MAY IN 3D

MỤC LỤC CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Tím hiểu công nghệ in 3D 1.1.1 Công nghệ in 3D SLA 1.1.2 Công nghệ in 3D SLS 1.1.3 Công nghệ in 3D FDM 1.1.4 Công nghệ in 3D LOM 1.2 Tìm hiểu máy in 3D dạng FDM 1.2.1 Qui trình in 3D FDM 1.2.2 Kết cấu khí 1.3 Mục tiêu, nhiệm vụ, phạm vi đề tài 1.3.1 Mục tiêu phạm vi đề tài 1.3.2 Nhiệm vụ 10 1.4 Nội dung, tổ chức luận văn 11 CHƯƠNG 2: LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN 12 2.1 Khung máy 12 2.1.1 Kết cấu khí khung máy .12 2.1.2 Vật liệu làm khung máy 12 2.2 Bộ phận truyền động 15 2.3 Động 16 2.4 Cụm đùn nhựa 17 2.4.1 Cảm biến nhiệt 17 2.4.2 Bộ phận gia nhiệt .18 2.4.3 Đầu đùn .18 iii 2.4.4 Bộ điều khiển nhiệt độ cho đầu đùn bàn in 19 2.5 Đề xuất cấu trúc điều khiển giải thuật điều khiển 21 2.5.1 Cấu trúc hệ thống điều khiển 21 2.5.2 Đề xuất giải thuật điều khiển 22 CHƯƠNG 3: TÍNH TỐN THIẾT KẾ CƠ KHÍ 23 3.1 Tính toán hệ truyền động cho máy in 3D 23 3.1.1 Tính chọn hệ truyền động vitme đai ốc cho trục Z 23 3.1.2 Tính chọn truyền đai cho trục X 25 3.1.3 Tính tốn truyền đai cho trục Y 30 3.1.4 Tính tốn truyền đai cho trục Z 33 3.2 Chọn động .35 3.2.1 Chọn động trục Z 35 3.2.2 Chọn động cho trục X 36 3.2.3 Tính tốn động cho trục Y 37 3.2.4 Tính tốn động cho cụm đùn nhựa .38 3.3 Tính tốn chọn dẫn hướng cho trục X,Y 39 3.3.1 Tính tốn chọn phận dẫn hướng cho trục X 39 3.3.2 Tính toán chọn dẫn hướng cho trục Y 41 3.4 Tính chọn phận khác 42 3.4.1 Lựa chọn nối trục cho máy in 3D 42 3.4.2 Chọn ổ lăn cho trục vit me 42 3.5 Mơ hình thực tế 44 CHƯƠNG 4: THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỆN 45 4.1 Sơ đồ khối hệ thống điện .45 4.2 Hệ thống điều khiển động 46 iv 4.2.1 Lựa chọn drive cho động 46 4.2.2 Điều khiển tốc độ động bước .46 4.3 Hệ thống điều khiển nhiệt độ .46 4.3.1 Chọn cảm biến cho phận gia nhiệt .46 4.3.2 Tính chọn phận gia nhiệt cho đầu in .48 4.3.3 Xây dựng hàm truyền 49 4.3.4 Tính hệ số điều khiển PID 54 4.4 Lựa chọn nguồn cho máy in 3D 57 4.5 Lưa chọn vi điều khiển máy in 3D 57 CHƯƠNG 5: THIẾT KẾ GIẢI THUẬT ĐIỀU KHIỂN 58 5.1 Giải thuật điều khiển tọa độ bàn máy 58 5.2 Tính tốn số xung cần thiết động .59 5.3 Nội suy đường thẳng 61 5.4 Lưu đồ giải thuật điều khiển máy in 3D 65 CHƯƠNG 6: THỰC NGHIÊM VÀ ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ 71 6.1 Mục tiêu thực nghiệm 71 6.2 Tiến hành thực nghiệm 71 6.3 Đánh giá sai số hệ thống 72 CHƯƠNG 7: TỔNG KẾT VÀ HƯƠNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI 74 7.1 Tổng kết đề tài .74 7.2 Hướng phát triển đề tài 74 TÀI LIỆU THAM KHẢO 75 v DANH SÁCH HÌNH ẢNH TRONG LUẬN VĂN Hình 1.1 Cơng nghệ in SLA Hình 1.2 Công nghệ in SLS Hình 1.3 Cơng nghệ in 3D FDM Hình 1.4 Cơng nghệ in 3D LOM Hình 1.5 Qui trình in 3D .5 Hình 1.6 Máy in 3D Denta Rostock .6 Hình 1.7 Máy in 3D Prusa i3 Hình 1.8 Máy in 3D MakerBot .8 Hình 2.1 Kết cấu khí máy in 3D 12 Hình 2.2 Máy in 3D với khung làm từ hợp kim nhôm 13 Hình 2.3 Máy in 3D với khung làm từ nhựa Mica 14 Hình 2.4 Máy in 3D với khung máy làm từ gỗ ván ép 14 Hình 2.5 Máy in 3D với khung máy làm từ nhôm định hình .15 Hình 2.6 Động bước sử dụng cho máy in 3D 16 Hình 2.7 Sơ đồ khối cụm đùn nhựa 17 Hình 2.8 Bộ phận gia nhiệt cho bàn in đầu đùn .18 Hình 2.9 Đầu đùn máy in 3D 19 Hình 2.10 Đồ thị đáp ứng điều khiển ON – OFF 19 Hình 2.11 Đồ thị đáp ứng điều khiển PID 20 Hình 2.12 Sơ đồ khối hệ thống điều khiển 21 Hình 3.1 Sơ đồ tính chiều dài vít me 24 Hình 3.2 Sơ đồ tính tốn trục X 25 Hình 3.3 Sơ đồ tính toán L1 L2 .29 vi Hình 3.4 Sơ đồ tính tốn động trục Y 30 Hình 3.5 Sơ đồ tính tốn L1 L2 .33 Hình 3.6 Sơ đồ tính tốn lực 38 Hình 3.7 Sơ đồ tính tốn lực tác dụng lực lực 39 Hình 3.8 Sơ đồ tính tốn lực tác dụng lên trượt trục Y 41 Hình 3.9 Sơ đồ bố trí ổ lăn bánh đai .42 Hình 3.10 Mơ hình thực tế máy in 3D thiết kế 44 Hình 4.1 Sơ đồ khối hệ thống điện .45 Hình 4.2 Sơ đồ đo nhiệt độ cho phận gia nhiệt 47 Hình 4.3 Sơ đồ mạch cấp nguồn điều khiển nhiệt độ 49 Hình 4.4 Đồ thị mối quan hệ PWM (%) nhiệt độ 51 Hình 4.5 Thí nghiệm xác định hàm truyền lị nhiệt 51 Hình 4.6 Đặc tính xác lị nhiệt 52 Hình 4.7 Đặc tính gần lò nhiệt 52 Hình 4.8 Đồ đáp ứng khối Mosfet – Drive 53 Hình 4.9 Xấp xỉ hàm truyền khối Mosfet - Heater 54 Hình 4.10 Đồ thị đáp ứng thực tế Heater 250ºC 55 Hình 5.1 Qui ước gốc tọa độ 59 Hình 5.2 Sơ đồ nội suy đường thẳng 61 Hình 5.3 Lưu đồ nội suy .63 Hình 5.4 Chương trình máy in 3D 65 Hình 5.5 Chương trình vị trí home 66 Hình 5.6 Chương trình đọc gcode xử lý liệu .68 Hình 5.7 Lưu đồ chương trình di chuyển .69 Hình 5.8 Lưu đồ giải thuật gia nhiệt 70 vii Hình 6.1 Kết vẽ hình chữ nhật .71 Hình 6.2 Kết vẽ hình trịn 71 Hình 6.3 Chi tiết in 72 viii DANH SÁCH BẢNG BIỂU TRONG LUẬN VĂN Bảng 1.1 Thông số kĩ thuật máy in 3D Denta Rostock Bảng 1.2 Thông số máy in: Bảng 1.3 Thông số máy in: Bảng 1.4 Thông số thiết kế máy in 3D FDM Bảng 2.1 Đặc tính nhiệt nhựa ABS PLA 18 Bảng 3.1 Thông số để lựa chọn động trục Z 36 Bảng 3.2 Thông số động cho trục Z chọn 36 Bảng 3.3 Thông số để lựa chọn động trục X 36 Bảng 3.4 Thông số động cho trục X chọn 37 Bảng 3.5 Thông số để lựa chọn động trục Y 37 Bảng 3.6 Thông số động cho trục Y chọn 37 Bảng 3.7 Thông số động cho trục Y chọn 39 Bảng 3.8 Thơng số tính tốn chọn ổ lăn .43 Bảng 4.1 Thông số kĩ thuật A4899 .46 Bảng 4.2 Số liệu có từ thực nghiệm 50 Bảng 4.3 Dòng tiêu thụ phận máy 57 Bảng 5.1 Bảng giá trị kiểm tra giải thuật nội suy 64 Bảng 6.1 Bảng số liệu chi tiết in 72 ix CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Tím hiểu cơng nghệ in 3D Trên giới có nhiều công nghệ in 3D, công nghệ in 3D chủ yếu Stereo Lithography Apparatus (SLA), Selective Laser Sintering (SLS) Fused Deposition Modeling (FDM), Laminated Object Manufacturing (LOM) Mỗi loại có ưu nhược điểm riêng kết cấu khí, điều khiển, cách thức hoạt động sản phẩm in 1.1.1 Công nghệ in 3D SLA Là kỹ thuật dùng tia laser làm đông cứng nguyên liệu lỏng để tạo thành lớp nối tiếp sản phẩm hồn tất Quy trình kỹ thuật sau: Đặt bệ đỡ thùng chứa nguyên liệu lỏng, chùm tia laser di chuyển (theo thiết kế) lên mặt nguyên liệu lỏng theo hình mặt cắt ngang sản phẩm làm lớp nguyên liệu đông cứng lại Bệ đỡ chứa lớp nguyên liệu cứng lại hạ xuống, qui trình lặp lại sản phẩm hồn tất Hình 1.1 Cơng nghệ in SLA Ưu điểm - Cơng nghệ có bề dày lớp layer 0.06mm, nên mẫu tạo thành có độ xác cao, bề mặt nhẵn - Tạo mẫu hình dạng phức tạp kích thước lớn - Sử dụng vật liệu nhựa đục CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN Nhược điểm - Máy móc sử dụng cơng nghệ cồng kềnh đắt công nghệ in 3D khác - Khi sử dụng cơng nghệ địi hỏi số yêu cầu đặt biệt như: Bảo quản mấu phòng tối để tránh ánh nắng mặt trời làm cong vật liệu nhựa cảm quang tạo mẫu - Mẫu yêu cầu bảo quản xử lý cẩn thận sau in - Mẫu chứa lượng độc hại 1.1.2 Công nghệ in 3D SLS Sử dụng nguyên liệu dạng bột (nhựa, kim loại, thủy tinh, gốm) chứa bồn, lớp xếp chồng lên nhờ bánh lăn vừa cuộn, vừa kéo san phẳng vật liệu thành lớp mỏng Biên dạng lớp hình thành cách dung tia laser chiếu vào cho nóng chảy bột để lớp bên liên kết với lớp bên Qui trình lặp lại vật hình thành Hình 1.2 Cơng nghệ in SLS Ưu điểm: - Tạo mẫu loại vật liệu khác nhựa, kim loại, thủy tinh CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN - Tạo mẫu đa dạng màu sắc, tạo mẫu hình dáng phức tạp mà không cần vật liệu hỗ trợ Nhược điểm: - Phức tạp, chi phí đầu tư cao - Chi phí vận hành cao hao tổn vật liệu lớn 1.1.3 Công nghệ in 3D FDM Vật liệu sử dụng sợi nhựa (ABS, PLA…) có đường kính 3mm 1.75mm Sợi nhựa dẫn qua ống dẫn tới đầu đùn Tại đó, sợi nhựa nung nóng tới nhiệt độ nóng chảy đùn ngồi Trong đó, đầu đùn di chuyển tương bàn máy theo ba phương X, Y, Z tạo thành lớp vật liệu Quá trình lặp lại đạt kích thước u cầu Hình 1.3 Cơng nghệ in 3D FDM Ưu điểm: - Kết cấu đơn giản dễ chế tạo - Tiết kiệm vật liệu - Không yêu cầu khắt khe bảo quản vật liệu Nhược điểm: - Sản phẩm in có độ xác mức trung bình - Độ dày lớp in nhỏ 0.1 mm ... nghệ in SLA Hình 1.2 Công nghệ in SLS Hình 1.3 Cơng nghệ in 3D FDM Hình 1.4 Cơng nghệ in 3D LOM Hình 1.5 Qui trình in 3D .5 Hình 1.6 Máy in 3D Denta... 1.7 Máy in 3D Prusa i3 Hình 1.8 Máy in 3D MakerBot .8 Hình 2.1 Kết cấu khí máy in 3D 12 Hình 2.2 Máy in 3D với khung làm từ hợp kim nhôm 13 Hình 2.3 Máy in 3D với... (0.1mm) CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.2 Tìm hiểu máy in 3D dạng FDM 1.2.1 Qui trình in 3D FDM Hình 1.5 Qui trình in 3D Mơ hình cần in thiết kế phần mềm vẽ 3D, sau chuyển sang định dạng stl Tiếp theo,