thiết kế máy in 3d tạo hình các sản phẩm nhựa gỗ tre

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA CƠ KHÍ LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP Chuyên nghành: Thiết Kế Máy TÊN ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ MÁY IN 3D TẠO HÌNH CÁC SẢN PHẨM NHỰA GỖ TRE SVTN: Nguyễn Đăng Quang MSSV: 1413087 GVHD: GS.TS Nguyễn Thanh Nam TP HCM, tháng năm 2019 Luận văn tốt nghiệp GVHD: GS.TS.NGUYỄN THANH NAM MỤC LỤC DANH SÁCH CÁC HÌNH DANH SÁCH CÁC BẢNG 14 DANH MỤC CÁC TỰ VIẾT TẮT 15 TÓM TẮT 16 LỜI CẢM ƠN 17 MỞ ĐẦU 18 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ IN 3D 19 1.1 Công nghệ bồi đắp vật liệu 19 Công nghệ in 3D gì? 19 1.1.1 Phân loại công nghệ bồi đắp vật liệu 22 1.1.2 Các phương pháp đặc trưng công nghệ bồi đắp vật liệu 22 Phương pháp SLA (System’ stereo Lithography Apparatus) 22 Phương pháp SLS (Selective Laser Sintering) 24 Phương pháp FDM (Fused Deposition Modeling) 25 Phương pháp LOM ( Laminated Object Manufacturing) 27 1.1.3 VẬT LIỆU TẠO MẪU 28 1.1.3.1 Nhựa ABS (acrylonitrile butadiene styrene ) 29 1.1.3.2 Nhựa PLA 29 1.1.3.3 Nhựa Resin 29 1.1.3.4 Nhựa gỗ 30 Lý dùng nhựa gỗ tre 30 1.1.4 Ứng dụng công nghệ bồi đắp vật liệu 31 Công nghiệp sản xuất chế tạo: 31 Hàng không, vũ trụ 33 Quốc phòng 34 Ngành thực phẩm 34 Y tế - Chăm sóc sức khỏe 35 Giáo dục 37 Kiến trúc xây dựng 38 Trong gia đình 39 1.2 Công nghệ bồi đắp vật liệu Việt Nam 41 SVTH: Nguyễn Đăng Quang -1413087 Luận văn tốt nghiệp GVHD: GS.TS.NGUYỄN THANH NAM 1.2.1 Các thiết bị bồi đắp vật liệu thị trường Việt Nam 41 Thiết bị giá rẻ 41 b) Thiết bị mini 42 c) Thiết bị Reprap 42 Thiết bị công nghiệp 43 1.2.2 Ứng dụng công nghệ bồi đắp vật liệu Việt Nam 44 Trong công nghiệp 44 Trong giáo dục 44 Trong y tế 45 1.2.3 Nhu cầu công nghệ bồi đắp vật liệu 45 1.3 Tính cấp thiết đề tài 45 1.4 Phương pháp nghiên cứu 46 CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT TÍNH TỐN THIẾT KẾ MÁY IN 3D TẠO HÌNH CÁC SẢN PHẨM NHỰA GỖ THEO MODUN 47 Khái quát chung máy in 3D 47 2.1 Nguyên lý làm việc máy in 3D công nghệ FDM 47 2.2 Các thành phần, kết cấu thiết bị 47 Cụm khung 47 Cụm truyền động 48 Bộ đùn nhựa 48 Bàn thiết bị 49 Bộ điều khiển 49 2.2 Phương pháp thiết kế theo mô đun 50 2.2.1 Phân tích sản phẩm 53 2.2.2 Phân tích sản phẩm theo cấu trúc 54 2.2.3 Phân tích sản phẩm theo chức 55 2.2.3.1 Xác định thông số kỹ thuật cấp hệ thống (System – Level Specification SLS) 57 2.2.3.2 Xác định tác động đặc tính kỹ thuật (SLS) đến yêu cầu thực chức chung (GFR) 58 2.2.3.3 Chỉ số tương đồng 59 2.3.1 Nhóm chi tiết thành cụm (mô đun) 60 2.3.2 Các thuật tốn nhóm đối tượng thủ công 60 SVTH: Nguyễn Đăng Quang -1413087 Luận văn tốt nghiệp GVHD: GS.TS.NGUYỄN THANH NAM 2.3.2.1 Thuật toán nhóm đối tượng thứ bậc (Rank Order Clustering (ROC) Algorithm) [1] 60 2.3.2.2 Thuật toán “năng lượng liên kết” (Bond Energy Algorithm – BEA) 62 2.3.2.3 Thuật toán nhận dạng cụm (Cluster Indentification Algorithm – CIA) 64 2.3.3.4 Thuật toán phân cụm dựa hệ số tương đồng 66 2.4.1 Một số giải thuật nhóm đối tượng dựa lập trình tốn 68 2.4.1.1 Mơ hình P – Median 68 2.4.2 Kết luận 70 CHƯƠNG 3: PHÂN TÍCH VÀ LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ CHO MÁY IN 3D NHỰA GỖ TRE 72 3.1 Phân tích, lựa chọn kết cấu chuyển động học 72 3.1.1 Kết cấu truyền động Catersian 72 3.1.2 Kết cấu truyền động Delta 75 3.1.3 Kết cấu truyền động Scara 76 3.1.4 Kết cấu truyền động Polar 76 3.1.5 Phân tích lựa chọn phương án kết cấu truyền động 77 3.1.6 Phương án thiết kế truyền động Cartesian 79 Phương án 1: Truyền động Cartesian - XY 79 Phương án 2: Truyền động Cartesian - XZ 79 3.2 Phân modun cho máy in 3D nhựa gỗ tre 80 3.2.1 Phân tích yêu cầu sản phẩm 80 3.2.2 Phân tích sản phẩm 81 Xác định mức độ ảnh hưởng SLS đến GFR (Bảng 3.12): 86 3.3 Tổng hợp sản phẩm 88 Kết luận 91 3.4 Phân tích, lựa chọn cụm thiết bị 91 3.4.1 Lựa chọn cụm truyền động 91 3.4.2 Lựa chọn cụm dẫn động 93 3.4.3 Lựa chọn cụm khung thiết bị 94 3.4.4 Lựa chọn cụm XY 96 3.4.5 Lựa chọn cụm trục Z 101 3.5 Thiết kế chi tiết 102 3.5.1 Arduino Mega 2560 R3 103 SVTH: Nguyễn Đăng Quang -1413087 Luận văn tốt nghiệp GVHD: GS.TS.NGUYỄN THANH NAM 3.5.2 RAMPS 1.4 105 3.5.3 Động bước 106 3.5.4 A4988 Step Driver 107 3.5.5 Đầu phun 109 3.5.6 Endstop 110 3.5.7 Quạt tản nhiệt 110 3.5.8 Linh kiện khí 111 - Rây trượt trượt rây: 111 - Góc ke 30x30mm: 111 - Tấm đỡ rây trượt gia công cnc: 111 - Gối đỡ có bạc trượt KP08 KFL08: 112 - Puli 20 răng: 112 - Dây curoa 6mm: 112 - Puli Gt2 20 có bạc trượt bên trong: 113 - Mica, kiếng: 113 - Chi tiết nhựa máy in 3D: 114 - Nhựa in: 114 Tổng kết chương 115 CHƯƠNG 4: TÍNH TỐN, THIẾT KẾ CÁC CỤM THIẾT BỊ 116 4.1.2 Tính tốn lựa chọn động trục Z 118 4.1.3 Lựa chọn visme đai ốc 119 4.1.4 Lựa chọn nối trục cho trục Z 120 4.1.5 Tính tốn, lựa chọn trục dẫn hướng cho trục Z 121 4.2 Tính tốn thiết kế cụm XY 123 4.2.1 Lựa chọn ray dẫn hướng cho trục XY 123 4.2.2 Tính tốn chọn động 124 4.2.3 Tính toán chọn đai 126 CHƯƠNG 5: THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN CHO THIẾT BỊ 129 5.1 Sơ đồ khối hệ thống 129 5.1.1 Yêu cầu hệ thống 129 5.1.2 Sơ đồ chức khối 129 a Máy in 3D 129 SVTH: Nguyễn Đăng Quang -1413087 Luận văn tốt nghiệp GVHD: GS.TS.NGUYỄN THANH NAM 5.2 Hoạt động hệ thống 130 5.2.1 Hoạt động máy in 3D 130 5.3 Thiết kế, tính tốn hệ thống 130 5.3.1 Máy in 3D 130 a Khối xử lý trung tâm 130 b Khối chấp hành 132 c Khối nguồn 132 5.4 Kết nối hệ thống 133 5.4.1 Máy in 3D 133 5.5 Lưu đồ giải thuật 134 5.5.1 Máy in 3D 134 5.6 Thiết lập Firmware Marlin 136 5.6.1 Tốc độ truyền liệu 137 5.6.2 Board điều khiển 137 5.6.3 Số đầu đùn 138 5.6.4 Cảm biến nhiệt độ 138 5.6.5 Nhiệt độ 138 5.6.6 Kiểm tra ổn định nhiệt độ đầu đùn 138 5.6.7 Thiết lập PID cho đầu nung 139 5.6.8 Nhiệt độ tối thiểu trước di chuyển đầu đùn 139 5.6.9 Kiểm tra cố cảm biến nhiệt độ 140 5.6.10 Tín hiệu kích hoạt Endstop 140 5.6.11 Kích thước in (mm) 140 5.6.12 Đảo hướng trục tọa độ 140 5.6.13 Vị trí Home 141 5.6.14 Số trục máy in 141 5.6.15 Số bước động trục 141 a Trục X Y 142 b Trục Z 142 c Đùn nhựa 142 5.7 Thiết lập Repetier Host 142 5.7.1 Print Settings 144 SVTH: Nguyễn Đăng Quang -1413087 Luận văn tốt nghiệp GVHD: GS.TS.NGUYỄN THANH NAM a Layers and perimeters 144 b Infill 146 c Skirt and brim 150 d Support material 151 e Speed 153 f Multiple Extruders 155 g Advanced 155 h Output option 156 i.Notes 157 5.7.2 Filament Settings 157 a Filament 157 b Cooling 158 5.7.3 Printer Settings 159 a General 159 b Custom G-code 160 c Extruder 161 Tổng kết chương 162 CHƯƠNG 6: CHẾ TẠO, LẮP RÁP 163 6.1 Chế tạo 163 6.2 Lắp ráp 164 Một số hình ảnh trình lắp ráp: 166 6.3 Thiết lập ban đầu cho thiết bị 168 Nạp firmware cho thiết bị 168 Thiết lập vùng làm việc cho thiết bị 169 Cân chỉnh bàn, đầu đùn thiết bị 169 Lắp vật liệu nhựa cho thiết bị 169 CHƯƠNG : VẬN HÀNH, THỬ NGHIỆM 170 7.1 Quy trình in sản phẩm 3D 170 Thiết kế mơ hình hình 3D cho sản phẩm: 170 Thiết lập thông số gia công sản phẩm: 171 Gia công thiết bị FDM: 171 Hậu xử lý: 171 SVTH: Nguyễn Đăng Quang -1413087 Luận văn tốt nghiệp GVHD: GS.TS.NGUYỄN THANH NAM Kết số sản phẩm sau gia công: 172 CHƯƠNG 8: KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC VÀ ĐỀ XUẤT 173 8.1 Kết đạt 173 8.2 Đề xuất 173 TÀI LIỆU THAM KHẢO 174 PHỤ LỤC 176 Chuyển động đầu phun 176 Quá trình chuyển G-code sang lệnh điều khiển động 176 SVTH: Nguyễn Đăng Quang -1413087 Luận văn tốt nghiệp GVHD: GS.TS.NGUYỄN THANH NAM DANH SÁCH CÁC HÌNH Hình 1.1 Cơng nghệ in 3D với kích thước nano 20 Hình 1.2 Charles Hull với máy in 3D 21 Hình 1.3 Nguyên lý phương pháp SLA 23 Hình 1.4 Máy in 3D SLA 23 Hình 1.5 Nguyên lý phương pháp SLS 24 Hình 1.6 Máy in 3D SLS 25 Hình 1.7 Nguyên lý phương pháp FDM 26 Hình 1.8 Máy in 3D FDM 26 Hình 1.9 Nguyên lý phương pháp LOM 27 Hình 1.10 So sánh đặc điểm tre với gỗ 31 Hình 1.11 Ứng dụng cơng nghệ bồi đắp vật liệu sản xuất giày công ty Adidas 32 Hình 1.12 Ứng dụng cơng nghệ bồi đắp vật liệu công nghiệp - Wohlers Associates, tháng 5/2014 33 Hình 1.13 Ứng dụng công nghệ bồi đắp vật liệu động máy bay 33 Hình 1.14 Một số phận súng sản xuất từ công nghệ bồi đắp vật liệu 34 Hình 1.15 Ứng dụng công nghệ bồi đắp vật liệu sử dụng vật liệu chocolate 35 Hình 1.16 Ứng dụng cơng nghệ bồi đắp vật liệu chế tạo chân giả 36 Hình 1.17 Ứng dụng cơng nghệ bồi đắp vật liệu chế tạo xương nhân tạo 37 Hình 1.18 Ứng dụng cơng nghệ bồi đắp vật liệu vào giáo dục 38 Hình 1.19 Mơ hình cơng trình xây dựng 39 Hình 1.20 Căn nhà Sơn Đơng, Trung Quốc làm từ công nghệ bồi đắp vật liệu 39 Hình 1.21 Bàn ghế chế tạo từ cơng nghê bồi đắp vật liệu 40 Hình 1.22 Sản phẩm đồ chơi từ cơng nghệ bồi đắp vật liệu 40 Hình 1.23 Thiết bị FDM giá rẻ 41 Hình 1.24 Thiết bị FDM mini 42 Hình 1.25 Thiết bị FDM RepRap 43 Hình 1.26 Thiết bị FDM công nghiệp 43 Hình 1.27 Mẫu sáp từ cơng công nghệ bồi đắp vật liệu 44 Hình 1.28 Ứng dụng thiết bị FDM giáo dục 45 Hình 2.1 Ngun lý máy in 3D cơng nghệ FDM 47 Hình 2.1 Các giai đoạn trình phát triển sản phẩm theo mô đun 51 Hình 2.2 Thiết kế theo mơ đun 52 Hình 2.3 Sơ đồ q trình thiết kế theo mơ đun 53 Hình 2.4 Sơ đồ chức – cấu trúc 54 Hình 2.5 Phân tích máy vi tính theo cấu trúc 55 SVTH: Nguyễn Đăng Quang -1413087 Luận văn tốt nghiệp GVHD: GS.TS.NGUYỄN THANH NAM Hình 2.6 Sơ đồ dòng chảy chức chung 55 Hình 2.7 Sơ đồ phân tích chức 56 Hình Sơ đồ dòng chảy chức 56 Hình 2.9 Cấu trúc thứ bậc mơ hình khai triển đặc tính hệ kỹ thuật 58 Hình 2.10 Ma trân tương đồng 59 Hình 2.11 Gán trọng số nhị phân cho cột 61 Hình 2.12 Tính đẳng trị thập phân cho hàng 61 Hình 2.13 Sắp xếp đẳng trị thập phân giảm dần 61 Hình 2.14 Trong số nhị phân cho hàng 62 Hình 2.15 Đẳng trị thập phân cho cột xếp giảm dần 62 Hình 2.16 Hình thành nhóm chi tiết riêng biệt 62 Hình 2.17 Ma trận cho ví dụ 63 Hình 2.18 Bước 1, – VD2 63 Hình 2.19 Kết thuật toán “năng lượng liên kết” 64 Hình 2.20 Ma trận sử dụng cho ví dụ 64 Hình 2.21 Bước 1, – VD3 65 Hình 2.22 Bước – VD3 65 Hình 2.23 Bước – VD3 65 Hình 2.24 Lặp lại bước – với chi tiết lại 66 Hình 2.25 Ma trận chéo khối với cụm riêng biệt 66 Hình 2.26 Phương pháp nhóm đối tượng dựa hệ số tương đồng 67 Hình 2.27 Bước – VD4 67 Hình 2.28 Bước – VD4 68 Hình 2.29 Bước – VD4 68 Hình 2.30 Ma trận sử dụng cho ví dụ 69 Hình 2.31 Chỉ số tương đồng tính theo cơng thức 2.46 69 Hình 2.32 (hình 2.2) Thiết kế theo mô đun 71 Hình 2.33 Q trình thiết kế theo mơ đun 71 Hình 3.1 Các loại kết cấu thiết bị FDM 72 Hình 3.2 Máy in 3D Cartesian 72 Hình 3.3 Một thiết bị có kết cấu bàn di chuyển trục Z, đầu đùn di chuyển trục XY 73 Hình 3.4 Một thiết bị có kết cấu bàn di chuyển trục Y, đầu đùn di chuyển trục XZ 74 Hình 3.5 Máy in 3D Delta 75 Hình 3.6 Máy in 3D Scara 76 Hình 3.7 Máy in 3D Polar 77 Hình 3.8 Sơ đồ phân tích hệ thống theo cấu trúc 81 SVTH: Nguyễn Đăng Quang -1413087 10 Luận văn tốt nghiệp GVHD: GS.TS.NGUYỄN THANH NAM Hình 6.2 Chế tạo pas kẹt chặt khung thiết bị 6.2 Lắp ráp Sau mua đầy đủ thiết bị hoàn tất chi tiết cần gia cơng, nhóm tiến hành quy trình lắp ráp thiết bị: Bước 1: Thực lắp ráp khung thiết bị Ráp phần đế thiết bị: Đặt nhôm số lên bàn máp, lấy mặt đáy làm chuẩn, ráp nhơm lại phần đế theo vẽ Dùng ke góc để điều chỉnh song song vng góc với mặt chuẩn Sử dụng pas để kẹp chặt Ráp chiều cao khung chữ nhật gắn mica thiết bị: Sử dụng ke góc vng để định vị, chỉnh theo mặt chuẩn, siết chặt pas Ráp khung chữ nhật đỡ cụm trục XY: Tiếp tục sử dụng ke góc vng định vị, kẹp chặt pas Bước 2: Tiến hành lắp ráp cụm trục XY Đặt giã đỡ mica lên khung nhôm, siết chặt bulong vào khung Gắn động X, Y theo vị trí định vị giá đỡ Gắn hai ray trượt trục Y lên giá đỡ SVTH: Nguyễn Đăng Quang -1413087 164 Luận văn tốt nghiệp GVHD: GS.TS.NGUYỄN THANH NAM Gắn ray trượt trục X lên giá đỡ ray trục X Sau gắn giá đỡ trục X lên trượt trục Y Gắn giá đỡ cụm đầu đùn lên trượt trục Y Gắn puly dẫn động vào động cơ, puly dẫn hướng vào giá đỡ cụm trục XY Gắn đai theo cấu H-Bot lên puly giá đỡ cụm đầu đùn Bước 3: Tiến hành lắp ráp cụm trục Z Sử dụng bulong gắn gân trợ lực lên bàn thiết bị Sử dụng bulong gắn trượt vào bàn thiết bị Sử dụng bulong gắn đỡ trục Z vào vị trí cụm khung thiết kế Sử dụng bulong gắn gối đỡ hai ty trượt vào đỡ trục Z Gắn bàn thiết bị có trượt vào hệ thống ty dẫn hướng Tiến hành trượt, cân chỉnh độ song song hai ty trượt Sau siết chặt hệ thống dẫn hướng trục Z Sử dụng bulong gắn động vào miếng gá động Gắn visme nối trục vào động trục Z Sử dụng bulong gắn đai ốc bi visme vào bàn thiết bị Cân chỉnh vị trí visme sau dùng bulong siết chặt miếng gá động vào giá đỡ trục Z khung nhơm Sử dụng bulong lò xo gắn đỡ sản phẩm lên bàn thiết bị Bước 4: Tiến hành lắp ráp cụm đầu đùn Dùng bulong gắn quạt tản nhiệt vào đầu tản nhiệt Dùng bu long gắn ống nối kim phun vào tản nhiệt Gắn đầu khí nén dẫn nhựa vào tản nhiệt Gá cụm đầu đùn lên giá đỡ đầu đùn sau siết chặt bulong Gắn ống Teflon dẫn nhựa vào đầu khí nén Gắn nhựa vào động nhựa Gắn động nhựa lên khung thiết bị Bước 5: Tiến hành lắp ráp mạch điện SVTH: Nguyễn Đăng Quang -1413087 165 Luận văn tốt nghiệp GVHD: GS.TS.NGUYỄN THANH NAM Hàn mối nối dây Cố định nguồn, board mạch lên giã đỡ Dựa vào sơ đồ mạch điện ta gắn dây điện thiết bị vào vị trí Ramps 1.4 Bước 6: Tiến hành lắp ráp mica bao thiết bị Lần lượt ráp mica bao theo vẽ thiết kế vào khung thiết bị Sử dụng bulong để kẹt chặt Gắn đồ gá cuộn nhựa vào khung mica Hoàn thành phần lắp ráp Một số hình ảnh trình lắp ráp: Hình 6.3 Lắp nhôm bàn thiết bị SVTH: Nguyễn Đăng Quang -1413087 166 Luận văn tốt nghiệp GVHD: GS.TS.NGUYỄN THANH NAM Hình 6.4 Lắp cụm XY Hình 6.5 Hoàn thành lắp cụm XY, bàn thiết bị động SVTH: Nguyễn Đăng Quang -1413087 167 Luận văn tốt nghiệp GVHD: GS.TS.NGUYỄN THANH NAM 6.3 Thiết lập ban đầu cho thiết bị Sau lắp ráp, thiết bị cần thiết lập ban đầu để hoạt động Việc thiết lập bao gồm: nạp firmware cho thiết bị, thiết lập không gian làm việc, cần chỉnh bàn thiết bị, cân chỉnh đầu đùn, lắp vật liệu nhựa chế tạo sản phẩm vào thiết bị Nạp firmware cho thiết bị Kiểm tra lỗi firmware, chọn lệnh Verify cơng cụ để kiểm tra lỗi có firmware Hình 6.4 Kiểm tra lỗi firmware Chọn lệnh Upload để tiến hành nạp firmware vào thiết bị SVTH: Nguyễn Đăng Quang -1413087 168 Luận văn tốt nghiệp GVHD: GS.TS.NGUYỄN THANH NAM Hình 6.5 Nạp firmware Thiết lập vùng làm việc cho thiết bị Sau nạp firmware, kết nối thiết bị với phần mềm điều khiển (Repetier host) để điều khiển thiết bị Trong phần mềm điều khiển (Repetier Host) ta mở phần Setting, chọn thẻ Printer Shaper Trong ta thiết lập giới hạn không gian làm việc bàn thiết bị theo thông số thiết kế chương 3: 200x200x200mm Cân chỉnh bàn, đầu đùn thiết bị Ta tiến hành cân chỉnh bàn đầu đầu đùn theo bước sau: Bước 1: Di chuyển đầu đùn, bàn thiết bị gốc tọa độ Bước 2: Kiểm tra khoảng cách bàn thiết bị với đầu đùn: Di chuyển cụm đầu đùn tay góc bàn thiết bị, dùng giấy để kiểm tra khoảng cách đầu đùn (đầu đùn thấp hai đầu đùn) với bàn thiết bị Bước 3: Điều chỉnh khoảng cách đầu đùn với bàn thiết bị Dùng tuốc nơ vít điều chỉnh góc bàn thiết bị đến khoảng cách đầu đùn với bàn thiết bị Lắp vật liệu nhựa cho thiết bị Để lắp vật liệu nhựa cho thiết bị ta cần gia nhiệt cho đầu đùn đạt tới nhiệt độ trình hoạt động chế tạo sản phẩm Sau đẩy sợi nhựa qua nhựa, ống dẫn nhựa vào đầu đùn đến nhựa chảy khỏi đầu đùn hoàn thành SVTH: Nguyễn Đăng Quang -1413087 169 Luận văn tốt nghiệp GVHD: GS.TS.NGUYỄN THANH NAM CHƯƠNG : VẬN HÀNH, THỬ NGHIỆM 7.1 Quy trình in sản phẩm 3D Quy trình in sản phẩm thiết bị AM-REPRAP theo phương pháp FDM Hình 7.1 Quy trình in sản phẩm thiết bị FDM Thiết kế mơ hình hình 3D cho sản phẩm: Chúng ta sử dụng phần mềm CAD/CAM để thiết kế chi tiết dạng 3D (Solidwork, Inventor, Creo, NX…) Sau có chi tiết dạng 3D, tiến hành chia lưới cho chi tiết cách lưu file thành định dạng “.STL” Ngồi ra, với mơ hình Scan 3D, phải đưa mơ hình vào phần mềm SVTH: Nguyễn Đăng Quang -1413087 170 Luận văn tốt nghiệp GVHD: GS.TS.NGUYỄN THANH NAM chuyên dụng để xử lý liệu, sau chia lưới chi tiết cách lưu file định dạng “.STL” Thiết lập thông số gia công sản phẩm: Đây trình cắt lớp chi tiết xuất chương trình gia cơng Trong phần mềm cắt lớp, ta tiến hành cài đặt thông số công nghệ: Bề dày lớp,số lớp thành, mật độ điền đầy, dạng điền đầy, tốc độ làm việc, hướng tạo mẫu, đường kính đầu đùn…Sau cài đặt xong thơng số cơng nghệ, ta tiến hành xuất chương trình gia cơng Chương trình gia cơng với định dạng “.Gcode” Gia cơng thiết bị FDM: Khi có chương trình gia cơng, ta tiến hành nhập chương trình vào thiết bị FDM Sau đó, tiến hành gia nhiệt cho đầu đùn, bôi keo lên bàn thiết bị tiến hành gia công chi tiết Hậu xử lý: Đối với chi tiết yêu cầu độ bóng bề mặt sau gia công, ta phải tiến hành xử lý bề mặt sản phẩm Hiện có nhiều cách xử lý bề mặt: sử dụng hóa chất, chà nhám, quét matic…Tùy vào yêu cầu sản phẩm để có phương án xử lý bề mặt hợp lý Với chi tiết có vật liệu support, ta phải dùng đến hóa chất để loại bỏ vật liệu support Với loại vật liệu support có loại hóa chất để xử lý riêng SVTH: Nguyễn Đăng Quang -1413087 171 Luận văn tốt nghiệp GVHD: GS.TS.NGUYỄN THANH NAM Kết số sản phẩm sau gia công: Hình 7.2 Sản phẩm sau gia công Hình 7.3 Sản phẩm sau gia công SVTH: Nguyễn Đăng Quang -1413087 172 Luận văn tốt nghiệp GVHD: GS.TS.NGUYỄN THANH NAM CHƯƠNG 8: KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC VÀ ĐỀ XUẤT 8.1 Kết đạt Em hoàn thành chế tạo thiết bị máy in 3D theo phương pháp FDM thiết kế: - Cơ sở lý thuyết tính tốn thiết kế máy in 3D tạo hình sản phẩm nhựa gỗ Phân tích chức năng, đưa ra, lựa chọn phương án thiết kế máy in 3D tạo hình sản phẩm nhựa gỗ Thiết kế hệ thống & thiết kế mơ đun cho máy in 3D tạo hình sản phẩm nhựa gỗ Tính tốn động học & động lực học cho máy in 3D tạo hình sản phẩm nhựa gỗ Tính tốn thiết kế hệ thống khí điều khiển Chế tạo, lắp ráp, thử nghiệm hiệu chỉnh Qua trình vận hành thử nghiệm, thiết bị xuất số lỗi sản phẩm em sửa chữa, khắc phục thành công Tuy nhiên bề mặt chưa đạt độ nhám mục tiêu đề Dựa vào phương pháp thực nghiệm đánh giá khả hoạt động, sai số thiết bị với thông số bề dày lớp ảnh hưởng lớn đến độ xác sản phẩm 8.2 Đề xuất Sau hoàn thành mục tiêu đề tài, em xin đề xuất số vấn đề cần tiếp tục nghiên cứu: Thay chi tiết chế tạo theo hướng Reprap kim loại để tăng độ bền Sử dụng vỏ thiết bị kim loại thay cho mica để tuổi thọ thiết bị Tìm hiểu, nghiên cứu nâng cao chất lượng sản phẩm độ bền học, độ nhám bề mặt Nghiên cứu cách loại bỏ phận đỡ khỏi sản phẩm sau chế tạo Nghiên cứu để lưu vị trí in điện Kết hợp máy in 3D với máy CNC, máy cắt laser SVTH: Nguyễn Đăng Quang -1413087 173 Luận văn tốt nghiệp GVHD: GS.TS.NGUYỄN THANH NAM TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Wang CC, Lin TW, Hu SS (2007) Optimizing the rapid prototyping process by integrating the Taguchi method with the gray relational analysis Rapid Prototyp J 13(5):304–315 [2] Sood AK, Ohdar R, Mahapatra S (2009) Improving dimensional accuracy of fused deposition modelling processed part using grey Taguchi method Mater Des 30(10):4243–4252 [3] Nancharaiah T, Raju DR, Raju VR (2010) An experimental investigation on surface quality and dimensional accuracy of FDM components Int J Emerg Technol 1(2):106– 111 [4] Zhang JW, Peng AH (2012) Process-parameter optimization for fused deposition modeling based on Taguchi method Adv Mater Res 538:444–447 [5] Sahu RK, accuracy of Mahapatra fused S, Sood AK (2013) deposition modeling A study (FDM) on dimensional processed parts using fuzzy logic J Manuf Sci Prod 13(3):183–197 [6] Trịnh Văn Thái Nghiên cứu thiết kế hệ thống truyền động máy tạo mẫu nhanh FDM Đại học Bách Khoa ĐHQG Tp Hồ Chí Minh , 2013 [7] Đồn Quang Đạt, Nguyễn Văn Trường (2014) Tính tốn – thiết kế máy tạo mẫu nhanh theo công nghệ FDM Luận văn tốt nghiệp đại học, Đại Học Bách Khoa Tp.HCM [8] Phạm Cơng Mạnh, Nguyễn Hồng Thi (2015) Thiết kế máy tạo mẫu nhanh theo công nghệ FDM Fused Deposition Modeling Luận văn tốt nghiệp đại học, Đại học Bách Khoa TP HCM [9] Nguyễn Thanh Nam Quy trình thiết kế kỹ thuật, NXB đại học quốc gia TP Hồ Chí Minh, 2009 [10] Trịnh Chất, Lê Văn Uyển, Tính Tốn Thiết Kế Hệ Thống Dẫn Động Cơ Khí Tập 1, NXB Giáo Dục [11] Trịnh Chất, Lê Văn Uyển, Tính Tốn Thiết Kế Hệ Thống Dẫn Động Cơ Khí Tập 2, NXB Giáo Dục SVTH: Nguyễn Đăng Quang -1413087 174 Luận văn tốt nghiệp GVHD: GS.TS.NGUYỄN THANH NAM [12] Lê Văn Uyển, Vũ Lê Huy Phương pháp tính toán thiết kế lựa chọn truyền động vitme-bi Tuyển tập cơng trình Hội nghị Cơ học tồn quốc tần thứ VIII Hà Nội, 12/2007 [13] Nguyễn Hữu Lộc Cơ sở thiết kế máy, NXB Đại Học Quốc Gia TP Hồ Chí Minh, 2008 [14] Lê Khánh Điền Vẽ Kỹ Thuật Cơ Khí, NXB Đại Học Quốc Gia TP Hồ Chí Minh, 2007 [15] Ninh Đức Tốn Dung sai lắp ghép, NXB Giáo Dục Việt Nam, 2013 PGS.TS Đỗ Kiến Quốc, PGS.TS Nguyễn Thị Hiền Lương, PGS.TS Bùi Công Thành, ThS Lê Hoàng Tuấn, ThS Trần Tấn Quốc Sức Bền Vật Liệu NXB Đại Học Quốc Gia TP Hồ Chí Minh, 2008 “What is 3D printing” Internet: http://3dprinting.com/what-is-3d-printing/ “3D Printers Explained: Delta, Cartersian, Polar, Scara” Internet: https://all3dp.com/know-your-fdm-3d-printers-cartesian-delta-polar-and-scara/ “Desktop Printer Styles” Internet: https://www.printspace3d.com/3d-printer-styles-cartesian/ https://text.123doc.org/document/4311929-do-an-tot-nghiep-thiet-ke-va-che-tao-may-in3d-spkt-tphcm.htm http://reprap.org/ https://github.com/MarlinFirmware/Marlin/wiki/Marlin-Configuration Vietnamnet.com https://3dprint.com/166967/ford-infinite-build-3d-printer/ http://engatech.com/3d-printing-in-the-automotive-industry/ http://grupoformatos.com https://www.3ders.org/articles/20160808-bmw-uses-3d-printing-to-restore-elvispresleys-507.html https://www.3dhubs.com/knowledge-base/automotive-3d-printing-applications wohlersassociates.com 175 SVTH: Nguyễn Đăng Quang -1413087 Luận văn tốt nghiệp GVHD: GS.TS.NGUYỄN THANH NAM PHỤ LỤC Chuyển động đầu phun Với chuyển động thẳng (tịnh tiến), vận tốc đầu phun phân tích thành chuyển động theo trục x trục y y y1 α x1 x Khi đầu phun chuyển động thẳng từ (x0,y0) đến (x1,y1), ta ln tính góc α (độ lớn) hợp đường thẳng với Ox theo công thức: |𝑦1 − 𝑦0| ) ∝= 𝑎𝑟𝑐𝑡𝑎𝑛 ( |𝑥1 − 𝑥0| Suy với vận tốc v thiết lập cho đầu phun, vận tốc cầu trục x, y là: 𝑣𝑥 = 𝑣 cos ∝ 𝑣𝑦 = 𝑣 sin ∝ Với chuyển động cong, firmware hỗ trợ lệnh G2, G3 (trình bày mục 2.7 Mã G-code), vận tốc cấu trục x, y tính tốn phức tạp Đối với firmware không hỗ trợ lệnh G2, G3, chuyển động cong vi phân thành nhiều chuyển động thẳng tính tốn tương tự Q trình chuyển G-code sang lệnh điều khiển động Gồm giai đoạn: Fetching data, Planning Stepping - Fetching data: Lấy liệu, thông số từ Gcode Trong file Marlin_main.cpp: + get_command() (dòng 620) đọc tín hiệu Gcode từ port serial port , Gcode thêm vào vùng nhớ đệm (cmdbuffer[] – danh sách Gcode nhận chờ để xử lý) 176 SVTH: Nguyễn Đăng Quang -1413087 Luận văn tốt nghiệp GVHD: GS.TS.NGUYỄN THANH NAM + process_command() (dòng 634, 649) phân tích cú pháp Gcode cũ từ command buffer thực thi chức tương ứng Các lệnh chuyển động Gcode: G1, G2, G3, thực hàm get_coordinates() prepare_move() + get_coordinates() (dòng 3913) sau Gcode đọc trên, hàm lấy giá trị tương ứng lưu vào destination[i] (0 ≤ i < NUM_AXIS, với NUM_AXIS = giá trị i cho trục X, Y, Z, E (feedrate – tốc độ)) + prepare_move() (dòng 4015) tính tốn sai khác vị trí vị trí tiếp theo, chuẩn bị cho động chuyển động - Planning: Quản lý chuyển động, tính tốn gia tốc Trong file Planer.cpp, hàm plan-buffer_line() (dòng 532, 534) chuyển giá trị tọa độ tốc độ thành cấu trúc liệu sử dụng cho điều khiển motor Tùy vào kiểu điều khiển tốc độ mà cấu trúc liệu có dạng khác nhau, đây, liệu có dạng block, block đại diện cho chuyển động thẳng Dạng Trapezoid (hình thang) Vận tốc mong muốn v Vận tốc đầu Vận tốc sau t t tăng tốc t giảm tốc Bên cạnh dạng khác S-Curve, với vận tốc tăng giảm cách chậm, trơn tru hơn, giảm quán tính bảo vệ động hệ thống lớn 177 SVTH: Nguyễn Đăng Quang -1413087 Luận văn tốt nghiệp GVHD: GS.TS.NGUYỄN THANH NAM - Stepping: Điều khiển chuyển động động Bảng PL1 Chi phí chế tạo STT 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 Tên linh kiện Mica Vít me Ray trượt Ty trượt Con trượt Pas nhôm Động Quạt Nối trục đàn hồi Puly Đầu đùn E3D Bộ nhựa Gia công nhơm Ống Teflon, ốc vít, lo xo, kẹp, đai Nhựa PLA Nhựa PVA Ramps 1.4 Arduino mega 2560 R3 Màn hình hiển thị Driver A4988 Dây điện Cơng tắc hành trình Nguồn Tổng Số lượng 24 2 1,2 Giá tiền(đồng) 300.000 200.000 1.200.000 200.000 200.000 288.000 90.000 120.000 25.000 50.000 200.000 200.000 3.000.000 1 1 10 350.000 500.000 400.000 125.000 250.000 200.000 375.000 200.000 30.000 200.000 8.703.000 178 SVTH: Nguyễn Đăng Quang -1413087 ... quan (thiết kế máy in 3D tạo hình sản phẩm nhựa gỗ, thiết kế theo mơ đun, nghiên cứu & ngồi nước, cần thiết, nhiệm vụ thiết kế) - Cơ sở lý thuyết tính tốn thiết kế máy in 3D tạo hình sản phẩm nhựa. .. phẩm nhựa gỗ - Phân tích chức năng, đưa ra, lựa chọn phương án thiết kế máy in 3D tạo hình sản phẩm nhựa gỗ - Thiết kế hệ thống & thiết kế mô đun cho máy in 3D tạo hình sản phẩm nhựa gỗ - Tính... xuất đề tài: Thiết kế máy in 3D tạo hình sản phẩm nhựa gỗ tre làm luận văn tốt nghiệp Luận văn đề cập công nghệ in 3D chủ yếu dựa theo công nghệ in FDM (Fused Deposition Modeling) Mục đích