Công ngh t o m u nhanh (Rapid Prototyping) ng Công ngh t o m u nhanh MES Nguy n V n T Engineering Reviews http://meslab.org Nguy n V n T Khoa C khí, ng i h c Nha Trang, Khánh Hòa, Vi t Nam Tóm t t S phát tri n c a t o m u nhanh (Rapid Prototyping- RP) có quan h m t thi t v i s phát tri n ng d ng c a máy tính cơng nghi p Vi c gi m giá thành c a lo i máy tính, đ c bi t máy tính cá nhân máy tính mini làm thay đ i ph ng th c làm vi c phân x ng c a nhà máy Vi c gia t ng s d ng máy tính thúc đ y d ti n b nhi u l nh v c liên quan đ n máy tính bao g m thi t k (CAD–Computer Aided Design), ch t o (CAM–Computer Aided Manufacturing), gia cơng u n s nh máy tính (CNC – Computer Numerical Control) C th , s n i lên c a h th ng RP không th thi u s hi n di n c a CAD Tuy nhiên t nghiên c u hàng lo t h th ng RP ngày nay, có th th y r ng ngồi CAD, nhi u cơng ngh ti n b k thu t khác nh h th ng ch t o v t li u c ng có tính quy t đ nh đ n s phát tri n c a h th ng RP Gi i thi u Có th hi u t o m u nhanh trình t o m u s n ph m giúp cho nhà s n xu t quan sát nhanh chóng s n ph m cu i Quá trình s d ng thi t b RP nh nh ng máy in ba chi u cho phép ng i thi t k chuy n nh ng d li u CAD 3D thành nh ng m u th c m t cách nhanh chóng Tùy thu c vào kích th c đ ph c t p c a m u mà th i gian đ t o m t m u m i ch m t kho ng t – 72 gi , th m chí h n Nh v y, so v i vi c t o m u b ng máy truy n th ng – th ng m t t nhi u tu n đ n nhi u tháng – vi c t o m u b ng RP nhanh h n r t nhi u Do m t th i gian nên RP giúp cho nhà s n xu t nhanh chóng đ a s n ph m th tr ng gi m chi phí s n xu t ó c ng u m n i b t c a trình t o m u nhanh Copyright 2007 MES Lab – Be Pro! Trang Hình 1: K thu t viên thao tác h th ng RP Ba th i k c a trình t o m u Quá trình t o m u đ c phân làm ba th i k Hai th i k sau ch m i đ i kho ng 20 n m tr l i T ng t nh trình t o m u máy vi tính, tính ch t v t lý c a m u ch đ c nghiên c u phát tri n th i k th ba 2.1 Th i k đ u : http://meslab.org Công ngh t o m u nhanh (Rapid Prototyping) Th i k t o m u b ng tay.Th i k đ u tiên đ i cách vài th k Trong th i k này, m u n hình khơng có đ ph c t p cao ch t o m t m u trung bình m t kho ng tu n Ph ng pháp t o m u ph thu c vào tay ngh th c hi n công vi c m t cách-c c-k n ng-nh c 2.2 Th i k th hai Th i k ph n m m t o m u hay t o m u o Th i k th hai c a t o m u phát tri n r t s m, kho ng gi a th p niên 70.Vi c ng d ng CAD/CAE/CAM tr nên r t ph bi n Ph n m m t o m u s phác h a máy vi tính nh ng ý t ng m i Các m u đ c x lý nh m t mơ hình v t lý: đ c ki m tra, phân tích c ng nh đo ng su t s đ c hi u ch nh cho phù n u ch a đ t yêu c u Ch ng h n, vi c phân tích ng su t s c c ng b m t ch t l ng có th d đốn xác đ c có th xác đ nh xác thu c tính tính ch t c a v t li u H n n a, m u th i k tr nên ph c t p h n nhi u so v i th i k đ u (kho ng hai l n) Vì th , th i gian yêu c u cho vi c t o m u có khuynh h ng t ng lên kho ng 16 tu n, tính ch t v t lý c a m u v n ph thu c vào ph ng pháp t o m u c b n tr c Tuy nhiên, vi c v n d ng máy gia cơng xác c i thi n t t h n tính ch t v t lý c a m u Cùng v i s ti n b l nh v c t o m u nhanh th i k th ba, có s tr giúp r t l n c a trình t o m u o Tuy nhiên, v n tranh cãi v nh ng gi i h n c a công ngh t o m u nhanh nh : S gi i h n v v t li u (ho c b i chi phí cao ho c cách s d ng cho t ng v t li u không gi ng đ t o chi ti t) 2.3 Th i k th ba: Copyright 2007 MES Lab – Be Pro! Nguy n V n T ng Th i k c a trình t o m u nhanh Tính ch t v t lý t ng ph n c a s n ph m trình t o m u nhanh c ng đ c bi t đ n Quá trình t o m u r ng thích h p cho vi c s n xu t bàn nâng hay công ngh s n xu t l p Công ngh th hi n trình phát tri n t o m u th i k th ba Vi c phát minh thi t b t o m u nhanh m t d u m c quan tr ng Nh ng phát minh đáp ng đ c yêu c u c a gi i kinh doanh th i k này: gi m th i gian s n xu t, t ng đ ph c t p c a m u, gi m chi phí th i m ng i dùng yêu c u s n ph m ph i đáp ng c v ch t l ng l n m u mã, nên m c đ ph c t p c a chi ti t c ng t ng lên, g p ba l n m c đ ph c t p mà chi ti t đ c làm vào nh ng n m 70 Nh ng nh vào công ngh t o m u nhanh nên th i gian trung bình đ t o thành m t chi ti t ch l i tu n so v i 16 tu n th i k th hai N m 1988, h n 20 công ngh t o m u nhanh đ c-nghiên-c u Hình 2: Thi t b RP c a th i k th ba N n t ng c a trình t o m u nhanh Trang http://meslab.org Cơng ngh t o m u nhanh (Rapid Prototyping) 3.1 M u hay m t b ph n chi ti t đ thi t k h th ng CAD/CAM c M u ph i th hi n đ y đ tính ch t v t lý nh s n ph m th t th hi n b ng nh ng m t cong khép kín v i kích th c gi i h n rõ ràng Do đó, ph i xác đ nh d li u bên trong, bên c ph m vi gi i h n c a m u Tuy nhiên, yêu c u không c n thi t đ i v i mô hình d ng kh i Các mơ hình d ng kh i s t đ ng gi i h n th tích Yêu c u đ m b o r ng t t c m t c t ngang đ u nh ng đ ng cong kín đ t o kh i v t th 3.2 Mơ hình d ng kh i hay mơ hình b m t s đ c chuy n sang file đ nh d ng “ STL” (StereoLithography) mà file kh i đ u h th ng 3D File đ nh d ng STL x p x b m t d i d ng đa giác Các m t cong b c cao ph i dùng r t nhi u đa giác, u có ngh a file STL dùng cho chi ti t m t cong ph i có dung l ng r t l n Tuy nhiên có m t vài h th ng t o m u nhanh ch ch p nh n d li u IGES (Initial-Graphic-Exchange Specification) đ cung c p xác đ c tính 3.3 Máy tính phân tích file STL đ xác đ nh rõ ràng mơ hình cho s n xu t l p m ng m t c t ngang B m t c t ngang đ c t o theo ph ng pháp h d n xu ng su t q trình hóa c ng c a ch t l ng hay b t sau k t h p thành m u 3D M t kh n ng khác b m t c t ngang có th nh ng l p m ng hay d ng kh i, nh ng l p m ng có th đ c liên k t v i đ hình thành nên m t m u 3D Các ph ng pháp t o m u t ng t khác c ng có th dùng cho công vi c t o m u Copyright 2007 MES Lab – Be Pro! Trang Nguy n V n T ng Nói m t cách khác, s phát tri n c a trình t o m u nhanh đ c th hi n qua b n m t c b n: d li u vào, ph ng pháp t o m u nhanh, v t li u ng d ng D -li u-vào: D li u 3D cung c p đ c chuy n đ n b ng tín hi u n t theo yêu c u đ mô t v n đ có liên quan đ n v t th Có th b t đ u t hai d ng mơ hình sau: mơ hình máy tính hay m t mơ hình t v t th H th ng CAD t o mơ hình máy tính d ng m t hay d ng kh i m t khía c nh khác, khơng ph i t t c mơ hình t v t th đ u rõ ràng D li u c a thu đ c b ng m t ph ng pháp g i k thu t ng c Trong k thu t ng c, có th s d ng thi t b nh : máy đo t a đ bút v b ng-laser - Ph ng pháp t o m u nhanh:- - Tùy t ng ph ng pháp x lý c a nhà s n xu t mà ta có th phân tích thành m t s d ng nh : x lý quang hóa (Photocuring), c t dán liên k t (Cutting and Glucing/Joining), nóng ch y đơng đ c (Melting and Solidifying/Fusing),… Vi c x lý quang hóa có th phân tích thành t ng nhóm nh : chùm laser đ n , chùm laser đôi đèn m - V t li u: Tùy thu c vào nh ng nét đ c tr ng c a v t li u ta có th l a ch n v t li u: d ng kh i, d ng l ng hay d ng b t d ng kh i, có th có hình th c khác nh là: viên, dây hay phi n m ng M t s v t li u hi n đ c s d ng nh : gi y, nilon, nh a, sáp, kim lo i, g m, … http://meslab.org Công ngh t o m u nhanh (Rapid Prototyping) Nguy n V n T ng Cubital Thi t b t o m u d ng kh i SCS c a Sony Thi t b in s d ng tia t ngo i t o v t th d ng kh i SOUP c a Misuibishi Thi t b Hình 3: RP có th t o hình kh i ph c t p t o nh n i c a EOS Thi t b t o nh kh i c a Teijin Seiki Phân lo i: Do có nhi u ph ng di n s n xu t nên hình thành nhi u lo i h th ng t o m u nhanh th tr ng, đ phân lo i m t cách bao quát h th ng t o m u nhanh, d a c s v t li u s n xu t V i ki u phân lo i này, t t c h th ng t o m u nhanh có th d dàng phân thành ba lo i : Thi t b t o m u nhanh c a Meiko cho ngành công nghi p đ trang s c Thi t b t o m u nhanh SLP c a Denken Thi t b t o m u nhanh COLAMM c a Mitsui 10 Thi t b t o m u nhanh LMS c a Fockele Schwarze 11 Thi t b điêu kh c b ng ánh sáng - D a c s v t li u d ng l ng - D a c s v t li u d ng kh i 12 Thi t b hai chùm tia laser 4.2 Ph ng pháp RP d a c s v t li u d ng kh i: - D a c s v t li u d ng b t 4.1 Ph ng pháp RP d a c s v t li u d ng l ng: -Các h th ng t o m u nhanh d a c s v t li u l ng b t đ u v i v t li u tr ng thái l ng Quá trình t o m u m t trình l u hóa, v t li u chuy n đ i t tr ng thái l ng sang tr ng thái r n Sau m t s h th ng thi t b t o m u nhanh d a c s v t li u d ng l ng: Các h th ng t o m u nhanh v i v t li u c b n d ng kh i có liên quan đ n t t c hình th c v t li u d ng kh i bao g m d ng: dây, cu n, m ng d ng viên Sau m t s h th ng t o m u nhanh tiêu bi u cho ph ng pháp này: -1 Thi t b t o l p m ng LOM c a Helisys Thi t b phun nhi u l p FDM c a Thi t b t o m u l p th SLA c a 3D Stratasys Systems Thi t b d p nóng có s d ng ch t liên Thi t b x lý d ng kh i SGC c a Copyright 2007 MES Lab – Be Pro! Trang k t SAHP c a KiRa - http://meslab.org Công ngh t o m u nhanh (Rapid Prototyping) Nguy n V n T ng Thi t b t o m u nhanh c a Kinergy 5 Thi t b t o m u nhi u đ u phun MJM 5.1 úc khuôn v m ng c a 3D System H th ng t o m u nhanh RPS c a IBM Thi t b t o m u MM-6B c a công ty Sanders Prototype Thi t b t o m u nhanh Hot Plot c a ng d ng úc khn v m ng m t q trình đúc xác đ ch t o nh ng chi ti t có hình dáng s c c nh t h p kim Hi u qu ch y u áp d ng ph ng pháp t o m u nhanh công ngh đúc khuôn v m ng kh n ng t o m u có đ xác cao, chi phí th p th i gian đ t o m u ng n Sparx AB’s Thi t b t o m u nhanh Laser CAMM c a Scale Model Unlimited 4.3 Ph ng pháp RP d a c s v t li u d ng b t: -Trong kh n ng đ c gi i h n, tr ng thái b t v n đ c xem nh tr ng thái kh i Tuy nhiên, đ c t o ý t ng v m t lo i thi t b không ph thu c vào h th ng t o m u nhanh v t li u tr ng thái kh i c s Các h th ng t o m u nhanh đ c tr ng cho ph ng pháp này:====== Thi t b thiêu k t b ng laser SLS c a DTM Thi t b đúc khuôn v m ng tr c ti p DSPC c a Soligen Thi t b đ nh hình nhi u giai đo n hoá c ng MJS c a Fraunhofer H th ng thi t b EOSINT c a EOS Thi t b in phun (Ink-Jet) hay g i BPM c a BPM Technology Thi t b in ba chi u 3DP c a MIT Copyright 2007 MES Lab – Be Pro! Trang 5.2 Ch t o d ng c - Ng i ta ng d ng công ngh t o m u nhanh ch t o d ng c nh n c c gia công tia l a n, ch t o khe h ho c ru t c a khuôn phun nh a, ng d n h th ng u hòa nhi t đ ,… 5.3.T o m u nhanh ch t o s n xu t T o m u nhanh có th đ c s d ng cho ch t o s n ph m Cùng m t s n ph m nh có th có đ ng c khác nh ng nét k thu t khác Các nét k thu t khác có th đ n gi n nh s khác v v t li u, nút b m, phích c m n, màu s c ho c c ng có th ph c t p nh s khác c u t o bên Nh ng khác bi t c n thi t đ ph c v cho yêu c u riêng c a ng i s d ng ho c đ phân bi t Thêm n a th i gian t n t i c a s n ph m tr nên ng n h n bu c ng i thi t k phát tri n nh ng s n ph m m i m t kho ng th i gian ng n Trong trình phát tri n, m t v n đ g p ph i s l a ch n m t hai vi c là: kéo dài th i gian phát tri n ho c t ng ngu n l c s n xu t đ cho k p th i h n Trong hồn c nh nh v y, th i http://meslab.org Cơng ngh t o m u nhanh (Rapid Prototyping) gian bán s n ph m tr thành nhân t quy t đ nh kh n ng l i nhu n Th c tr ng đòi h i nh ng thay đ i nh th s n ph m đ c phát tri n Các nhóm khác nh : nhóm thi t k , k thu t, ti p th nhóm s n xu t ph i h p tác ch t ch h n n a h ng v m t m c tiêu chung ho t đ ng th ng nh t v i M c tiêu ph i rõ ràng cho nhóm có liên quan N u s c ng tác có hi u qu s tránh đ c nh ng v n đ vi c truy n đ t thông tin T o m u nhanh cho m t mơ hình v t lý có th s d ng đ c nh m t mơ hình CAD 3D có s n Mơ hình v t lý m t công c truy n đ t thông tin hồn h o N u hình nh b ng m t ngàn l i nói mơ hình v t lý b ng m t ngàn hình nh Thêm n a v t th ch t o b ng t o m u nhanh ngày đ c s d ng th ng xuyên đ ki m tra ch c n ng có th ki m tra tr c s n xu t hàng lo t B ng cách ng i ta có th k p th i phát hi n l i giai đo n mà s thay đ i ch a t n l m Nh ng yêu c u tinh t d hi u h n d n t i nh ng s n ph m t t h n, đáp ng đ c đòi h i c a th tr ng Ng i ta c l ng n u vi c s d ng ph ng pháp t o m u nhanh có hi u qu , th i gian phát tri n cho công c có th gi m m t n a — Hình 4: RP đáp ng nhanh nhu c u s n xu t Copyright 2007 MES Lab – Be Pro! Trang Nguy n V n T ng 5.4.T o m u nhanh v i công ngh truy n th ng T o m u nhanh s khơng thay th hồn tồn cơng ngh truy n th ng nh : NC cán t c đ cao ho c c nh ng ph n làm b ng tay, h n nên coi t o m u nhanh m t s l a ch n công c đ ch t o b ph n Ng i ta cho r ng b ph n có th đ c ch t o v i nh ng yêu c u v v t li u dung sai tr c không chu n, nh ng y u t ph thu c l n T o m u nhanh cho th y l i th rõ ràng ph i chép nhi u l n b ph n ph c t p Ngồi ra, khơng th xác đ nh xác s ph c t p c a b ph n Nh ng ch c ch n bao g m nh ng thành ph n sau: kích c , mơ hình, chi u cao, đ d y t ng s b m t mơ hình CAD, u c u v dung sai, ki u c a h th ng CAD dùng đ t o công c 5.5 T o m u nhanh nh ng ng d ng y h c ng d ng ph ng pháp t o m u nhanh y h c m t l nh v c m i Nhi u ng d ng tr nên r t quan tr ng s h i t c a ba công ngh riêng bi t là: hình nh n i soi, đ h a n toán, CAD t o m u nhanh CT (ComputerAssisted Tomography) URI (Magnectic Resonance Imaging) cung c p nh ng hình nh đ gi i quy t t t nh ng c u trúc bên c a c th ng i Ví d c u trúc c a x ng c quan Nh ng hình nh đ c x lý b ng nh ng công c ph n m m thích h p Nó có th chuy n k t qu cho trình t o m u nhanh t o v t th v t lý, mô hình đ c g i mơ hình y h c sau m t s hình nh v t o s ng i b ng RP http://meslab.org Công ngh t o m u nhanh (Rapid Prototyping) Nguy n V n T ng nh ng công c m i Nh ng mơ hình v t lý c a c u trúc bên c s đ h i ch n chu n b cho nh ng tr ng h p ph u thu t ph c t p m t cách t t h n N u nh ng cu c ph u thu t có th đ c th c hi n thành công nhi u h n chi phí u tr chi phí m gi m xu ng, thêm n a s gi m đ c nh ng r i ro, gi m đ c n i đau đ n c a ng i b nh, c i thi n ch t l ng c a k t qu công vi c Hình 5: ng d ng RP Y h c Cùng v i vi c đó, nh ng công ngh cung c p cho bác s nhà ph u thu t Nguy n V n T ng (ME)(t ng h p) L u ý: Bài vi t đ c biên t p thi t k b i MES Engineering Reviews, b n quy n thu c MES Lab tác gi Ghi rõ ngu n http://meslab.org b n phát hành l i file MES Lab s h u trang tin http://meslab.org Di n đàn http://meslab.org/forum c a C ng đ ng K s V t li u C khí Vi t Nam Hãy gia nh p Di n đàn c a hôm đ chia s v n đ chuyên môn B n đ c hoan nghênh ! Copyright 2007 MES Lab – Be Pro! Trang http://meslab.org ... ng Th i k c a q trình t o m u nhanh Tính ch t v t lý t ng ph n c a s n ph m trình t o m u nhanh c ng đ c bi t đ n Q trình t o m u r ng thích h p cho vi c s n xu t bàn nâng hay công ngh s n xu... : Thi t b t o m u nhanh c a Meiko cho ngành công nghi p đ trang s c Thi t b t o m u nhanh SLP c a Denken Thi t b t o m u nhanh COLAMM c a Mitsui 10 Thi t b t o m u nhanh LMS c a Fockele Schwarze... ng công ngh t o m u nhanh ch t o d ng c nh n c c gia công tia l a n, ch t o khe h ho c ru t c a khuôn phun nh a, ng d n h th ng u hòa nhi t đ ,… 5.3.T o m u nhanh ch t o s n xu t T o m u nhanh