CHƯƠNG V .1 GIA CÔNG TAO MẪU NHANH

TRƯỜNG ĐH CƠNG NGHIỆP TPHCM KHOA CƠ KHÍ ĐỀ TÀI: CÔNG NGHỆ TẠO MẪU NHANH TRƯỜNG ĐH CÔNG NGHIỆP TPHCM KHOA CƠ KHÍ MƠN HỌC: CÁC PHƯƠNG PHÁP GIA CƠNG ĐẶC BiỆT ĐỀ TÀI: CÔNG NGHỆ TẠO MẪU NHANH Giới thiệu Công nghệ tạo mẫu nhanh Nguyênlý hoạt động Ứng dụng Phương hướng phát triển I.Giới thiệu • Tạo mẫu nhanh (Rapid Prototyping - RP) công nghệ thiết kế mẫu tự động nhờ trình CAD (thiết kế với giúp đỡ máy tính) • Với “máy in ba chiều”, cho phép người thiết kế nhanh chóng tạo mẫu hữu hình, truyền ý tưởng thiết kế họ đến cơng nhân khách hàng, ngồi tạo mẫu nhanh sử dụng để thiết thử sản phẩm 1.LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN Việc chế tạo máy tính ứng dụng nhiều lĩnh vực như: thiết kế (CAD – Computer Aided Design), chế tạo (CAM – Computer Aided Manufacturing), gia công điều khiển số nhờ máy tính (CNC – Computer Numerical Control) Và hệ thống tạo mẫu nhanh đời với tạo mẫu môi trường CAD Bảng 1.1 Lịch sử phát triển tạo mẫu nhanh công nghệ liên quan 1770 1946 1952 1960 1961 1963 1988 Cơ giới hóa Máy tính Máy gia cơng điều khiển kỹ thuật số tự động Đầu tiên thương mại hóa thiết bị laser Đầu tiên thương mại hóa robot Hệ thống sơ đồ tác động tự động Hệ thống tạo mẫu nhanh tự động 2.Các thời kỳ phát triển tạo mẫu nhanh a.Thời kỳ đầu: tạo mẫu tay -Ra đời cách vài kỷ, mẫu điển hình khơng có độ phức tạp cao chế tạo mẫu trung bình khoảng tuần Phương pháp tạo mẫu phụ thuộc vào tay nghề thực công việc cách nặng nhọc b.Thời kỳ thứ hai: phần mềm tạo mẫu hay tạo mẫu ảo -Thời kỳ thứ hai tạo mẫu phát triển sớm, khoảng đầu thập niên 70 Thời kỳ có phần mềm tạo mẫu hay tạo mẫu ảo Việc ứng dụng CAD/CAE/CAM trở nên phổ biến c.Thời kỳ thứ ba: trình tạo mẫu nhanh -Trong thời kỳ mức độ phức tạp chi tiết tăng lên, gấp ba lần mức độ phức tạp vào năm thập niên 70 Nhưng nhờ vào cơng nghệ tạo mẫu nhanh nên thời gian trung bình để tạo thành chi tiết lại tuần so với 16 tuần thời kỳ thứ hai - Năm 1988, 20 công nghệ tạo mẫu nhanh đưa vào sử dụng II PHÂN LOẠI TẠO MẪU NHANH Dựa sở chất lỏng Dựa sở tảng chất lỏng bắt đầu với vật liệu trạng thái lỏng Quá trình tạo mẫu q trình lưu hóa, vật liệu chuyển đổi từ trạng thái lỏng sang trạng thái rắn • số phương pháp tạo mẫu nhanh dựa sở chất lỏng:  Thiết bị tạo mẫu lập thể SLA  Thiết bị xử lý dạng khối Cubital (SGC)  Thiết bị tạo mẫu dạng khối Sony (SCS)  Thiết bị Laser – tử ngoại tạo vật thể dạng khối Misuibishi (SOUP)  Thiết bị tạo ảnh EOS  Thiết bị tạo ảnh khối Teijin Seikils  Thiết bị tạo mẫu nhanh Meiko cho ngành công nghiệp đồ trang sức  SLP Denken  COLAMM Misui  LMS Fockele Schwarze  Thiết bị điêu khắc ánh sáng  Thiết bị hai chùm tia laser 2.Dựa sở dạng khối • Ngoại trừ vật liệu dạng bột, hệ thống tạo mẫu nhanh với vật liệu dạng khối bao gồm dạng: dây, cuộn, dát mỏng dạng viên • số phương pháp tạo mẫu nhanh dựa sở dạng khối :  Thiết bị chế tạo vật thể lớp mỏng (LOM)  Thiết bị mẫu làm nóng chảy Stratasy (FDM)  Thiết bị dập nóng chọc chất kết dính KiRa  Thiết bị tạo mẫu nhanh Kenergy  Thiết bị tạo mẫu 3D Multi-Jet  Thiết bị tạo mẫu nhanh IBM  Thiết bị tạo mẫu cát công ty Model Maker MM-6B  Sparx AB’s Hot Plot  Tạo mẫu không gian giới hạn Laser CAMM 3.Dựa sở dạng bột • Trong khả giới hạn, dạng trạng thái bột xem dạng trạng thái khối Tuy nhiên, tạo ý định loại thiết bị không phụ thuộc vào hệ thống thiết bị tạo mẫu nhanh vật liệu trạng thái khối sở • Một số phương pháp tạo mẫu nhanh sở dạng bột  Thiết bị in laser DTM (SLS)  Thiết bị sản xuất khuôn đúc trực tiếp Soligen (DSPC)  Thiết bị xử lý hóa cứng nhiều giai đoạn Fraunhofer (MJS)  Hệ thống thiết bị EOSINT EOS  Thiết bị sản xuất công nghệ đường đạn đạo (BPM)  Thiết bị sản xuất in 3D MIT (3DP) • Phương pháp khơng có tính đồng hệ thống, thể việc số sử dụng tia laser, số khác lại sử dụng chất kết dính/ keo để đạt mức độ liên kết III NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP TẠO MẪU NHANH A:Phương pháp tạo mẫu lập thể (SLA) 1: Nguyên lý hoạt động • Phương pháp SLA dựa vào nguyên tắc đông cứng vật liệu lỏng photopolymer thành hình dạng rõ ràng chiếu chùm tia Laser cường độ cao, sử dụng Laser He-Cd với bước sóng 325nm Laser rắn Nd:YVO4 với bước sóng 354,7nm • Một thùng chứa đầy dung dịch lỏng photopolymer Trong thùng có bệ đỡ (bàn gá) nâng hạ (như thang máy) Chất lỏng hỗn hợp monome acrylic, oligome photoinitiator  Bước : Tạo mẫu (building) tự động loại máy 1015 hay 2030 : LOMSlice tính tốn xác chiều cao mẫu lớp, phần mềm xác định chu vi cần tạo mẫu phần bên tiết diện ngang chi tiết (ngoài slice) cắt thành đường kẻ ngang, dọc có tác dụng kết cấu hỗ trợ Máy tính điều khiển tia Laser cắt theo biên dạng mặt cắt ngang, phần vật liệu dư thu hồi lăn thứ hồi liệu Cơ cấu nâng hạ xuống tiết diện hình thành, sau nâng lên lăn có gia nhiệt lăn qua ép lớp hành liên kết với lớp trước lặp lại q trình Cảm biến vị trí xác định chiều cao mẫu đạt máy tính tính tốn cho tiết diện ngang  Bước : Hậu xử lý (posprocessor) : bước thực : Lấy sản phẩm khỏi máy Làm bề mặt sản phẩm (Cleaning) Sơn hay đánh bóng sản phẩm (Coating or Polishing) 2.Loại máy đặc điểm kỹ thuật a.Giới thiệu  LOM (Laminated Object Manufacturing) máy tạo mẫu theo phương pháp dán lớp công ty Helisys Helisys cơng ty chun tạo mơ hình ba chiều, ứng dụng phạm vi ngành công nghiệp  Helisys sản xuất hai loại máy LOM: LOM-1015 LOM-2030, thương mại hóa từ năm 1991 Cả hai loại sử dụng dạng Laser CO2 hoạt động công suất tương ứng 25W 50W thông qua hệ thống gương quang học Hình 3.13 Máy LOM 1015 • LOM-1015 LOM-2030 có cấu trúc giống nhau, bao gồm phần sau : phần cứng phần mềm máy vi tính, tia Laser hệ thống quang học, bàn gá đặt mặt phẳng XY, đế phận nâng theo phương Z, hệ thống cung cấp vật liệu b.Đặc điểm kỹ thuật  LOM-1015 LOM-2030 dùng laser CO2, LOM-1015 hoạt động công suất 25W LOM-2030 50W LOM-1015 Quy trình Loại laser LOM-2030 Cán cắt laser CO2 CO2 Cơng suất laser (W) 25 50 Kích thước vết (mm) 0,25-0,35 0,203-0,254 0,38 0,61  0,25  0,25 Tốc độ cắt theo XY (m/s) Độ xác (mm) Loại vật liệu Chiều dày vật liệu (mm) Quy trình cán Giấy vật liệu khác phủ chất kết dính 0,05-0,38 Kích thước làm việc (mm) Chiều dày lớp nhỏ (mm) 0,05-0,38 Ep lăn nhiệt 380 x 250 x 350 810 x 550 x 500 0,05 0,05 Hệ thống điều khiển liệu 1,2 x 0,99 x 1,27 2,08 x 1,47 x 1,42 Nguồn điện Máy 486, MS Window NT, MS-DOS LOMSlice Kích thước máy (m) Giá (USD, năm 1996) 140.000 272.000 3.Đặc điểm • Ưu điểm Vật liệu đa dạng, rẻ tiền; nguyên tắc sử dụng loại vật liệu: giấy, chất dẻo, kim loại, composites gốm Độ xác cao đạt tốt 0,25mm Bằng việc cắt vật liệu thay hóa rắn nó, hệ thống bảo vệ đặc tính ban đầu vật liệu Không cần thiết kết cấu hổ trợ Tốc độ cao, nhanh phương pháp tạo lớp khác tia Laser khơng cắt tồn diện tích mà qt theo chu vi bên ngồi Do đó, vật liệu dày mỏng có tốc độ cắt Khơng có thay đổi pha q trình chế tạo chi tiết nên tránh độ co rút vật liệu Không độc hại ô nhiễm môi trường Lực cắt không, vật liệu giấy nên sản phẩm không bị cong vênh ứng suất gây Hệ thống đơn giản, gọn nhẹ, hoạt động trạm làm việc CAD Người thiết kế cung cấp liệu cho hệ thống LOM Các phận LOM có tiêu chuẩn  Tạo mẫu phức tạp  Quá trình LOM dừng đột ngột sau tiếp tục hoạt động mà không ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm  Giảm chi phí thời gian tạo mẫu • Nhược điểm  Khơng 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 khơng cao  Q trình chuẩn bị gia công tốn thời gian  Giá thành thiết bị đắt 4:Ứng dụng a Các lĩnh vực ứng dụng phương pháp LOM  Tạo mẫu nhằm mục đích quan sát, giới thiệu sản phẩm, kiểm tra nhu cầu khách hàng  Mơ hình xác (Form Fit and Function) có khả kiểm tra kích thước, đánh giá hiệu năng, kiểm tra ứng suất từ giúp nhà sản xuất thay đổi thơng số đánh giá lại đặc tính thẩm mỹ mẫu  Tạo mẫu ban đầu phục vụ cho q trình tạo khn silicon, sáp, đúc kim loại đúc cát, khuôn ép phun, phun kim loại  Tạo cơng cụ nhanh Hình 3.15 Trục khuỷu tạo LOM b Hướng nghiên cứu phát triển  Helisys Inc tập trung nghiên cứu nâng cao độ xác sử dụng vật liệu mới, cải thiện giao diện phần mềm dễ sử dụng  Thiết lập thuật tốn nghiên cứu mơ hồn hảo q trình tập trung ứng suất dư nâng cao tốc độ cắt tia Laser  Ngồi có nhiều phương pháp khác:  Phương pháp thêu kết laser chọn lọc (SLS) Hình.3.16 Sản phẩm từ phương pháp SLS  Phương pháp in chiều 3DP (Three Dimensional printing) Một số sản phẩm phương pháp in chiều 3DP THANKS A LOT ... CÁC PHƯƠNG PHÁP GIA CÔNG ĐẶC BiỆT ĐỀ TÀI: CÔNG NGHỆ TẠO MẪU NHANH Giới thiệu Công nghệ tạo mẫu nhanh Nguyênlý hoạt động Ứng dụng Phương hướng phát triển I.Giới thiệu • Tạo mẫu nhanh (Rapid Prototyping... Manufacturing), gia cơng điều khiển số nhờ máy tính (CNC – Computer Numerical Control) V hệ thống tạo mẫu nhanh đời v i tạo mẫu môi trường CAD Bảng 1.1 Lịch sử phát triển tạo mẫu nhanh công nghệ liên... tạo mẫu nhanh a.Thời kỳ đầu: tạo mẫu tay -Ra đời cách v i kỷ, mẫu điển hình khơng có độ phức tạp cao chế tạo mẫu trung bình khoảng tuần Phương pháp tạo mẫu phụ thuộc v o tay nghề thực công việc