Thiết kế mẫu nẹp tay in 3d

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG KHOA CƠ KHÍ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ MẪU NẸP TAY IN 3D Giảng viên hướng dẫn: TS Nguyễn Văn Tường Sinh viên thực hiện: Nguyễn Văn Trọng Mã số sinh viên: 57137264 Khánh Hòa 17 – 06 – 2019 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG KHOA CƠ KHÍ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ MẪU NẸP TAY IN 3D GVHD: TS Nguyễn Văn Tường SVTH: Nguyễn Văn Trọng MSSV: 57137264 Khánh Hòa 17 – 06 – 2019 TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG Khoa/viện: Cơ Khí PHIẾU THEO DÕI TIẾN ĐỘ VÀ ĐÁNH GIÁ ĐỒ ÁN/KHÓA LUẬN/CHUYÊN ĐỀ TỐT NGHIỆP (Dùng cho CBHD nộp báo cáo ĐA/KL/CĐTN sinh viên) Tên đề tài: Thiết kế mẫu nẹp tay in 3D Giảng viên hướng dẫn: TS Nguyễn Văn Tường Sinh viên hướng dẫn: Nguyễn Văn Trọng MSSV: 57137264 Khóa: 57 Ngành: Chế tạo máy Lần KT Nội dung Ngày Nhận xét GVHD Kiểm tra tiến độ Trưởng Bộ môn Ngày kiểm tra: Đánh giá cơng việc hồn thành:……%: Ký tên …………… ……… Được tiếp tục: Không tiếp tục: ……………………… Lần KT Ngày Nội dung Nhận xét GVHD 10 11 … Nhận xét chung (sau sinh viên hoàn thành ĐA/KL/CĐTN): ……………… …………………………………………………………………….……… ………………………………………………………………… ………….……………… ………………………………………… ………………………………………….……… Điểm hình thức: ……/10 Điểm nội dung: /10 với ĐA/KLTN: Kết luận sinh viên: Được bảo vệ: Điểm tổng kết: ….…/10 + Đối Khơng bảo vệ: Khánh Hịa, ngày…….tháng…….năm……… Cán hướng dẫn (Ký ghi rõ họ tên) TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG Khoa/viện: Cơ khí PHIẾU CHẤM ĐIỂM ĐỒ ÁN/KHÓA LUẬN/CHUYÊN ĐỀ TỐT NGHIỆP (Dành cho cán chấm phản biện) Họ tên người chấm: …………………………………………………… Sinh viên/ nhóm sinh viên thực ĐA/KL/CĐTN (sĩ số nhóm:……….) (1) Nguyễn Văn Trọng MSSV: 57137264 Lớp: 57CTM Ngành: Chế tạo máy Tên đề tài: T h i ế t k ế m ẫ u n ẹ p t a y i n D Nhận xét - Hình thức: - Nội dung: ………………………………… ………………………………………………….……… …………………………………………………………………………………….……… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………….……… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………….…… … Điểm hình thức: ……/10 Điểm nội dung: ./10 Điểm tổng kết: ………/10 + Đối với ĐA/KLTN: Kết luận cho sinh viên: Được bảo vệ: Không bảo vệ: Khánh Hòa, ngày…….tháng…….năm……… Cán chấm phản biện (Ký ghi rõ họ tên) i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan nội dung đồ án tốt nghiệp thực hướng dẫn trực tiếp TS Nguyễn Văn Tường giúp đỡ bạn lớp anh khóa trước Những thơng tin phục vụ cho việc thiết kế, chế tạo nẹp tay công nghệ in 3D tham khảo từ nguồn tài liệu khác có ghi rõ mục tài liệu tham khảo Nếu có gian dối, tơi xin hồn tồn chịu trách nhiệm trước hội đồng bảo vệ tốt nghiệp Khoa Cơ khí – Trường Đại học Nha Trang Sinh viên thực hiện: Nguyễn Văn Trọng ii LỜI CẢM ƠN Để hoàn thành đồ án tốt nghiệp này, em xin chân thành cảm ơn TS Nguyễn Văn Tường – Trưởng khoa Cơ khí, người nhiệt tình hướng dẫn, giúp đỡ, đóng góp ý kiến, truyền đạt kinh nghiệm suốt thời gian làm đồ án Em gửi lời cảm ơn đến tồn thể Thầy mơn Chế tạo máy Khoa Cơ khí – Trường Đại học Nha Trang tận tình giúp đỡ, bảo, tạo điều kiện thuận lợi để em hoàn thành đồ án Sinh viên thực hiện: Nguyễn Văn Trọng iii MỤC LỤC Trang LỜI CAM ĐOAN ii LỜI CẢM ƠN iii MỤC LỤC iv DANH MỤC HÌNH vii DANH MỤC BẢNG xi DANH MỤC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT xii LỜI NÓI ĐẦU Chương TỔNG QUAN 1.1 GIỚI THIỆU VỀ KỸ THUẬT NGƯỢC 1.1.1 Khái niệm 1.1.2 Ưu, nhược điểm kỹ thuật ngược 1.1.3 Quy trình kỹ thuật ngược 1.1.4 Quy trình mơ hình hóa mẫu sản phẩm theo kỹ thuật ngược 1.1.5 Các ứng dụng kỹ thuật ngược 1.2 ÁP DỤNG KỸ THUẬT NGƯỢC TRONG CHẾ TẠO NẸP TAY 1.2.1 Yếu tố thúc đẩy cần phải tạo nẹp tay kiểu thay cho bó bột 1.2.2 Một số nghiên cứu giới xây dựng mơ hình CAD cánh tay người 10 1.2.3 Nghiên cứu Trường Đại học Nha Trang xây dựng mơ hình CAD cánh tay người 13 iv Chương THIẾT KẾ NẸP TAY TỪ DỮ LIỆU MƠ HÌNH CAD CÁNH TAY CON NGƯỜI 15 2.1 LỰA CHỌN PHẦN MỀM THIẾT KẾ MẪU NẸP TAY 15 2.2 XÂY DỰNG MƠ HÌNH NẸP CÁNH TAY CON NGƯỜI 21 2.2.1 Đưa mơ hình CAD cánh tay vào môi trường làm việc, thiết lập đơn vị tỷ lệ 21 2.2.2 Xây dựng mặt theo biên dạng mơ hình CAD cánh tay 25 2.2.3 Tối ưu hóa bề mặt nẹp tay 36 2.2.4 Tạo Snap fit 47 Chương CHẾ TẠO MẪU NẸP TAY BẰNG CÔNG NGHỆ IN 3D 55 3.1 GIỚI THIỆU MÁY IN 3D ANYCUBIC CHIRON 55 3.1.1 Thông số kỹ thuật 55 3.1.2 Tính bật máy in 3D Anycubic Chiron 56 3.2 THƠNG SỐ VÀ ĐẶC TÍNH NHỰA PLA SỬ DỤNG IN MẪU NẸP 57 3.2.1 Thơng số, đặc tính nhựa PLA 57 3.3 GIỚI THIỆU PHẦN MỀM CURA VÀ THAO TÁC VỚI MÁY IN 3D 58 3.3.1 Giới thiệu phần mềm Cura 58 3.3.2 Thao tác cụ thể phần mềm Cura 59 3.4 MẪU NẸP TAY IN 3D TRÊN MÁY ANYCUBIT CHIRON 65 Chương KẾT LUẬN, KIẾN NGHỊ 70 4.1 KẾT LUẬN 70 4.2 KIẾN NGHỊ 71 v TÀI LIỆU THAM KHẢO 72 vi DANH MỤC HÌNH Hình 1 Minh họa quy trình chung kỹ thuật ngược Hình Quy trình kỹ thuật ngược Hình Ứng dụng kỹ thuật ngược thiết kế lại sản phẩm Hình Ví dụ kỹ thuật ngược lĩnh vực khảo cổ Hình Ứng dụng kỹ thuật ngược tạo mảnh sọ não Hình Nẹp cánh tay in 3D 10 Hình Nẹp cánh tay Cortex 10 Hình Quy trình tạo nẹp tay 11 Hình Nẹp tay Osteoid 11 Hình 10 Nẹp tay – matic 12 Hình 11 Mơ hình 3D cánh tay phần mềm Agisoft PhotoScan 14 Hình 12 Mơ hình nẹp tay in 3D sinh viên Trường Đại học Nha Trang chế tạo 14 Hình 2.1 Các mơ đun Grasshopper 18 Hình 2.2 Thuật tốn tạo đường cong Grasshopper 19 Hình 2.3 Đường cong tạo Grasshopper thể giao diện Rhinoceos 19 Hình 2.4 Hộp thoại tùy chỉnh Parameter 20 Hình 2.5 Giao diện Grasshopper 21 Hình 2.6 Các lựa chọn thiết lập đơn vị 21 Hình 2.7 Hộp thoại thiết lập vị trí 22 Hình 2.8 Move mơ hình CAD gốc tọa độ 22 Hình 2.9 Mơ hình đưa vị trí gốc tọa độ 23 Hình 2.10 Hướng mơ hình sau xoay 23 Hình 2.11 Bật chế độ truy bắt điểm đo khoảng cách điểm 24 Hình 2.12 Tạo point mơ hình 24 Hình 2.13 Kích thước đường kính nhẫn đo mơ hình 25 vii Nhược điểm: + Dễ hút ẩm có xu hướng phá vỡ thay đổi chuỗi phân tử giữ PLA với Làm cho kết dính lớp sợi nhựa bị giòn, dễ gãy + Sản phẩm in 3D PLA sử dụng tốt nhiệt độ phịng mơi trường bình thường Tuy nhiên sản phẩm có phận hoạt động học hay đặt nơi có nhiệt độ cao, dẫn đến cong vênh, nứt, nóng chảy Hình 3.3 Nhựa PLA 3.3 GIỚI THIỆU PHẦN MỀM CURA VÀ THAO TÁC VỚI MÁY IN 3D 3.3.1 Giới thiệu phần mềm Cura [12] Cura ứng dụng cắt lớp cho máy in 3D với mã nguồn mở Nó tạo David Braam, người sau gia nhập Ultimaker, công ty sản xuất máy in 3D để trì phần mềm Ultimaker Cura hoạt động cách cắt tệp mơ hình người dùng thành lớp tạo mã g-code cụ thể cho máy in Sau hoàn thành, G-code gửi đến máy in để in sản phẩm vật lý G-Code file văn (về chất) với danh sách lệnh để máy in 3D đọc làm theo nhiệt độ gia nhiệt, di chuyển theo hướng với khoảng cách vị trí tọa độ file đó, bật tắt phận máy in… Phần mềm tương thích với hầu hết máy in 3D để bàn làm việc với tệp định dạng 3D phổ biến STL, OBJ, X3D, 3MF định dạng tệp hình ảnh BMP, GIP, JPG PNG 58 3.3.2 Thao tác cụ thể phần mềm Cura a Khởi động phần mềm Cura, chèn mơ hình số thao tác Kích đúp chuột trái lên biểu tượng phần mềm Cura để khởi động chương trình Hình 3.4 Giao diện phần mềm Cura với máy in Anycubit Chiron File → Open file → Truy đến thư mục chứa file cần in → Open để mở flie mơi trường Cura Hình 3.5 Đưa chi tiết vào giao diện phần mềm Cura 59 Ta điều chỉnh vị trí, kích thước chi tiết bàn in cơng cụ hình 3.6 Hình 3.6 Các cơng cụ điều chỉnh vị trí, tỷ lệ mơ hình bàn in Biểu tượng dùng để di chuyển vị trí mơ hình theo tọa độ trục X, Y, Z Biểu tượng dùng để tỷ lệ mô hình theo tọa độ trục X, Y, Z Biểu tượng dùng để xoay mơ hình quanh trục X, Y, Z Biểu tượng dùng để chọn mặt phẳng đối xứng cho mơ hình Biểu tượng dùng để thiết lập nhanh tùy chọn cấu trúc mẫu Kích chuột trái lên biểu tượng chọn Select settings để mở hộp thoại Select settings Customize for this model 60 Hình 3.7 Hộp thoại Select Settings to Customize for this model Biểu tượng thiết lập cấu đỡ b Thiết lập thông số cần thiết cho q trình in sau tiến hành cắt lát, chuyển g – code sang máy in • Thiết lập thơng số cần thiết cho q trình in Kích chuột trái vào thẻ thứ giao diện phần mềm Cura (tính từ trái sang phải) để mở hộp thoại Print settings 61 Hình 3.8 Hộp thoại Print setting Hình 3.9 Hộp thoại print settings 62 Hình 3.10 Hộp thoại print settings • Tiến hành cắt lát mơ hình xuất G – code Ấn chọn Slices để tạo lát cắt ta kết 227 lát cắt hình 3.11 Hình 3.11 Kết sau cắt lớp 63 Hình 3.12 Thời gian dự kiến khối lượng vật liệu in cho nửa nẹp tay Kích chuột chọn save to file để xuất file g – code Copy file g – code sang thẻ SD gắn vào máy in 3d Anycubit Chiron tiến hành in mẫu nẹp tay Hình 3.13 Tiến trình in mẫu máy in Anycubit Chiron Hình 3.14 Thơng số in 64 Hình 3.15 Máy in in nửa nẹp tay 3.4 MẪU NẸP TAY IN 3D TRÊN MÁY ANYCUBIT CHIRON • Tháo cấu đỡ làm bề mặt sản phẩm Hình 3.16 Mặt nửa nẹp tay chưa tháo cấu đỡ 65 Hình 3.17 Mặt nửa nẹp in chưa tháo cấu đỡ Hình 3.18 Mặt nửa nẹp tay tháo cấu đỡ 66 Hình 3.19 Mặt nửa nẹp in tháo cấu đỡ • Đánh giá sơ mẫu + Chất lượng bề mặt mẫu tương đối mịn + Độ cứng vững cao + Mối lắp có độ xác tương đối cao + Gọn nhẹ, kiểu dáng bắt mắt + Mẫu trùng khớp với cánh tay người dùng 67 Hình 3.20.Mặt ngồi hai nửa nẹp tay Hình 3.21 Mặt hai nửa nẹp tay 68 Hình 3.22 Lắp nẹp tay lên tay người dùng 69 Chương KẾT LUẬN, KIẾN NGHỊ 4.1 KẾT LUẬN Sau trình thực đồ án bước đầu đạt số kết sau: + Xác định xác tỷ lệ mơ hình CAD cánh tay xây dựng thông qua ảnh tĩnh phần mềm Agisoft PhotoScan so với cánh tay thật + Đã xây dựng, tách đôi hai nửa bề mặt cánh tay dựa mơ hình CAD cánh tay có sẵn với độ xác cao phần mềm Rhinoceos Chỉ với vài thao tác đơn giản xác định biên dạng mặt cắt qua mơ hình CAD, tạo bề mặt cánh tay dựa liệu CAD hoàn toàn tự động + Xây dựng thuật tốn tối ưu hóa bề mặt nẹp tay, sử dụng ngơn ngữ lập trình trực quan Grasshopper chạy phần mềm Rhinoceos Ưu điểm phương pháp tối ưu hóa bề mặt thuật tốn dễ dàng tạo hình, độ dày mặt đường cong bề mặt tự Có thể sử dụng thuật tốn để tối ưu hóa bề mặt nẹp tay, với liệu CAD cánh tay nhiều bệnh nhân khác thao tác nhấp chuột Thay phải thực lặp lại thao tác thiết kế số phần mềm khác Điều giúp giảm thời gian thiết kế nẹp tay, mang lại giá trị kinh tế cao Tạo điều kiện thuận lợi cho đội ngũ cán nhân viên y tế người khơng có chun mơn thiết kế dễ dàng sử dụng Kết nẹp tay đạt mang tính cá nhân cao + Tạo mối lắp chắn diện tích bề mặt tiếp xúc nhỏ + Lựa chọn thông số cho việc in 3D tạo mẫu nẹp tay thành công Mẫu in với bề mặt mịn, bóng, độ xác so với cánh tay người thật cao, lượng vật liệu dùng cho cấu đỡ ít, mẫu sau in cần tách bỏ phần cấu đỡ sử dụng Tuy nhiên với kiến thức cịn hạn chế, thời gian thực đồ án khơng nhiều nên kết đồ án chưa đạt mong muốn Cụ thể tồn số vấn đề sau: + Chưa xác định khoảng hở tốt bề mặt cánh tay so với nẹp tay Nhằm đảm bảo không gây chèn ép + Chưa xác định độ dày tối ưu nẹp tay 70 + Kết tối ưu hóa bề mặt nẹp tay chưa thật tối ưu Q trình tối ưu hóa bề mặt thực cánh tự động, mang tính ngẫu nhiên + Thông số sử dụng in 3D mẫu nẹp tay chưa thực tối ưu Thể mức độ thời gian in tương đối dài cần đến khoảng 19 h để in xong nửa nẹp tay 4.2 KIẾN NGHỊ Để hoàn thiện việc xây dựng nẹp tay dựa liệu điểm mơ hình CAD cánh tay người, em xin đưa số kiến nghị sau: + Xây dựng loạt nẹp tay với kích thước offset bề mặt khác nhau, tiến hành in mẫu đánh giá thoải mái người dùng mẫu nẹp + Thay đổi độ dày mẫu nẹp tay, phân tích khả chịu lực phần mềm nhằm xác định mẫu có bề dày thích hợp nhất, in mẫu kiểm tra khả chịu lực mẫu + Sử dụng thêm lệnh Evaluate suface + MD Slider Graph Mapper thuật toán tối ưu hóa bề mặt nẹp tay Các lệnh giúp người thiết kế chủ động vệc tối ưu hóa giảm bớt tính ngẫu nhiên + Tiếp tục điều chỉnh thông số in 3D mẫu nẹp tay với mục đích giảm thời gian in mà đảm bảo chất lượng mẫu in 71 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tài liệu tiếng việt [1] Nguyễn Tấn Minh & Nguyễn Châu Thành (2018), Đề tài nghiên cứu xây dựng mô hình CAD cánh tay người, Đồ án tốt nghiệp, Khoa Cơ Khí, Trường Đại Học Nha Trang Trang web [2] http://loga3d.blogspot.com/2013/06/bo-bot-gay-xuong-kieumoi.html#.XMSsU7g3u00 (truy cập ngày 4/3/2019) [3] http://tinbaihay.net/dieu-tri-gay-xuong-khong-can-bo-bot/post12472115452245754013.htm (truy cập ngày 4/3/2019) [4] https://www.materialise.com/en/blog/3d-printed-cast (truy cập ngày 12/3/2019) [5] https://en.wikipedia.org/wiki/Rhinoceros_3D#Overview(truy cập ngày 15/3/2019) [6] https://advancecad.edu.vn/rhinoceros-5-0-va-tinh-nang/(truy cập ngày 25/3/2019) [7] https://en.wikipedia.org/wiki/Grasshopper_3D (truy cập ngày 4/4/2019) [8] http://vietnambim.net/phan-mem/cac-loai-module-trong-grasshopper.html (truy cập ngày 4/4/2019) [9] https://www.youtube.com/watch?v=W9t5iVj9vAk (truy cập 11/4/2019) [10] https://3dvntech.com/may-in-3d-anycubic-chiron (truy cập 20/5/2019) [11] https://taomaunhanh.com/tinh-chat-cua-cac-loai-nhua-in-3d-tai-lieu-in3d.html (truy cập ngày 24/5/2019) [12] https://vi.wikipedia.org/wiki/Cura_(ph%E1%BA%A7n_m%E1%BB%81m) (truy cập ngày 22/5/2019) 72 ... thuật ngược tạo nẹp tay gần Chương 2: Thiết kế nẹp tay từ liệu mô hình CAD cánh tay người Chương trình bày lựa chọn phần mềm thiết kế mẫu nẹp tay, quy trình xây dựng mẫu nẹp tay từ liệu mơ hình... CAD 3D cánh tay cuối in 3D để tạo nẹp vừa khít với cánh tay bệnh nhân Hình 1.7 Nẹp cánh tay Cortex 10 Hình 1.8 Quy trình tạo nẹp tay b Nẹp cánh tay Osteoid Deniz Karashin [3] Deniz Karashin – sinh... hóa, sử dụng phần mềm thiết kế ngược để xây dựng mơ hình CAD 3D cánh tay cuối in 3D để tạo nẹp tay bệnh nhân Hình 1.9 Nẹp tay Osteoid 11 c Chế tạo nẹp cánh tay công nghệ in 3D đại học công nghệ