đồ án công nghệ in 3d

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KĨ THUẬT TP.HCM Khoa Cơ Khí Chế Tạo Máy Bộ mơn: Cơng nghệ chế tạo máy Đề tài Tìm hiểu cơng nghệ in 3D Lớp thứ tiết 7-8-9 Gv Phan Thanh Vũ Tp.HCM, ngày tháng năm 2018 Thành viên nhóm Đồng Văn Đức 15144127 Nguyễn Công Công 15144101 Nguyễn Quốc Dũng 15144115 Võ Thanh Khang 15144159 Phạm Quang Bình 15144095 Nguyễn Quốc Tĩnh 15144227 Mục lục V Giới thiệu công nghệ in 3D In 3D gì? Lịch sử phát triển Đặc điểm chung Các phương pháp in 3D phổ biến FDM –Fused Deposition Modeling SLA –Stereolithography SLS - Selective laser sintering Phạm vi ảnh hưởng ứng dụng công nghệ Y khoa nha khoa Hàng không vũ trụ Sản xuất ô tô Nghệ thuật điêu khắc Đúc kim hoàn Giáo dục Kiến trúc xây dựng Các loại máy in 3D phổ biến Cartesian Delta Polar Triển vọng công nghệ in 3D I Giới thiệu công nghệ in 3D I II III IV 1 4 6 10 12 13 13 13 13 14 15 16 In 3D Là Gì Cơng nghệ in 3D thuật ngữ khác dùng để công nghệ sản xuất đắp dần vật liệu, nhánh nhỏ công nghệ tạo mẫu nhanh phát minh từ năm 1980s In 3D cơng đoạn tạo mơ hình vật lý ( mẫu thật ) từ mơ hình số ( file thiết kế 3D máy tính ) cách tự động thơng qua máy in 3D Hình Máy in 3D mẫu nhựa in Lịch sử phát triển Hình Lịch sử phát triển công nghệ in 3D 1984 Charles Hull phát triển cơng nghệ tạo vật thể hữa hình vật lý 3D từ liệu số 1986 Charles Hull đặt tên cho cơng nghệ Stereolithography đăng ký quyền phát minh Charles Hull thành lập cơng ty 3D System phát triển máy in 3D thương mại gọi Stereolithography Apparatus (SLA) Cùng năm phát minh LOM, SLS, DTM, EOS đăng ký quyền 1987 3D System phát triển dòng sản phẩm SLA-250, phiên máy in 3D giới thiệu công chúng 1988 – Scott Crump phát minh công nghệ Fused Deposition Modeling (FDM) 1989 – Scott Crump thành lập Stratasys 1991 – Helisys bán máy dùng công nghệ Laminated Object Manufacturing (LOM) 1992 – Stratasys bán máy FDM : “3D Modeler” 1992 – DTM bắt đầu bán dòng máy Selective Laser Sintering (SLS) 1993 – Cơng ty Solidscape thành lập để chế tạo dòng máy in 3d dựa công nghệ in phun , máy tạo sản phẩm nhỏ với chất lượng bề mặt cao 1993 – Viện Công nghệ Massachusetts Institute of Technology (MIT) đăng ký phát minh “3 Dimensional Printing techniques (3DP)” Công nghệ giống với cơng nghệ máy in phun 2d bình thường Đây khởi điểm cụm từ ”In 3D” 1995 – Công ty Z Corporation mua lại giấy phép độc quyền từ MIT để sử dụng công nghệ 3DP bắt đầu sản xuất máy in 3d 1996 – Stratasys giới thiệu dòng máy in 3d ”Genisys” Cùng năm nàyZ Corporation giới thiệu dòng “Z402″ 3D Systems giới thiệu dòng máy “Actua 2100″ Tới lúc cụm từ “Máy in 3D ” sử dụng lần để máy tạo mẫu nhanh Đặc điểm chung Mơ hình 3D in tạo với máy tính phần mềm thiết kế hỗ trợ (CAD) gói thơng qua máy quét 3D thông qua máy ảnh kỹ thuật số đồng trắc phần mềm Bất kể phần mềm mô 3D sử dụng, mơ hình 3D sau cần phải chuyển đổi sang file.STL - Standard Tessellation Language, phép phần mềm in để đọc Khi xong, file.STL cần phải xử lý phần mềm Khi xong, file.STL cần phải xử lý phần mềm, chuyển đổi mơ hình thành loạt lớp mỏng tạo tập tin G-code có chứa hướng dẫn phù hợp với loại hình cụ thể máy in 3D Tập tin G-code sau lấy liệu để đưa vào máy in để in sản phẩm Hình 3.Trình tự trình in 3D II Các phương pháp in 3D phổ biến FDM –Fused Deposition Modeling Fused Deposition Modeling, công nghệ in 3D thường sử dụng cho ứng dụng tạo mô hình, tạo mẫu sản xuất FDM hoạt động nguyên tắc "thêm vào" cách cho vật liệu nằm thành lớp Một sợi nhựa dây kim loại tháo từ cuộn dây nguồn cung cấp vật liệu cho vòi phun mà đóng ngắt dòng vật liệu Các vòi phun làm nóng để làm tan chảy vật liệu di chuyển theo hướng ngang dọc chế điều khiển số, điều khiển trực tiếp gói phần mềm sản xuất hỗ trợ máy tính (CAM) Các mơ hình phận sản xuất cách đùn hạt nhỏ vật liệu nhựa nhiệt dẻo để tạo thành lớp vật liệu cứng sau phun từ vòi phun Động bước động servo thường sử dụng để di chuyển đầu phun Hình Phương pháp in 3D Fused Deposition Modeling SLA –Stereolithography Nguyên lý hoạt động công nghệ in 3D SLA Bằng cách kết hợp tia UV (ultraviolet) lazer và đặc tính nhựa photopolymer ( loại nhựa nhạy sáng với tia UV, có tia UV chiếu vào đơng cứng lại) Với trợ giúp máy tính đưa tín hiệu di chuyển hệ thống quét (Scaner System), để vẽ từ thiết kế có sẵn hình dạng bề mặt photopolymer Từ vật thể sẽ đông cứng lại theo lớp (Layer of Solidified Resin) Việc đắp lớp giúp tạo vật thể 3D hồn thiện Hình Mơ phương pháp SLA SLS - Selective laser sintering Phương pháp SLS sử dụng tính chất vật liệu bột hóa rắn tác dụng nhiệt (như nylon, elastomer, kim loại) Một lớp mỏng bột nguyên liệu trải bề mặt xy lanh cơng tác trống định mức Sau đó, tia laser hóa rắn (kết tinh) phần bột nằm đường biên mặt cắt (không thực làm chảy chất bột), làm cho chúng dính chặt chỗ có bề mặt tiếp xúc Trong số trường hợp, q trình nung chảy hồn tồn hạt bột vật liệu áp dụng Q trình kết tinh điều khiển tương tự q trình polymer hố phương pháp tạo hình lập thể SLA Sau xy lanh hạ xuống khoảng cách độ dày lớp kế tiếp, bột nguyên liệu đưa vào trình lặp lại chi tiết hồn thành Trong q trình chế tạo, phần vật liệu không nằm đường bao mặt cắt lấy sau hoàn thành chi tiết, xem phận phụ trợ lớp xây dựng Điều làm giảm thời gian chế tạo chi tiết dùng phương pháp Phương pháp SLS áp dụng với nhiều loại vật liệu khác nhau: Policabonate, PVC, ABS, nylon, sáp,… Những chi tiết chế tạo phương pháp SLS tương đối nhám có lỗ hỗng nhỏ bề mặt nên cần phải xử lý sau chế tạo (xử lý tinh) Hình Phương pháp SLA III Phạm vi ảnh hưởng ứng dụng công nghệ Ngày nay, công nghệ in 3D ứng dụng rộng rãi nhiều lĩnh vực: Y khoa nha khoa Y khoa nha khoa coi ứng dụng hàng đầu tiềm với công nghệ in 3d Ngồi in mơ hình để nghiên cứu người ta sử dụng để thay phận thể bệnh nhân bị tai nạn khuyết tật Với phát triển khoa học kỹ thuật Hiện người ta nghiên cứu để in 3d xương tế bào… Với quy trình chế tạo răng, bệnh nhân quét vòm miệng số hóa, sau liệu đăng tải lên máy tính email đến phòng thí nghiệm nha khoa để tiến hành tạo hình cầu sứ Qua phương thức này, giả tạo với độ xác cao nhanh Đồng thời, bệnh nhân khơng phải chịu đựng đau đớn, mùi hôi hám thiếu thẩm mỹ vật liệu đúc trám truyền thống Ngồi ra, cơng nghệ in 3D mang lại thay đổi lớn quy trình sản xuất điều chỉnh phận chân tay giả 10 Nhà thiết kế công nghiệp Scott Summit - đồng sáng lập Bespoke Innovations Hàng không vũ trụ In ấn chi tiết nhỏ máy bay giúp in thêm phụ tụng động phản lực Ngoài ra, boeing dang nghiên cứu in cánh máy bay bẳng công nghệ in 3d In 3D dần cố kỹ thuật công nghệ ngành hàng không vũ tru: Giản thiểu nhiên liệu, tang suất Giản thiểu rủi ro cung ứng tối đa hóa linh hoạt Loại bỏ chi phí cho phận nhỏ hệ thống 11 Sản xuất ô tô Trong việc sử dụng IN 3D sản xuất ô tô mới, gần có nhiều báo cáo Ford việc sử dụng công nghệ in 3D để sản xuất mẫu cho số xe hãng này, tham vọng lớn việc áp dụng công nghệ in 3D vật liệu kim loại, có nghĩa tương lai gần, hãng xe sử dụng phận in 3D phận chức làm việc xe Đặc biệt, công nghệ in 3D kim loại mà Audi thử nghiệm với ý tưởng sản xuất phận có hình dạng phức tạp mà tốn nhiều thời gian chi phí để sản xuất thông qua phương pháp truyền thống đúc Các chi tiết in 3D, làm từ bột kim loại tốt bao gồm hạt thép nhơm, nhỏ nửa bề dày sợi tóc người, dày chi tiết đúc Công nghệ in 3D cho cho phép ta hoàn toàn tự thiết kế Việc in 3D kim loại sản xuất chi tiết có khả tùy chỉnh cao với chức cải tiến mà đạt phương pháp truyền thống Hơn nữa, nung chảy tia laser đặc biệt cho phép sản xuất chi tiết cần tiện lỗ tiện rãnh trong, thành mỏng khoảng trống bị khuất Tính linh hoạt đạt phương pháp sản xuất truyền thống 12 Nghệ thuật điêu khắc Khi kết hợp với công nghệ scan 3d, in 3d giúp người dựng lại nhân nhanh chóng mơ hình chi tiết khảo cổ, cổ vật giá trị Ngồi in 3d giúp khơi nguồn sáng tạo cho nhà điêu khắc 13 14 Đúc kim hoàn Đối với nghề kim hoàn, in 3D chứng minh cơng nghệ mang tính đột phá Có nhiều ý tưởng, lợi ích tận dụng dựa cơng nghệ in 3D làm được, đóng góp nhiều cho phát triển ngành nghề kim hoàn Từ quyền tự thiết kế trang sức hỗ trợ phần mềm vẽ 3D CAD, công nghệ in 3D cải thiện quy trình chế tác nữ trang truyền thông, việc trực tiếp tạo sáp nữ trang đúc trực tiếp, loại bỏ số quy trình cũ Công nghệ in 3D tiếp tục tác động lớn đến lãnh vực kim hoàn 15 Giáo dục In 3D có ứng dụng thiết thực giáo dục, đặc biệt liên quan đến môn học khoa học, công nghệ, kỹ thuật kỹ tốn học Sinh viên thiết kế sản xuất sản phẩm lớp học có hội thử nghiệm ý tưởng, vừa học vừa làm với máy in 3D Kiến trúc xây dựng Dù giai đoạn có nhiều nỗ lực thực thành cơng việc xây dựng tồ nhà máy in 3D khổng lồ Vật liệu phổ biến cho in xây dựng nhựa, bê tông cát Phương pháp in 3D xây dựng mang lại cải tiến đáng kể chất lượng, tốc độ, chi phí, đặc biệt chi phí lao động, cải thiện tính linh hoạt, đảm bảo an tồn xây dựng giảm tác động môi trường Ý tưởng xây nhà mặt trăng in 3D xuất số trung tâm nghiên cứu giới Công nghệ sản xuất đắp dần hay in 3D cho phép sáng tạo, chỉnh sửa cách dễ dàng theo ý khách hàng thiết kế kiến trúc xây dựng thực tế IV Các loai Cartesian máy in 3d phổ biến Là máy in 3D di chuyển đầu đùn nhựa nhờ chuyển động theo phương X, Y, Z hệ tọa độ Cartesian Đại diện tiêu biểu dòng máy in 3D mã nguồn mở loại Cartesian Prusa i3 hay Mendel Ưu điểm: 16 – Lắp ráp, chỉnh bảo dưỡng dễ dàng – Cộng đồng mã nguồn mờ lớn – Phù hợp với người bắt đầu làm quen công nghệ in 3D Nhược điểm: – Khối lượng cấu động lớn, nên tốc độ in không cao gây ồn – Khi hoạt động máy thường bị rung làm giảm độ xác – Kích thước ngang lớn, thường bị hạn chế chiều cao vật in Delta Là máy in 3D di chuyển đầu đùn nhựa theo nguyên lý robot delta (robot song song) Đại diện tiêu biểu cho dòng máy in mã nguồn mở dạng Delta Delta robot 3D printer (Kossel) Ưu điểm: 17 – Khối lượng cấu di động nhỏ phần di chuyển theo trục thẳng đứng – Hoạt động êm, rung, tốc độ cao xác – Có thể in vật in có chiều cao lớn – Bàn nhiệt (nơi đặt vật in) không di chuyển suốt trình in nên vật in giữ chắn – Khung bệ chắn Nhược điểm: – Lắp ráp, chỉnh máy phức tạp (tuy nhiên thạo dễ) – Chiều cao máy lớn (thường tới 60-70 cm) – Thường đắt chút so với máy dạng Cartesian Polar Loại máy in 3D phổ biến hai loại Đầu đùn nhựa di chuyển theo nguyên lý tọa độ cực Ưu điểm: – Kiểu dáng – Máy hoạt động bị rung lắc kiểu Cartesian Kích thước vật in lớn Nhược điểm: 18 – Momen quán tính bàn nhiệt lớn – Tốc độ in không cao – Lắp ráp chỉnh máy khó – Giá thành cao V Triển vọng cơng nghệ in 3D Những cơng ty có trình độ cơng nghệ kĩ thuật cao, ví dụ nhà sản xuất phương tiện hàng không vũ trụ sản xuất ô tô sử dụng công nghệ in 3D cho việc tạo mẫu khoảng thời gian trước Tuy nhiên, năm gần đây, với tiến không ngừng công nghệ in 3D, họ tạo chi tiết hồn chỉnh phục vụ trực tiếp cho việc thử nghiệm Công nghệ thiết kế in 3D cho phép công ty cải tiến thiết kế họ nhanh hết giảm mạnh trình thiết kế Từ việc tháng cho trình thiết kế thiết kế tạo mẫu, vòng vài đội ngũ thiết kế tạo chi tiết hoàn chỉnh tay phục vụ cho việc kiểm tra thử nghiệm Tương lai in 3D ngành công nghiệp gắn liền với việc tạo phận làm việc trực tiếp từ máy in 3D ứng dụng để tạo sản phẩm cuối, khơng cho mục đích thử nghiệm Công nghệ áp dụng cho xe ô tô máy bay tương lai Cách thức mà in 3D hoạt động (layer by layer) cho phép kỹ sư thiết kế tạo chi tiết cách xác mà trước phải làm tay Với chi tiết có biên dạng hình học phức tạp dễ dàng tạo máy in 3D, cho phép cho chi tiết nhẹ hơn, bền gia công Tuy nhiên cơng nghệ in 3D chưa phải tiên phong ngành sản xuất tương lai Công nghệ in ấn 4D dần lên, kĩ thuật in xerô ứng dụng vi lắp ráp in ấn sinh học bắt đầu lan tỏa khắp phòng thí nghiệm tồn cầu Một cánh cửa bắt đầu mở cho ngành sản xuất tương lai 19