản phẩm 3D với nhiều loại vật liệu khác cùng thời điểm Tháng 12, năm 2010 - Organovo Inc công ty y học tái tạo nghiên cứu lĩnh vực in 3D sinh học cơng bớ việc chế tạo hồn chỉnh mạch máu hồn tồn cơng nghệ in 3D Tháng 1, năm 2011 - Các nhà nghiên cứu trường Đại Học Cornell xây dựng máy in thức ăn công nghệ in 3D Tháng 7, năm 2011 - Các nhà nghiên cứu ĐH Exeter, ĐH Brunel cùng với nhà lập trình Delcam phát triển máy in 3d in sản phẩm từ chocolate Tháng 10, năm 2011 - Công ty i.materialise trở thành dịch vụ in 3D toàn giới áp dụng vật liệu in vàng 14K bạc, mở khả mới, thêm lựa chọn để chế tác tớn cho nhà thiết kế đồ trang sức 1.1.3 Công nghệ in 3D xu hướng tương lai Công nghệ in 3D có đặc điểm khiến chuyên gia đánh giá xu hướng phát triển đầy mạnh mẽ thời gian tới, xu hướng tương lai? Ưu điểm đúng tên gọi : cơng nghệ tạo mẫu nhanh, cơng nghệ có vượt trội thời gian chế tạo sản phẩm hoàn thiện “Nhanh” giới hạn tương đối Thông thường, để tạo sản phẩm khoảng từ – 72 giờ, phụ thuộc vào kích thước độ phức tạp sản phẩm Có thể bạn cho khoảng thời gian chậm, so với thời gian mà công nghệ chế tạo truyền thống thường từ nhiều tuần đến nhiều tháng để tạo sản phẩm nhanh nhiều Chính cần thời gian để tạo sản phẩm nên công ty sản xuất tiết kiệm chi phí, nhanh chóng đưa thị trường sản phẩm Ưu điểm đặc biệt thứ hai : ví dụ hình dung in 3d bên trên, ta chế tạo đầu người với đầy đủ phận bên lẫn bên cách chi tiết lần thực mà phương pháp truyền thống chế tạo 10 Hình 3.5: Giao diện phần mềm lập trình Arduino 1.5.5 3.2 Xây dựng mạch giao tiếp Mạch giao tiếp máy in 3D mạch dùng để cắm linh kiện công suất, mạch trung gian điều khiển thiết bị công suất, mạch có nhiệm vụ cách ly thiết bị điều khiển trung tâm thiết bị công suất với mục đích giảm nhiễu q trình sử dụng 52 Hình 3.6: Sơ đồ mạch giao tiếp máy in 3D 53 3.3 Xây dựng chương trình điều khiển Chương trình điều khiển phần mềm Pronterface, phần mềm nhận tính hiệu mã lệnh Gcode để gửi thiết bị điều khiển máy in 3D, phần mềm kết nối với thiết bị điều khiển qua chuẩn giao tiếp USB Hình 3.7: Giao diện phần mềm pronterface điều khiển máy in 3D Thanh công cụ Thanh công cụ bao gồm phần thông tin cổng COM, nút điều khiển máy in 3D công cụ cài đặt Hình 3.8: Thanh cơng cụ phần mềm\ 54 - Cơng cụ điều hướng Cơng cụ có nhiệm vụ điều chỉnh trục X, Y, Z máy in 3D đến điểm phù hợp để bắt đầu thực nhiệm vụ in sản phẩm Bao gồm nút điều hướng X+, X-, Y+, Y-, Z+, Z-, HOME 0.1, 1, 10 tương ứng với khoảng cách 0.1mm, 1mm, 10mm dịch chuyển máy in 3D thực tế Hình 3.9: Giao diện phần điều hướng máy in 3D phần mềm 55 - Giao diện hình hiển thị phần mềm Trong trình máy in 3D hoạt động hình hiển thị qúa trình gia cơng in vẽ, giúp người vận hành dễ hình dung vẽ trình gia công Đây nơi hiển thị đường đùn nhựa vẽ in Hình 3.10: Màn hình hiển thị phần mềm máy in 3D 56 - Công cụ hiển thị thông tin điều khiển máy in 3D: Bao gồm thông tin kết nối, điều hướng, lỗi kết nối, kết nối thành công, mã lệnh Gcode… Hình 3.11: Hình hiển thị thơng số điều khiển máy in 3D 57 3.4 Qúa trình giám sát máy in 3D thực nghiệm - Máy in 3D thực tế có hành trình gia cơng là: 250mm * 250mm * 300mm - Thông số tịnh tiến trục X, Y: trục dẫn động dây đai có bước đai 1.5mm, đường kính bánh dẫn động dây đai 20mm, động bước quay vòng tương ứng trục X, Y tịnh tiến 94.2mm - Thông số tịnh tiến trục Z: trục Z dẫn động Visme dẫn động bước 1.5mm, tương ứng động bước quay vòng trục Z tịnh tiến 1.5mm - Thơng tin sai số trục X lý thuyết thực nghiệm Hình 3.12: Thơng tin sai số bước dịch trục X q trình giám sát 58 - Thơng tin sai số trục Y lý thuyết thực nghiệm Hình 3.13: Thơng tin sai số bước dịch trục X trình giám sát 59 - Giám sát q trình nung nóng nhựa máy in 3D Trong trình trục X, Y,Z tịnh tiến theo mã lệnh mã chương trình đưa đồng thời, mã lệnh tự động điều khiển đùn đùn nhựa theo yêu cầu, cần giám sát q trình nung nóng nhựa để phù hợp với tớc độ máy in 3D chuyển động Sau kết khảo sát thu từ thực tế Hình 3.14: Khảo sát nhiệt độ nóng chảy nhưa trình in 60 3.5 Hình ảnh thực tế máy in 3D sản phẩm Hình 3.15 Hình ảnh máy in 3D 61 62 Hình 3.16: Sản phẩm in từ máy in 3D 63 KẾT LUẬN   - Trong trình làm đồ án em thu kết sau: Hiểu nguyên lý hoạt động máy in 3D Hiệu chỉnh thơng sớ cài đặt q trình vận hành máy Tìm hiểu lý thuyết Adruino linh kiện sử dụng đồ án Tích lũy sớ kỹ làm việc thực tế trình xây dựng máy in 3D Một số hạn chế Trong trình làm đồ án xây dựng sản phẩm việc tìm mua linh kiện máy in 3D - khó khăn linh kiện lắp ráp máy chưa nhiều thị trường Vật liệu nhựa in ABS gía thành cao, sản phẩm sau in chưa hồn thiện để thương mại sản phẩm hoàn hảo  Hướng phát triển sản phẩm Máy in 3D đồ án lần sản phẩm tiền đề cho số dự án khoảng thời gian tới, sau có máy in 3D làm tảng tương lai có nhiều vật liệu in khác với mục tiêu đa dạng sản phẩm giá thành hợp lý 64 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] TS Nguyễn Q́c Hưng, Giáo trình CNC cơng nghệ gia cơng máy CNC, Xuất 2010 [2] Lê Chí Thanh – Phạm Văn Tuân, Bài giảng CAD – CAM- CNC, Xuất 2010 [3] http://www.mayin3dvietnam.net Ngày truy cập 28/ 03/ 2015 [4] http://www.dientuvietnam.net, Ngày truy cập 18/ 04/ 2015 [5] http:// thegioicnc.com, Ngày truy cập 25/ 04/ 2015 [6] http://taomau3d.com, Ngày truy cập 15/ 04/ 2015 [7] http://taotac.com, Ngày truy cập 16/ 05/ 2015 65 NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN 66 ... phần cứng Adruino.Module Adruino dùng để điều khiển động bước nạp mã lệnh (firm ware) để kết nối điều khiển máy in 3D - Phần mềm điều khiển máy in 3D Phần mềm điều khiển máy in 3D sử dụng pronterface,... số linh kiện sử dụng mạch điều khiển máy in 3D 2.2.1 Tổng quan mạch điều khiển giao tiếp máy in 3D Mạch điều khiển giao tiếp máy in 3D bao gồm khới: Hình 2.4: Sơ đồ cấu trúc mạch điều khiển máy. .. quan trọng: Dịch vụ in 3D kinh doanh máy in 3D 25 CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN, MẠCH GIAO TIẾP, GIAO DIỆN PHẦN MỀM 2.1 Giới thiệu quy trình điều khiển máy in 3D Máy in 3D máy gia công tạo