Nghiên cứu, tìm hiểu về lịch sử phát triển của máy in 3d. Nghiên cứu, thiết kế tổng thể máy in 3d về kết cấu cơ khí, hệ thống điều khiển và lập trình điều khiển máy. Chế tạo được một mô hình máy in 3d thu nhỏ dựa theo những điều kiện có sẵn
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP BỘ MÔN CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY GVHD: TS Nguyễn Kiên Trung MỤC LỤC Trang LỜI NÓI ĐẦU .7 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ MÁY IN 3D HỆN NAY ĐẶT VẤN ĐỀ 1.2 GIỚI THIỆU VỀ CÔNG NGHỆ IN 3D VÀ MỘT SỐ MÁY IN 3D HIỆN NAY 1.3 CÁC CÔNG NGHỆ IN 3D 10 1.3.1 Nguyên lý chung công nghệ in 3D 10 1.3.2 Công nghệ Tạo hình nhờ tia laser (SLA) 11 1.3.3 Công nghệ Thiêu kết lazer chọn lọc (SLS) 12 1.3.4 Cơng nghệ Mơ hình hóa phương pháp nóng chảy lắng đọng (FDM) ……………………………………………………….14 1.3.5 Công nghệ in 3D dán nhiều lớp (LOM) 16 1.3.6 Công nghệ Laser kim loại thiêu kết trực tiếp (DMLS) 17 1.3.7 Công nghệ in phun sinh học (Inkjet-bioprinting) 17 1.4 ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ IN 3D .17 1.5 YÊU CẦU KỸ THUẬT ĐỐI VỚI MÁY IN 3D DẠNG BỘT 19 CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ CƠ KHÍ MƠ HÌNH MÁY IN 3D DẠNG BỘT (POWDER BED 3D PRINTER) 22 CHỌN KẾT CẤU CHO MƠ HÌNH .22 2.2 TÍNH TỐN, THIẾT KẾ, LỰA CHỌN CÁC CHI TIẾT TRÊN MƠ HÌNH .23 2.2.1 Các loại cấu truyền động 23 2.2.2 Tính tốn, thiết kế cấu truyền động 27 2.2.3 Tính tốn sơ chọn động cho truyền mơ hình 40 2.2.4 Các chi tiết khác mơ hình 44 2.2.4 Kết Luận 47 2.3 LẮP RÁP HỆ THỐNG CƠ KHÍ 48 2.3.1 Khái niệm lắp ráp hệ thống khí 48 2.3.2 Kỹ thuật lắp ráp 49 CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN MƠ HÌNH MÁY IN 3D .52 MƠ HÌNH ĐIỀU KHIỂN VÀ SƠ ĐỒ ĐẤU DÂY 52 3.1.1 Mô hình hệ thống điều khiển 52 Trang ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP BỘ MÔN CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY GVHD: TS Nguyễn Kiên Trung 3.1.2 Sơ đồ đấu dây 53 3.2 LINH KIỆN ĐIỆN TỬ VÀ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN .53 3.2.1 Module điều khiển động bước A4988 53 3.2.2 Shield Ramps 1.4 Controller 55 3.2.3 Arduino Atmega 2560 57 3.2.4 Lazer Module điều khiển Lazer 59 3.2.5 Nguyên liệu sử dụng bột nhựa PVC 64 3.3 ĐỘNG CƠ BƯỚC VÀ ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ BƯỚC 66 3.3.1 Động bước 66 3.3.2 Nguyên lý hoạt động động bước 69 3.3.3 Ghép nối máy tính 71 CHƯƠNG 4: PHẦN MỀM ĐIỀU KHIỂN MÁY .72 PHẦN MỀM ARDUINO IDE 72 4.2 PHẦN MỀM ĐIỀU KHIỂN REPETIER .74 CHƯƠNG 5: TÍNH TOÁN KIỂM NGHIỆM BỀN BẰNG PHẦN MỀM NX 79 5.1 TỔNG QUAN VỀ CAE .79 5.2 GIỚI THIỆU PHẦN MỀM NX- NASTRAN 81 5.2.1 Giới thiệu phần mềm NX 81 5.2.2 Giới thiệu Module Simulation/ NASTRAN 83 5.3 PHÂN TÍCH KIỂM NGHIỆM BỀN CHI TIẾT TRỤC DẪN HƯỚNG (TRỤC X) 83 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .87 TÀI LIỆU THAM KHẢO 88 Trang ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP BỘ MÔN CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY GVHD: TS Nguyễn Kiên Trung DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1.1 Ngun lý chung cơng nghệ in 3D 10 Hình 1.2 Mơ hình cấu tạo SLA 12 Hình 1.3 sản phẩm tạo từ công nghệ SLA 12 Hình 1.4 Mơ hình Cơng nghệ SLS 13 Hình 1.5 Một số dạng sản phẩm công nghệ SLS 14 Hình 1.6 Cơng nghệ in 3D FDM .15 Hình 1.7 Sản phẩm công nghệ in 3D (FDM) 15 Hình 1.8 Máy in 3D công nghệ LOM số sản phẩm 16 Hình 1.9 Cơng nghệ in phun sinh học .17 Hình 1.10 Vỏ động ô tô in công nghệ in 3D vật liệu bền SLS 18 Hình 1.11 Tấm lót dày hãng ADIDAS làm cơng nghệ in 3D 19 Hình 1.12 Mảnh xương sọ in 3D để cấy ghép 19 Hình 2.1 Mơ hình máy in 3D .22 Hình 2.2 Sơ đồ nguyên lí hoạt động máy 23 Hình 2.3 Bộ truyền động đai 24 Hình 2.4 Truyền động vít me đai ốc 25 Hình 2.5 Cấu tạo vít me bi 26 Hình 2.6 Cấu tạo vít me – đai ốc bi 30 Hình 2.7 Bố trí ổ bi 31 Hình 2.8 Chọn kiểu vít me bi cho trục Z .32 Hình 2.9 Dẫn hướng dạng trụ .35 Hình 2.10 Chi tiết sống dẫn ma sát lăn hình trụ 36 Hình 2.11 Sơ đồ lực tác dụng lên ray dẫn hướng trục X 37 Hình 2.12 Catalog chọn trượt trục X 37 Hình 2.13 Sơ đồ lực tác dụng lên ray dẫn hướng trục Y 38 Hình 2.14 Catalog chọn trượt trục Y 39 Hình 2.15 Động bước 40 Hình 2.16 Sơ đồ nguyên lý động servo DC hồi tiếp .41 Hình 2.17 Động xoay chiều 42 Hình 2.18 Thơng số động 43 Trang ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP BỘ MÔN CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY GVHD: TS Nguyễn Kiên Trung Hình 2.19 Tấm đỡ cụm LAZER 44 Hình 2.20 Gối đỡ dẫn hướng 45 Hình 2.21 Thanh dẫn hướng .45 Hình 2.22 Cụm dẫn hướng 46 Hình 2.23 Trục vít me .46 Hình 2.24 Vít me đai ốc 46 Hình 2.25 Nhơm định hình máy 47 Hình 2.26 Ke góc bu lơng 47 Hình 2.27 Mơ hình máy in 3D dạng bột 48 Hình 3.1 Mơ hình hệ thống điều khiển 52 Hình 3.2 Sơ đồ đấu dây hệ thống điều khiển 53 Hình 3.3 Driver động A4988 53 Hình 3.4 Sơ đồ mạch điện driver động A4988 .54 Hình 3.5 Các chế độ điều khiển 55 Hình 3.6 Ramps 1.4 56 Hình 3.7 Sơ đồ nối chân RAMPS 1.4 57 Hình 3.8 Adruino ATmega 2560 .57 Hình 3.9 Giới thiệu Lazer .59 Hình 3.10 Sơ đồ cấu tạo thiết bị phát lazer ruby .60 Hình 3.11 Nguyên lý cấu tạo lazer CO2 61 Hình 3.12 Biểu đồ dải lượng cho bán dẫn P&N .61 Hình 3.13 Sự tạo thành tiếp giáp P&N 62 Hình 3.14 Nguồn ni lazer diode 62 Hình 3.15 Ảnh lazer diode 63 Hình 3.16 Nguyên liệu bột nhựa PVC .64 Hình 3.17 Ứng dụng bột nhựa PVC 64 Hình 3.18 Cấu tạo động bước vĩnh cửu 67 Hình 3.19 Cấu tạo động bước có từ trở thay đổi 68 Hình 3.20 Động bước tầng từ trở thay đổi .69 Hình 3.21 Động bước từ trở thay đổi 70 Hình 4.1 Giao diện phần mềm Arduino IDE .72 Hình 4.2 Chọn phần cứng Arduino 73 Hình 4.3 Chọn loại cổng kết nối 73 Trang ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP BỘ MÔN CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY GVHD: TS Nguyễn Kiên Trung Hình 4.4 Nạp chương trình vào mạch .74 Hình 4.5 Dao diện phần mềm điều khiển 75 Hình 4.6 Bản vẽ phần mềm Solidworks 75 Hình 4.7 Giao diện Repetier-Firmware máy chạy 76 Hình 4.8 Cấu hình chi tiết máy 76 Hình 4.9 Chỉnh sửa G-code sau xuất 77 Hình 4.10 Set gốc máy 77 Hình 4.11 G-code chạy máy 78 Hình 4.12 Sản phẩm sau chạy máy .78 Hình 5.1 Phân tích cấu trúc CAE 80 Hình 5.2 Phân tích truyền nhiệt CAE .81 Hình 5.3 Phân tích va chạm CAE .81 Hình 5.4 Module Model NX 11.0 82 Hình 5.5 Module Drawing NX 11.0 82 Hình 5.6 Module simulation NX 11.0 82 Hình 5.7 Khởi động phần mềm vào môi trường thiết kế 83 Hình 5.9 Chia lưới cho chi tiết 85 Hình 5.10 Chuyển vị theo phương z 86 Trang ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP BỘ MÔN CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY GVHD: TS Nguyễn Kiên Trung DANH MỤC BẢNG Bảng 2.1 Các thơng số hình học truyền đai 24 Bảng 2.2 Mô đun chiều rộng đai tiêu chuẩn 28 Bảng 2.3 Hệ số tải trọng cảu trượt .39 Bảng 2.4 Các phương pháp ghép nối .49 Bảng 3.1 Thông số kỹ thuật Adruino 58 Trang ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP BỘ MÔN CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY GVHD: TS Nguyễn Kiên Trung LỜI NÓI ĐẦU Ngày cách mạng khoa học kĩ thuật giới phát triển với tốc độ vũ bão, không ngừng vươn tới đỉnh cao mới, có thành tựu tự động hóa sản xuất Khẳng định vai trị quan trọng cơng nghệ tự động chiến lược cơng nghiệp hóa đại hóa kinh tế nước ta việc có ý nghĩa, tạo khả phát triển kinh tế với tốc độ cao, vững lâu dài Ở nước có cơng nghiệp tiên tiến việc tự động hóa nghành kinh tế, kỹ thuật có khí chế tạo thực từ nhiều thập kỉ Máy in 3d đưa vào sản xuất quy trình gia cơng tạo mẫu nhanh, tạo chi tiết có biên dạng phức tạp, Ở Việt Nam, nhiều công ty tư nhân bắt đầu ứng dụng đưa vào công việc sản xuất Hiện nay, nhu cầu gia công chi tiết có biên dạng phức tạp với tốc độ độ xác cao Với chi tiết dạng phương pháp truyền thống khó gia cơng gia cơng nhiều thời gian cơng sức Chính mà công nghệ in 3d ngày phổ biến không lĩnh vực cơng nghiệp máy móc mà cịn hữu đa dạng lĩnh vực khác y tế, giáo dục,… Công nghệ in 3d đánh dấu bước mở đầu cho Cách mạng Công nghiệp lần thứ tạo ảnh hưởng to lớn nhiều lĩnh vực Ở Việt Nam công nghệ in 3d dần đưa vào ứng dụng trình sản xuất với loại máy in 3d đa chủng loại nguồn gốc máy in Nga, Tây Ban Nha, Ba Lan, Với lý trên, nhóm sinh viên Cử nhân Cơ điện tử K59 Đại Học Bách Khoa Hà Nội chúng em giao nhiệm vụ đồ án tốt nghiệp sau: “Nghiên cứu, chế tạo điều khiển máy in 3d dạng bột (powder bed 3d printer)” bao gồm nhiệm vụ sau đây: + Nghiên cứu, tìm hiểu lịch sử phát triển máy in 3d + Nghiên cứu, thiết kế tổng thể máy in 3d kết cấu khí, hệ thống điều khiển lập trình điều khiển máy + Chế tạo mơ hình máy in 3d thu nhỏ dựa theo điều kiện có sẵn Trong trình nghiên cứu chế tạo, chúng em gặp nhiều khó khăn, đề tài mẻ, thời gian kiến Sau thời gian nghiên cứu, thiết kế chế tạo, chúng em hoàn thành thức hạn chế Tuy nhiên nhờ cố gắng thân đặc biệt dẫn tận tình giáo viên hướng dẫn T.S Nguyễn Kiên Trung, môn Công Nghệ Chế Tạo Máy đến chúng em hoàn thành nhiệm vụ đồ án tốt nghiệp Chúng em xin chân thành cảm ơn thầy Nguyễn Kiên Trung Bộ môn công nghệ chế tạo máy tạo điều kiện tốt cho chúng em suốt thời gian vừa qua Một lần chúng em xin cảm ơn! Trang ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP BỘ MÔN CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY GVHD: TS Nguyễn Kiên Trung CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ MÁY IN 3D HỆN NAY ĐẶT VẤN ĐỀ Yêu cầu xã hội Công nghệ tạo mẫu nhanh (Rapid Prototyping – RP) công nghệ sản xuất tiên tiến, bên cạnh việc lập trình gia cơng máy CNC để gia công chế tạo sản phẩm người ta xây dựng mơ hình CAD 3D máy tính gia cơng theo cách thực trực tiếp từ liệu mơ hình Với vật liệu dạng bột, phương pháp truyền thống tiện, phay, bào gia cơng tạo sản phẩm Thay vào ta sử dụng phương pháp in 3d để thêu kết vật liệu dạng thông qua tác dụng nhiệt đầu đốt laser thêu kết đầu phun nước,… Từ kĩ sư thiết kế chế tạo máy in 3d có độ xác cao hơn, in vật liệu khác nhau, giảm thời gian tạo sản phẩm yêu cầu sản xuất in mơ hình phức tạp mà phương pháp truyền thống khó chế tạo Tại Việt Nam máy in 3d cơng nghiệp có mặt thị trường nhiều năm phần lớn cung cấp công ty hoạt động thương mại Máy in 3d tạo bước phát triển lớn nghành công nghiệp tạo mẫu nhanh Đa phần máy in 3d Việt Nam công ty sản xuất hàng loạt với công nghệ tiên tiến bù lại lại có chi phí cao, không linh hoạt sống phục vụ vào mục đích tạo sản phẩm hàng loạt Kết luận Trong xu nhằm mục đích chế tạo máy cơng cụ xác linh hoạt sống thực gia đình chi phí thấp nhằm phục vụ in chi tiết, đồ dùng, quà lưu niệm,… Nhóm nghiên cứu, chế tạo điều khiển máy in 3d dạng bột 1.2 GIỚI THIỆU VỀ CÔNG NGHỆ IN 3D VÀ MỘT SỐ MÁY IN 3D HIỆN NAY Định nghĩa khái niệm In 3D dạng công nghệ gọi sản xuất đắp dần/đắp lớp (Additive Manufacturing) Các trình đắp dần tạo đối tượng theo lớp, khác với kỹ thuật đúc cắt gọt (như gia công) Hiệp hội vật liệu thử nghiệm Hoa Kỳ (American Society for Testing Materials - ASTM) đưa khái niệm rõ ràng công nghệ sản xuất đắp dần: “Công nghệ sản xuất đắp dần trình sử dụng nguyên liệu để chế tạo nên mơ hình 3D, thường chồng lớp nguyên liệu lên nhau, trình trái ngược với trình cắt gọt thường dùng để chế tạo xưa nay” Có thể thấy phương pháp sản xuất hoàn toàn trái ngược so với phương pháp cắt gọt - hay gọi phương pháp gia công, mài giũa vật liệu nguyên khối - cách loại bỏ cắt gọt phần vật liệu, nhằm có sản phẩm cuối Còn với sản xuất đắp dần, ta Trang ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP BỘ MÔN CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY GVHD: TS Nguyễn Kiên Trung coi cơng nghệ tạo đúc hay ép khuôn, từ nguyên liệu riêng lẻ để đắp dần thành sản phẩm cuối Có nhiều thuật ngữ khác dùng để công nghệ in 3D công nghệ tạo mẫu nhanh, công nghệ chế tạo nhanh công nghệ chế tạo trực tiếp Như vậy, hầu hết thuật ngữ đời dựa chế hay tính chất cơng nghệ Lịch sử công nghệ in 3D Công nghệ in 3D đời 30 năm Thiết bị vật liệu sản xuất đắp dần phát triển năm 1980 Năm 1981, Hideo Kodama Viện Nghiên cứu Công nghiệp thành phố Nagoya (Nhật Bản) sáng tạo phương pháp tạo mơ hình nhựa ba chiều với hình ảnh cứng polymer, nơi diện tích tiếp xúc với tia cực tím kiểm sốt mơ hình lớp hay phát quang qt Sau đó, vào năm 1984, nhà sáng chế người Mỹ Charles Hull Công ty Hệ thống 3D (3Dsystems) phát triển hệ thống nguyên mẫu dựa trình gọi Stereolithography, lớp bổ sung cách chữa giấy nến với ánh sáng cực tím laser Hull định nghĩa q trình "hệ thống để tạo đối tượng 3D cách tạo mơ hình mặt cắt đối tượng hình thành," điều phát minh Kodama Đóng góp Hull việc thiết kế định dạng tập tin STL (STereoLithography) ứng dụng rộng rãi phần mềm in 3D Năm 1986, Charles Hull sáng tạo quy trình Stereolithography – sản xuất vật thể từ nhựa lỏng làm cứng lại nhờ laser Sau ơng đăng ký quyền cho công nghệ in 3D “Thiêu kết lazer chọn lọc” (Selective laser sintering - SLS) có sử dụng file định dạng STL (Standard Tessellation Language) Hull thành lập cơng ty 3Dsystems đến công ty cung cấp công nghệ lớn lĩnh vực in 3D Ưu, nhược điểm cơng nghệ in 3D Cơng nghệ in 3D có ưu điểm chính: Tốc độ hình thành sản phẩm nhanh so với công nghệ khác; Chi phi đầu tư sở hữu thấp lĩnh vực công nghệ tạo mẫu nhanh; Chi phí nguyên vật liệu chi phí sản xuất thấp; Đa dạng vật liệu chế tạo ứng dụng; Có thể in vật có cấu tạo hình học phức tạp mà khơng cần giá đỡ; Dễ dàng chuẩn bị, sử dụng bảo dưỡng; Là cơng nghệ tạo mẫu có đầy đủ màu sắc lên đến hàng triệu màu; Cho phép chế tạo sản phẩm đa dạng từ vật liệu khác nhau, màu sắc khác nhau, khối lượng kích thước với tỷ lệ khác so với chi tiết sản phẩm thật Về hạn chế in 3D, khác tùy theo kỹ thuật in, bao gồm tốc độ in chưa thực tương xứng với tiềm năng, kích thước đối tượng in hạn chế, chi tiết độ phân giải đối tượng cịn giới hạn, chi phí vật liệu cịn cao, số trường hợp, độ bền sản phẩm in hạn chế Tuy nhiên, năm gần có tiến nhanh chóng việc giảm hạn chế Trang ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP BỘ MÔN CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY 1.3 GVHD: TS Nguyễn Kiên Trung Các công nghệ in 3D 1.3.1 Nguyên lý chung công nghệ in 3D Hình 1.1 Ngun lý chung cơng nghệ in 3D Để bắt đầu in 3D, người ta cần thiết kế vật thể 3D phần mềm CAD, phần mềm quen thuộc hỗ trợ thiết kế máy tính Mơ hình vật thể thiết kế trực tiếp phần mềm đưa vào phần mềm thông qua việc sử dụng thiết bị quét laser Sau thiết kế hoàn thành, ta cần tạo tài liệu STL - Standard Tessellation Language, dạng tài liệu quen thuộc với công nghệ sản xuất đắp dần Làm tesselate theo ngôn ngữ Tesselation chuẩn chia vật thể thành đa giác nhỏ hơn, để mô cho cấu trúc bên bên vật thể Đây phần quan trọng sản xuất đắp dần Khi tài liệu hoàn thiện, hệ thống chia nhỏ thiết kế mẫu thành nhiều lớp khác chuyển thông tin đến Trang 10 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP BỘ MÔN CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY GVHD: TS Nguyễn Kiên Trung Hình 4.4 Nạp chương trình vào mạch 4.2 PHẦN MỀM ĐIỀU KHIỂN REPETIER Repetier-Firmware phần mềm mã nguồn mở viết năm 2011 người đam mê máy in 3D muốn phát triển số giải pháp phần mềm cho máy in 3D Phần mềm hỗ trợ nhiều loại bo mạch khác như: Arduino Mega/RAMPS combination, Gen 6, Sanguinololu… Đến nay, Repetier Host giải pháp phần mềm tất cho máy in máy in 3D Reprap, bao gồm chức kiểm tra mơ hình 3D, tạo Gcode (slicer), điều khiển theo dõi máy in vận hành Giao diện: Sau nhấn đúp chuột vào biểu tượng phần mềm Repetier-Firmware hình máy tính ta thấy giao diện phần mềm Repetier-Firmware sau: Trang 74 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP BỘ MÔN CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY GVHD: TS Nguyễn Kiên Trung Hình 4.5 Dao diện phần mềm điều khiển Với vẽ 3D từ Solidworks, ta co thể đưa vào phần mềm Repetier-Firmware cách chuyển đổi qua định dạng file STL Hình 4.6 Bản vẽ phần mềm Solidworks Trang 75 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP BỘ MÔN CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY GVHD: TS Nguyễn Kiên Trung Hình 4.7 Giao diện Repetier-Firmware máy chạy Thiết lập thông số độ dày lớp, đường kính đầu phun, tốc độ… tab Configuration Hình 4.8 Cấu hình chi tiết máy Hiệu chỉnh code điều khiển trình gạt bột: Trang 76 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP BỘ MÔN CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY GVHD: TS Nguyễn Kiên Trung Hình 4.9 Chỉnh sửa G-code sau xuất Hiệu chỉnh máy đưa đầu laser gốc tab Manual Control Hình 4.10 Set gốc máy Sau xử lí thơng tin phần mềm đưa g-code: Trang 77 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP BỘ MÔN CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY GVHD: TS Nguyễn Kiên Trung Hình 4.11 G-code chạy máy Sau nạp code chạy máy ta thu sản phẩm Hình 4.12 Sản phẩm sau chạy máy Trang 78 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP BỘ MÔN CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY GVHD: TS Nguyễn Kiên Trung CHƯƠNG 5: TÍNH TỐN KIỂM NGHIỆM BỀN BẰNG PHẦN MỀM NX 5.1 TỔNG QUAN VỀ CAE CAE cụm từ viết tắt từ Computer Aided Engineering có ngĩa rộng nghành kỹ thuật có trợ giúp máy tính Ngày CAE xem công cụ dùng thiết kế sản phẩm mô công đoạn, quy trình sản xuất với mục đích kiểm tra trước truy tìm nguyên nhân gây lỗi sản phẩm Các công cụ CAE tương đối đa dạng, đáp ứng cho nhiều nhu cầu phân tích sản phẩm Ví dụ, chương trình chuyển động học sử dụng để xác định hành trình chuyển động tốc độ khâu cấu máy Các chương trình phân tích động học dịch chuyển lớn dùng để xác định tải dịch chuyển hệ thống lắp ráp phức tạp ô tô… Trong CAE người ta sử dụng cơng cụ giải tích phương pháp phần tử hữu hạn (Finite Element Method – FEM), phuơng pháp sai phân hữu hạn (Finite Difference Method – FDM) phương pháp phần tử biên (Boundary Element MethodBEM) Lĩnh vực ứng dụng + Phân tích cấu trúc tĩnh động: tốn phân tích ứng suất biến dạng đặc tính động chi tiết, sản phẩm với vật liệu + Phân tích lưu chất: toán nhằm xác định vận tốc, áp suất, hệ số truyền nhiệt dồng chất lỏng sản phẩm + Phân tích truyền dẫn nhiệt: tốn phân tích tượng phát tán nhiệt phân bố nhiệt biến suất, biến dạng nhiệt + Phân tích từ trường, phân tích phân bố điện từ, từ trường + Phân tích tiếng ồn: phân tích dao động âm âm dịng lưu chất gây đặc tính tiếng ồn Ưu, nhược điểm CAE Ưu điểm: + Có thể kiểm tra tính nâng cao chất lượng sản phẩm dẫn đến giảm chi phí, giá trình R&D thời gian cung ứng sản phẩm thị trường + Nhờ vào việc dễ dàng kiểm tra chi tiết đại lượng vật lý trường ứng suất, biến dạng, áp suất, nhiệt độ, lực… giúp ta có nhiều ý tưởng độc đáo cho thiết kế Trang 79 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP BỘ MÔN CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY GVHD: TS Nguyễn Kiên Trung + Đối với tượng vật lý khó khơng thể quan sát, kiểm tra, làm thí nghiệm phương pháp thơng thường CAE giúp dễ dàng quan sát + Hầu ngày kết CAE xem tài liệu kỹ thuật dùng thuyết trình ý tưởng thuyết phục đối tác khách hàng Nhược điểm: + Vì hầu hết phần mềm cae dùng phương pháp tính tốn sai số kết tính tốn 100% thực tế, hữu ích so sánh tương đố + Vì kết CAE phụ thuộc vào cách chia lưới, áp đặt điều kiện biên nên độ xác tin cậy phụ thuộc vào kinh nghiệm, kiến thức người sử dụng Hình 5.1 Phân tích cấu trúc CAE Trang 80 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP BỘ MÔN CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY GVHD: TS Nguyễn Kiên Trung Hình 5.2 Phân tích truyền nhiệt CAE Hình 5.3 Phân tích va chạm CAE 5.2 GIỚI THIỆU PHẦN MỀM NX- NASTRAN 5.2.1 Giới thiệu phần mềm NX Unigraphics NX phát triển hãng PLM software tập đoàn SIEMEN Unigraphics NX tập hợp giải pháp CAD/CAM/CAE linh hoạt, tối ưu đồng mạnh mẽ giúp doanh nghệp giải vấn đề khó khăn lĩnh vực CAD/CAM /CAE liên tục đổi tích hợp cơng nghệ thêm vào tính hỗ trợ tối ưu cho công việc Unigraphics NX phần mềm mạnh lĩnh vực CAD/CAM/CAE hỗ trợ nhiều công việc lĩnh vực kỹ thuật bao gồm module: Model: thiết kế chi tiết máy Trang 81 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP BỘ MÔN CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY GVHD: TS Nguyễn Kiên Trung Hình 5.4 Module Model NX 11.0 Drawing: xuất vẽ kỹ thuật Hình 5.5 Module Drawing NX 11.0 Simulation: mơ động học, động lực học, phân tích CAE Hình 5.6 Module simulation NX 11.0 Manufacturing: module gia công mô gia công Mechatronic concept design: module mô chuyển động Inspection: module liên quan đến dung sai chi tiết Trang 82 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP BỘ MÔN CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY GVHD: TS Nguyễn Kiên Trung 5.2.2 Giới thiệu Module Simulation/ NASTRAN NX CAE NASTRAN 11.0 mơi trường phân tích đại cho việc phân tích mơ hình tích hợp phần mềm NX có khả phân tích dịng chảy, nhiệt, phân tích chuyển động, ứng suất, biến dạng, chuyển vị, phân tích tượng vật lý tối ưu hố sản phẩm 5.3 PHÂN TÍCH KIỂM NGHIỆM BỀN CHI TIẾT TRỤC DẪN HƯỚNG (TRỤC X) Với thơng số ta tính tốn phần chương ta có thơng số truyền: Khối lượng cấu trục cụm trục X: m=3 (kg) + Bước 1: Khởi động phần mềm vào môi trường để thiết kế chi tiết Hình 5.7 Khởi động phần mềm vào môi trường thiết kế + Bước 2: Sau thiết kế xong chi tiết dạng 3D ta vào mục application chọn pre/post Cửa sổ sau chọn pre/post Trang 83 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP BỘ MÔN CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY GVHD: TS Nguyễn Kiên Trung + Sau ta vào MATERIALS ASSIGN tiến hành gán vật liệu cho chi tiết Ta chọn thép C45 vào chỉnh thơng số, tính chất vật liệu Hình 5.8 Gán vật liệu cho chi tiết + Bước 3: Vào 3D mesh tiến hành chia lưới cho đối tượng: Nhập kích thước lưới mà ta muốn chia phụ thuộc vào yêu cầu kích thước, dạng tải trọng, vùng làm việc ta phải tối ưu việc chia lưới để kết đạt gần để máy tính xử lý nhanh Trang 84 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP BỘ MÔN CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY GVHD: TS Nguyễn Kiên Trung Hình 5.9 Chia lưới cho chi tiết Trang 85 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP BỘ MÔN CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY GVHD: TS Nguyễn Kiên Trung + Bước 4: Ta tiến hành đặt lực mô men gắn điều kiện biên nhiệt độ ta thu kết Chuyển vị Hình 5.10 Chuyển vị theo phương z Ứng suất Hình 5.11 Ứng suất trục dẫn hướng Ta so sánh với ứng suất cho phép ta có: max 21.78( Mpa ) ' 800( Mpa ) thép C45 qua kết luận chi tiết trục dẫn hướng đủ bền.a Trang 86 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP BỘ MÔN CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY GVHD: TS Nguyễn Kiên Trung KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Qua q trình hồn thành đồ án nhóm tác giả hệ thống lại toàn kiến thức nghành Cơ Điện Tử Từ việc phân tích liệu đầu vào đến việc lựa chọn vật liệu, thiết bị Lựa chọn phương pháp gia công, kiểm tra đánh giá sản phẩm, dựa tiêu chuẩn quốc tế ASME, ISO, … Việc thực việc thiết kế tính tốn chế tạo sản phẩm hồn chỉnh, giúp tác giả vận dụng tất kiến thức học vào sản phẩm cụ thể tạo tảng kiến thức tổng hợp Giúp tác giả có tảng kiến thức trước vào công việc thực tế sau trường Qua trình hồn thiện đồ án nhóm tác giả xin có số kiến nghị để việc chế tạo sản phẩm tối ưu kinh tế tiếp xúc với thực tế sản xuất nhiều hơn, mong muốn học hỏi thêm số kiến thức liên quan tới việc bóc tách tính tốn giá thành sản phẩm để tối ưu việc nhập trang thiết bị, máy móc nguyên liệu đầu vào Để tối ưu mặt kỹ thuật tính kinh tế, nâng cao suất hạ giá thành sản phẩm người thiết cần có nhiều kinh nghiệm sản suất Vì vậy, việc tiếp xúc với thực tế giúp nảy nhiều ý tưởng, phương pháp sát với thực tế sản xuất Trang 87 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP BỘ MÔN CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY GVHD: TS Nguyễn Kiên Trung TÀI LIỆU THAM KHẢO Công nghệ chế tạo máy, GS.TS Trần Văn Địch - Nhà xuất khoa học kĩ thuật, 2003 Chi tiết máy, Nguyễn Trọng Hiệp - Nhà xuất giáo dục , 2007 Tính tốn thiết kế hệ dẫn động khí tập , Trịnh Chất – Lê Văn Uyển - Nhà xuất giáo dục , 2003 Cơ sở tự động hóa máy công cụ - Kỹ thuật điều khiển, điều chỉnh lập trình khai thác máy cơng cụ CNC, Tạ Duy Liêm - Nhà xuất khoa học kĩ thuật, 2005 Hệ thống điều khiển số công nghiệp, Bùi Quý Lực - Nhà xuất khoa học kĩ thuật, 2005 Website: www.hiendaihoa.com.vn www.meslab.org http://cdtvn.net/ http://www.youtube.com/ Trang 88 ... vụ đồ án tốt nghiệp sau: ? ?Nghiên cứu, chế tạo điều khiển máy in 3d dạng bột (powder bed 3d printer)? ?? bao gồm nhiệm vụ sau đây: + Nghiên cứu, tìm hiểu lịch sử phát triển máy in 3d + Nghiên cứu,. .. KHÍ MƠ HÌNH MÁY IN 3D DẠNG BỘT (POWDER BED 3D PRINTER) CHỌN KẾT CẤU CHO MƠ HÌNH Ngun lí hoạt động máy in 3D Về bản, mô hình máy in 3d chúng em thể nguyên lí hoạt động máy in 3D điều khiển phần... chế tạo máy laser sinh viên khó Trong đồ án chúng em tập trung chủ yếu vào việc nghiên cứu phần tử máy laser tiêu chuẩn Từ bắt tay vào chế tạo mơ hình máy in 3d cỡ vừa Mục tiêc em đồ án chế tạo