Cơ sở lý thuyết và khả năng ứng dụng của công nghệ tạo mẫu nhanh

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA - NGUYỄN VĂN CƯƠNG CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG CỦA CÔNG NGHỆ TẠO MẪU NHANH CHUYÊN NGÀNH: MÃ SỐ NGÀNH: CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY 09 LUẬN ÁN CAO HỌC TP HỒ CHÍ MINH, tháng 12 năm 2001 CÔNG TRÌNH ĐƯC HOÀN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH CÁN BỘ HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS ĐẶNG VĂN NGHÌN CÁN BỘ CHẤM NHẬN XÉT 1: TS PHẠM NGỌC TUẤN CÁN BỘ CHẤM NHẬN XÉT 2: TS THÁI THỊ THU HÀ Luận án cao học bảo vệ HỘI ĐỒNG CHẤM BẢO VỆ LUẬN ÁN CAO HỌC - Trường Đại Học Bách Khoa TP.HCM ngày tháng 12 năm 2001 Có thể tìm hiểu luận án Thư Viện Cao Học Trường Đại Học Bách Khoa, Đại Học Quốc Gia TP Hồ Chí Minh BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc Lập - Tự Do - Hạnh Phúc -oOo - NHIỆM VỤ LUẬN ÁN CAO HỌC Họ tên : NGUYỄN VĂN CƯƠNG Ngày tháng năm sinh : 25 - 05 - 1970 Chuyên ngành: CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY Khóa (năm trúng tuyển): 1998 Giới tính: Nam Nơi sinh: BẾN TRE I- TÊN ĐỀ TÀI: II- NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: Nghiên cứu tổng quan lý thuyết khả ứng dụng công nghệ tạo mẫu nhanh Những kỹ thuật tạo khuôn công cụ nhanh Nghiên cứu sở lý thuyết phương pháp tạo hình lập thể SLA Thiết kế sản phẩm CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG CỦA CÔNG NGHỆ TẠO MẪU NHANH III- NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: IV- NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: V- HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: PGS.TS ĐẶNG VĂN NGHÌN VI- HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ NHẬN XÉT 1: TS PHẠM NGỌC TUẤN VII- HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ NHẬN XÉT 2: TS THÁI THỊ THU HÀ CÁN BỘ HƯỚNG DẪN CÁN BỘ PHẢN BIỆN CÁN BỘ PHẢN BIỆN Nội dung đề cương Luận án Cao học thông qua Hội Đồng Chuyên Ngành Ngày tháng năm 2001 PHÒNG QUẢN LÝ KHOA HỌC SAU ĐẠI HỌC CHỦ NHIỆM NGÀNH TÓM TẮT LUẬN ÁN - Trong thập kỷ gần đây, Công nghệ tạo mẫu nhanh lên công cụ giá trị để phát triển nhanh sản phẩm Tạo mẫu nhanh định nghóa công nghệ mới, ứng dụng việc chế tạo chi tiết thực từ liệu thiết kế không gian ba chiều máy tính (CAD) việc thêm vào lớp vật liệu Phương pháp công nghệ tạo mẫu nhanh tạo hình lập thể (Stereolithography Apparatus) Charles Hull phát minh vào năm 1984 thương mại hóa năm 1987 bỏi công ty 3D Systems Từ đến có khoảng 30 phương pháp đời thương mại hóa SLA, LOM, SLS, FDM, SGC, Tính đến năm 2000, có khoảng 6755 hệ thống máy tạo mẫu nhanh lắp đặt 58 quốc gia giới Tính ưu việt phương pháp tạo mẫu nhanh so với trình sản xuất truyền thống có khả chế tạo nhanh sản phẩm, công ty cần tốn tiền thời gian để mang sản phẩm từ máy điện toán sản xuất Sử dụng công nghệ tạo mẫu nhanh chọn lựa để có chất lượng mong muốn phát triển suất trình thiết kế sản phẩm Đây bước nghiên cứu lý thuyết khả ứng dụng công nghệ tạo mẫu nhanh, để làm sở cho việc phát triển ứng dụng công nghệ Việt nam Qua đó, nguyên lý hoạt động số phương pháp tạo mẫu nhanh trình bày cách chi tiết, kỹ thuật chế tạo công cụ nhanh (Rapid Tooling Technology) hình thành xu hướng phát triển phương pháp tạo mẫu nhanh, phương pháp ứng dụng kỹ thuật tạo mẫu nhanh (Stereolithography Apparatus, Selective Laser Sintering, Fused Deposition Modeling, Laminated Object Manufacturing, 3D Printing, ) để chế tạo chi tiết khuôn phục vụ cho việc sản xuất sản phẩm mẫu, sản phẩm đơn với qui mô nhỏ với chi phí thấp thời gian ngắn Phương pháp tạo hình lập thể (SLA) có ý nghóa quan trọng việc phát triển công nghệ tạo mẩu nhanh Công nghệ tạo mẫu nhanh ứng dụng nhiều lónh vực chế tạo sản phẩm, thiết kế công nghiệp, qúa trình đúc, chế tạo dụng cụ, công nghiệp ôtô, công nghiệp hàng không, y học mỹ nghệ,.v.v Việc thiết kế sản phẩm phần mềm thiết kế 3D Pro/Engineer2000 nhằm mục đích hiểu thêm số đặc tính trình tạo mẫu nhanh Sản phẩm sau thiết kế xuất sang dạng format STL để sau chuyển sang máy tính thiết bị SLA Những số liệu thí nghiệm đo đạt nhằm mục đích kiểm tra tính xác chi tiết chế tạo công nghệ tạo mẩu nhanh so với mô hình thiết kế CAD ***************************** - ii - MUÏC LUÏC NỘI DUNG Trang Lời cảm ơn Tóm tắt luận án Muïc luïc i ii iii Chương I: TỔNG QUAN VỀ TẠO MẪU NHANH I.1 Giới thiệu chung tạo mẫu nhanh I.1.1 Tạo mẫu nhanh I.1.2 Tầm quan trọng công nghệ tạo mẫu nhanh I.1.3 Sự phát triển công nghệ tạo mẫu nhanh giới I.1.4 Công nghệ tạo mẫu nhanh so với công nghệ truyền thống 1 I.2 Ứng dụng công nghệ tạo mẫu nhanh I.2.1 Ứng dụng công nghệ tạo mẫu nhanh y học I.2.1.1 Thay phận giả I.2.1.2 Những ứng dụng phẩu thuật I.2.1.3 Những mô hình thiết bị đào tạo y học I.2.2 Công nghệ tạo mẫu nhanh nhân loại học I.2.3 Ứng dụng lónh vực pháp lý I.2.4 Ứng dụng tạo mẫu nhanh kiến trúc mỹ nghệ I.2.5 Ứng dụng thiết kế - chế tạo phát triển sản phẩm 6 10 10 10 11 12 Chương II: CÔNG NGHỆ TẠO MẪU NHANH VÀ CÔNG CỤ NHANH 17 II.1 Công nghệ tạo mẫu nhanh II.1.1 Trình tự bước công nghệ tạo mẫu nhanh Tạo liệu 3D - iii - 17 17 17 Chuyển đổi truyền liệu Kiểm tra chuẩn bị Chế tạo chi tiết Xử lý tinh II.1.2 Phân loại hệ thống tạo mẫu nhanh II.1.2.1 Những hệ thống RP dùng vật liệu lỏng II.1.2.2 Những hệ thống RP dùng vật liệu rắn II.1.2.3 Những hệ thống RP dùng vật liệu bột II.1.3 Các hệ thống tạo mẫu nhanh điển hình II.1.3.1 Thiết bị tạo hình lập thể - SLA II.1.3.2 Xử lý tảng rắn - SGC II.1.3.3 Phương pháp dán nhiều lớp - LOM II.1.3.4 Công nghệ phun nhiều lớp - FDM II.1.3.5 Kết tinh laser chọn lọc - SLS II.1.3.6 Injets II.1.3.7 Phương pháp in chiều - 3DP II.1.3.8 Tạo hình kỹ thuật laser - LENS II.2 Kỹ thuật công cụ nhanh (Rapid Tooling Technology) II.2.1 Giới thiệu II.2.2 Direct Soft Tooling II.2.2.1 Khuôn đúc cát với SLS (SLS of Sand Casting Mold) II.2.2.2 Đúc chi tiết với LOM (LOM: Investment Casting) II.2.2.3 Đúc chi tiết kim loại với 3DP II.2.3 Indirect soft Tooling II.2.3.1 Chế tạo chi tiết kim loại với khuôn silicon rubber II.2.3.2 Tạo khuôn silicon rubber II.2.3.3 Tạo khuôn thạch cao II.2.4 Direct Hard Tooling II.2.4.1 Công cụ nhanh (Rapid Tooling) II.2.4.2 Đúc cát với LOM (LOM of sand casting) II.2.5 Indirect Hard Tooling 3D Keltool Chương III: PHƯƠNG PHÁP TẠO HÌNH LẬP THỂ - SLA III.1 Giới thiệu chung III.1.1 Teäp STL (STL file) III.1.2 Slicing the file III.1.3 The Final Build file III.1.4 Định vị bục chế tạo 18 18 19 19 20 20 21 21 21 21 24 26 28 30 32 34 35 38 38 39 39 40 41 42 43 43 44 45 45 47 48 48 49 49 49 49 51 52 - iv - III.2 Kỹ thuật phần cứng SL 53 III.2.1 Chuẩn bị lớp III.2.1.1 Định vị bề mặt lớp polymer III.2.1.2 Độ phẳng mức mặt nhựa polymer III.2.1.3 Điều khiển thể tích chất polymer III.2.2 Mục đích yêu cầu hệ thống tạo ảnh III.2.3 Những phận chủ yếu hệ thống SL tổng quát III.2.3.1 Nguồn điện, điều khiển môi trường điện tử III.2.3.2 Hệ thống laser quang học III.2.3.3 Thùng chứa polymer, hệ thống định mức, dịch chuyển chi tiết III.2.3.4 Hệ thống tạo ảnh III.2.4 Hệ thống định mức thay đổi mức polymer 53 53 56 57 57 57 58 58 59 59 62 III.3 Kỹ thuật phần mềm SL 63 III.3.1 Chuẩn bị chi tiết III.3.2 Quá trình tạo lớp (Contour Slice) III.3.3 So sánh STL SLC III.3.4 Điều khiển trình tạo mẫu lập thể III.3.4.1 Hệ thống điều khiển mức III.3.4.2 Điều khiển gương quét 64 66 69 69 69 72 III.4 Hướng xây dựng chi tiết 73 III.5 Bộ phận phụ trợ 74 III.6 Xử lý chi tiết sau chế tạo 75 III.6.1 Tháo chi tiết III.6.2 Làm chi tiết III.6.3 Xử lý tinh chi tiết III.6.4 Hoàn chỉnh chi tiết 75 76 77 77 III.7 Một số hình ảnh SLA 78 Chương IV: THIẾT KẾ SẢN PHẨM 83 IV.1 Quá trình thiết kế sản phẩm tạo mẫu nhanh 83 -v- IV.2 Thiết kế sản phẩm phần mềm Pro/Engineer 83 IV.3 Một số thông số chi tiết dạng STL 87 Chương V: MỘT SỐ KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM 89 V.1 Giới thiệu 89 V.2 Các kết thí nghiệm 91 V.3 Nhận xét 97 Chương VI: KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ 99 VI.1 Kết luận 99 VI.2 Đề nghị 100 Tài liệu tham khảo Tóm tắt Lý lịch trích ngang ******************* - vi - 101 104 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA - NGUYỄN VĂN CƯƠNG CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG CỦA CÔNG NGHỆ TẠO MẪU NHANH CHUYÊN NGÀNH: MÃ SỐ NGÀNH: CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY 09 LUẬN ÁN CAO HỌC TP HỒ CHÍ MINH, tháng 12 năm 2001 Chi tiết SLS chế tạo thiết bị Sintering-2000, theo chiều đứng với tổng cộng 1700 lớp, độ dày mổi lớp 0.1mm Thời gian chế tạo khoảng 12 - 14 Hình 5.2: Các vị trí mặt cong chọn để xác định kích thước chi tiết Hình 5.3: Các vị trí chọn để xác định kích thước đường kính lỗ Có lỗ xác định kích thước đường kính để đánh giá độ xác chi tiết so với mô hình CAD Đồng thời, mặt cong chọn dọc theo trục X điểm đo mổi mặt cong Ngoài ra, thí nghiệm xác định kích thước chiều dài, chiều rộng, độ dày chi tieát - 90 - Các kết thí nghiệm đo máy đo tọa độ CMM mặt chi tiết để so sánh với liệu thiết kế máy tính CAD Sai số tính công thức: Sai số kích thước = giá trị CAD - giá trị đo chi tiết V.2 Các kết thí nghiệm Bảng 5.1: Số liệu đo sai số kích thước đường kính lỗ chi tiết so với thiết kế SLS (mm) Lỗ Lỗ Loã Loã Loã Loã Loã 2.983 2.532 11.178 11.232 3.329 3.072 19.993 Trung bình Sai số SLA Sai số FDM Sai số CAD SLS (mm) cuûa SLA (mm) cuûa FDM (mm) (mm) (mm) (mm) 0.017 3.028 -0.028 2.975 0.025 3.00 0.468 3.038 -0.038 2.551 0.449 3.00 -0.178 11.109 -0.109 11.048 -0.048 11.00 -0.232 11.024 -0.024 11.101 -0.101 11.00 -0.329 2.923 0.077 3.369 -0.369 3.00 -0.072 3.077 -0.077 3.055 -0.055 3.00 0.007 20.097 -0.097 19.986 0.014 20.00 -0.045 -0.042 -0.012 Bảng 5.2: Số liệu đo sai số kích thước chiều dài, rộng độ dày chi tiết Chiều dài SLS (mm) 170.0741 Laàn Laàn Laàn Laàn Trung bình 57.3219 57.2717 57.2936 57.1061 57.2022 Lần Lần Lần Lần Trung bình 2.49 2.51 2.53 2.50 2.5075 SLA (mm) 169.8855 Bề rộng 57.0288 57.2110 57.3583 57.1068 57.1762 Độ dày 2.48 2.51 2.48 2.51 2.5025 FDM (mm) 170.1774 CAD (mm) 170.00 57.4050 57.4562 57.4877 57.6105 57.5042 57.00 57.00 57.00 57.00 2.80 2.9 2.42 2.49 2.6525 2.5 2.5 2.5 2.5 - 91 - Nhận xét: Đối với chiều dài, sai số kích thước trung bình chi tiết phương pháp là: - Với SLA : 0.1145 mm - Với SLS : - 0.0741 mm - Với FDM : - 0.1774 mm Đối với sai lệch bề rộng, độ sai số trung bình là: - Với SLA : - 0.1762 mm - Với SLS : - 0.2022 mm - Với FDM : - 0.5042 mm Đối với sai lệch độ dày, độ sai số trung bình là: - Với SLA : - 0.0025 mm - Với SLS : - 0.0075 mm - Với FDM : - 0.1525 mm - 92 - Bảng 5.3: Số liệu đo sai số kích thước chi tiết SLA xác định mặt cong A,B,C,D,E,F Trong đó: %sai số = Sai số/ Z(CAD) Mặt cong A B C D E F Điểm 5 5 5 Y (CAD) (mm) 17.5 12.5 7.5 2.5 -2.5 17.5 12.5 7.5 2.5 -2.5 17.5 12.5 7.5 2.5 -2.5 17.5 12.5 7.5 2.5 -2.5 17.5 12.5 7.5 2.5 -2.5 17.5 12.5 7.5 2.5 -2.5 X (CAD) (mm) -75.5 -75.5 -75.5 -75.5 -75.5 -70.5 -70.5 -70.5 -70.5 -70.5 -65.5 -65.5 -65.5 -65.5 -65.5 -5.5 -5.5 -5.5 -5.5 -5.5 55 55 55 55 55 80.2029 80.4260 80.4990 80.4258 80.2018 Z (CAD) (mm) 12.73 13.33 13.32 13.33 12.73 11.64 12.10 12.25 12.10 11.64 10.08 10.32 10.40 10.32 10.08 10.19 10.42 10.50 10.42 10.19 11.19 11.42 11.50 11.42 11.19 11.19 11.42 11.50 11.42 11.19 SLA (mm) Sai soá (mm) 13.1142 13.5188 13.5657 13.5652 13.3087 12.1295 12.5811 12.8175 12.3802 12.2286 10.6385 11.0084 11.0462 10.9326 10.4490 10.6213 10.7935 10.9357 10.8996 10.6213 11.6108 11.7577 11.8855 11.8875 11.5940 11.4880 11.7028 11.8174 11.8322 11.6186 Giá trị trung bình - 93 - % sai soá -0.3842 -0.1888 -0.2457 -0.2352 -0.5787 -0.4895 -0.4811 -0.5675 -0.2802 -0.5886 -0.5585 -0.6884 -0.6462 -0.6126 -0.3690 -0.4313 -0.3735 -0.4357 -0.4796 -0.4313 -0.4208 -0.3377 -0.3855 -0.4675 -0.4040 -0.2980 -0.2828 -0.3174 -0.4122 -0.4286 -0.0302 -0.0142 -0.0184 -0.0176 -0.0456 -0.0421 -0.0398 -0.0463 -0.0232 -0.0506 -0.0554 -0.0667 -0.0621 -0.0593 -0.0366 -0.0423 -0.0358 -0.0415 -0.0460 -0.0423 -0.0376 -0.0295 -0.0335 -0.0409 -0.0361 -0.0266 -0.0247 -0.0276 -0.0361 -0.0383 -0.4373 -0.0382 Baûng 5.4: Số liệu đo sai số kích thước chi tiết SLS xác định mặt cong A,B,C,D,E,F Mặt cong A B C D E F Điểm 5 5 5 Y (CAD) (mm) 17.5 12.5 7.5 2.5 -2.5 17.5 12.5 7.5 2.5 -2.5 17.5 12.5 7.5 2.5 -2.5 17.5 12.5 7.5 2.5 -2.5 17.5 12.5 7.5 2.5 -2.5 17.5 12.5 7.5 2.5 -2.5 X (CAD) (mm) -75.5 -75.5 -75.5 -75.5 -75.5 -70.5 -70.5 -70.5 -70.5 -70.5 -65.5 -65.5 -65.5 -65.5 -65.5 -5.5 -5.5 -5.5 -5.5 -5.5 55 55 55 55 55 80.2029 80.4260 80.4990 80.4258 80.2018 Z (CAD) (mm) 12.73 13.33 13.32 13.33 12.73 11.64 12.10 12.25 12.10 11.64 10.08 10.32 10.40 10.32 10.08 10.19 10.42 10.50 10.42 10.19 11.19 11.42 11.50 11.42 11.19 11.19 11.42 11.50 11.42 11.19 Giá trị trung bình SLS (mm) Sai số (mm) 13.5349 14.1109 14.3032 14.1027 13.4861 12.4100 12.8740 13.0178 12.8527 12.3762 10.7572 11.0294 11.1024 11.0048 10.7202 10.3017 10.5091 10.5464 10.4794 10.2560 11.4717 11.6860 11.7375 11.6304 11.3818 11.3551 11.5754 11.6184 11.5302 11.2812 -0.8049 -0.7809 -0.9832 -0.7727 -0.7561 -0.7700 -0.7740 -0.7678 -0.7527 -0.7362 -0.6772 -0.7094 -0.7024 -0.6848 -0.6402 -0.1117 -0.0891 -0.0464 -0.0594 -0.0660 -0.2817 -0.2660 -0.2375 -0.2104 -0.1918 -0.1651 -0.1554 -0.1184 -0.1102 -0.0912 -0.0632 -0.0585 -0.0738 -0.0579 -0.0594 -0.0661 -0.0639 -0.0626 -0.0622 -0.0632 -0.0671 -0.0687 -0.0675 -0.0663 -0.0635 -0.0109 -0.0085 -0.0044 -0.0057 -0.0064 -0.0251 -0.0233 -0.0206 -0.0184 -0.0171 -0.0147 -0.0136 -0.0103 -0.0096 -0.0082 -0.4504 -0.0386 - 94 - % sai số Bảng 5.5: Số liệu đo sai số kích thước chi tiết FDM xác định mặt cong A,B,C,D,E,F Mặt cong A B C D E F Điểm 5 5 5 Y (CAD) (mm) 17.5 12.5 7.5 2.5 -2.5 17.5 12.5 7.5 2.5 -2.5 17.5 12.5 7.5 2.5 -2.5 17.5 12.5 7.5 2.5 -2.5 17.5 12.5 7.5 2.5 -2.5 17.5 12.5 7.5 2.5 -2.5 X (CAD) (mm) -75.5 -75.5 -75.5 -75.5 -75.5 -70.5 -70.5 -70.5 -70.5 -70.5 -65.5 -65.5 -65.5 -65.5 -65.5 -5.5 -5.5 -5.5 -5.5 -5.5 55 55 55 55 55 80.2029 80.4260 80.4990 80.4258 80.2018 Z (CAD) (mm) 12.73 13.33 13.32 13.33 12.73 11.64 12.10 12.25 12.10 11.64 10.08 10.32 10.40 10.32 10.08 10.19 10.42 10.50 10.42 10.19 11.19 11.42 11.50 11.42 11.19 11.19 11.42 11.50 11.42 11.19 Giá trị trung bình FDM (mm) Sai soá (mm) 12.8487 13.4756 13.6573 13.3994 12.8427 11.4582 11.9344 12.1441 11.8540 11.5185 10.3101 10.6018 10.7128 10.4892 10.3101 10.5132 10.7590 10.7634 10.7064 10.5132 11.3686 11.4556 11.5223 11.4328 11.3686 11.3023 11.5092 11.5903 11.4895 11.3023 -0.1187 -0.1456 -0.3373 -0.0694 -0.1127 0.1818 0.1656 0.1059 0.2460 0.1215 -0.2301 -0.2818 -0.3128 -0.1692 -0.2301 -0.3232 -0.3390 -0.2634 -0.2864 -0.3232 -0.1786 -0.0356 -0.0223 -0.0128 -0.1786 -0.1123 -0.0892 -0.0903 -0.0695 -0.1123 -0.0093 -0.0109 -0.0253 -0.0052 -0.0088 0.0156 0.0136 0.0086 0.0203 0.0104 -0.0228 -0.0273 -0.0300 -0.0164 -0.0228 -0.0317 -0.0325 -0.0250 -0.0274 -0.0317 -0.0159 -0.0031 -0.0019 -0.0011 -0.0159 -0.0100 -0.0078 -0.0078 -0.0061 -0.0100 -0.1207 -0.0112 - 95 - % sai số Những biểu đồ biểu diễn giá trị sai số chi tiết chế tạo theo phương pháp thể đây: Sai số kích thước SLA so với CAD 0 10 20 30 Sai số (mm) -0.2 -0.4 -0.6 -0.8 Số điểm (a) Sai số kích thước SLS so với CAD Sai số (mm) -0.2 10 15 20 25 30 -0.4 -0.6 -0.8 -1 -1.2 Số điểm (b) Sai số (mm) Sai số kích thước FDM so với CAD 0.3 0.2 0.1 -0.1 -0.2 -0.3 -0.4 10 15 20 25 30 Số điểm (c) Hình 5.4: Đồ thị biểu diễn độ sai số kích thước chi tiết ứng với trình RP - 96 - Baûng 5.6: Dự tính chi phí thời gian vật liệu chế tạo SLA SLS FDM Giá máy (USD) 416000 450000 120000 Khối lượng chi tiết (g) 30.45 34.15 21.6 Giá vật liệu Chi phí vật (USD/kg) liệu (USD) 1333 4.06 64 2.18 77 2.75 Thời gian ước lượng (giờ) 17 32 20 V.3 Một vài nhận xét qua số liệu thí nghiệm V.3.1 Độ xác Độ xác mẫu (chi tiết) phụ thuộc vào nhiều yếu tố Độ xác chi tiết thay đổi lớn dựa vào hình dáng hình học chi tiết, kỹ người sử dụng thiết bị tạo mẫu, độ xác thiết bị Độ co vật liệu, chiều sâu xử lý, trình xử lý tinh, phận phụ trợ, hướng chế tạo chi tiết, … thường quan tâm để chế tạo chi tiết có độ xác tốt Việc thay đổi điều chỉnh thông số chế tạo cho phù hợp đòi hỏi nhiều thời gian thí nghiệm Đặc tính vật liệu sử dụng, thời gian xác định kích thước, môi trường hoạt động ảnh hưởng đến độ xác V.3.1.1 Chất lượng bề mặt - Độ nhẵn bóng bề mặt, gờ, đường nét xác, dễ dàng lấy bỏ bôï phận phụ trợ ưu điểm trình tạo mẫu lập thể SLA - Đối với trình SLS, chất lượng bề mặt đạt tốt hơn, tùy thuộc vào tính chất nóng chảy vật liệu sử dụng - Quá trình FDM, phân lớp đường viền, ảnh hưởng bậc phân lớp mặt cong tạo chi tiết có độ nhám bề mặt tương đối cao V.3.1.2 Sai số kích thước Các chi tiết chế tạo nơi khác nên sai số kích thước trình bày chưa đủ để kết luận phương pháp tạo mẫu ưu việt Dưới nhận xét sơ trình: - 97 - - SLA: Chi tiết có sai số kích thước tương đối đồng so với mô hình CAD Tuy nhiên, giá trị sai số cao Điều ảnh hưởng phủ polymer lúc chế tạo, thông số chế tạo chưa hợp lý, kích thước chi tiết bị thay đổi trình xử lý tinh Sai số kích thước đường kính lỗ trung bình khoảng 0.042mm độ dày 0.0025 mm xem hợp lý - SLS: Sai số kích thước chi tiết so với mô hình CAD không Ở mặt cong A, B, C tương đối cao (~0.7mm), mặt E có giá trị trung bình (~0.2mm) mặt D, F có sai số nhỏ (~0.1mm) Sai số kích thước lỗ trung bình khoảng 0.0327mm độ dày khoảng 0.0075mm - FDM: Sai số trung bình độ dày (~0.1525mm) rộng (~0.5042mm) tương đối cao so với hai phương pháp Tuy nhiên chi tiết có sai số kích thước bề mặt cong đo tương đối nhỏ (~0.1207mm) V.3.2 Chi phí thời gian chế tạo chi tiết Chi phí chi tiết chế tạo phụ thuộc vào giá thiết bị, giá vật liệu, chi phí hoạt động số yếu tố liên quan khác Những chi phí hoạt động phụ thuộc vào thời gian chế tạo, lượng sử dụng, vật liệu sử dụng số yếu tố liên quan khác Trong đó, thời gian chế tạo phụ thuộc nhiều vào công suất thiết bị, độ dày lớp, hướng chế tạo chi tiết, số yếu tố phụ khác Giá vật liệu không khác nhiều chủ yếu phụ thuộc vào thị trường Thời gian để chế tạo chi tiết bao gồm thời gian chuẩn bị mô hình, thời gian hoạt động máy, thời gian xử lý tinh, làm hoàn chỉnh chi tiết Tổng thời gian trình SLA thấp (17 giờ) so với trình khác (20 với FDM 32 với SLS) Mặc dù phương pháp tạo hình lập thể SLA có chi phí vật liệu chế tạo cao thời gian chế tạo ngắn so với phương pháp laïi ****************** - 98 - CHƯƠNG VI KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ VI.1 KẾT LUẬN Công nghệ tạo mẫu nhanh xem kết hợp công nghệ tự động hóa, công nghệ thông tin công nghệ vật liệu Mặc dù hạn chế định, song rõ ràng phương pháp tạo mẫu nhanh tạo khuôn, công cụ nhanh tỏ có hiệu việc phát triển sản phẩm Các phương pháp giúp giảm đáng kể thời gian chuẩn bị để đưa sản phẩm thị trường, đồng thời giảm chi phí có liên quan đến việc tạo mẫu, thiết kế qui trình sản xuất So với phương pháp tạo mẫu truyền thống, kết luận công nghệ tốt Tuy nhiên, với chi tiết có hình dáng phức tạp, việc sử dụng công nghệ tạo mẫu nhanh để chế tạo xem phương án chọn lựa tối ưu Luận văn trình bày cách tổng quát tầm quan trọng, phát triển, khả ứng dụng công nghệ tạo mẫu nhanh Đồng thời, đề tài giới thiệu số phương pháp tạo mẫu nhanh thương mại hoá sử dụng phổ biến SLA, SLS, FDM, LOM, SGC, 3DP, ….cùng với phương pháp chế tạo công cụ nhanh (Rapid tooling) Bên cạnh miêu tả tổng quát, việc nghiên cứu sở lý thuyết phương pháp tạo mẫu lập thể SLA thực trình bày chương III Trong đó, vấn đề phần cứng, phần mềm số yếu tố liên quan đến trình chế tạo chi tiết độ xác, hướng chế tạo chi tiết, phận phụ trợ, xử lý tinh, … trình bày rõ Để hiểu thêm sâu trình tạo mẫu nhanh, luận văn thể việc thiết kế chi tiết xuất sang dạng format STL phần mềm thiết kế 3D Pro/Engineer 2000 Do chưa có thiết bị để chế tạo thử nên việc thiếc kế mô hình máy tính có tính chất tham khảo Sau thiết kế, chi tiết xuất sang dạng format STL với thông số khác để kiểm tra lý thuyết đề cập 99 - Một số số liệu thí nghiệm đo chi tiết thiết kế nhóm sinh viên nghiên cứu Trường Đại học Lueven – Vương quốc Bỉ chế tạo phương pháp SLA, SLS FDM Những số liệu không hoàn toàn với lý thuyết bị hạn chế điều kiện như: thời gian thí nghiệm, chi phí thí nghiệm, kinh nghiệm kỹ sử dụng thiết bị Các số liệu thể phần độ xác chi tiết chế tạo công nghệ tạo mẫu nhanh so với mô hình thiết kế máy tính Để có số liệu kết xác, cần phải có nhiều thời gian, nhiều thí nghiệm kỹ vận hành thiết bị tốt Đây nghiên cứu công nghệ tạo mẫu nhanh thực Việt nam Trong thời gian cho phép để thực luận văn nhiều tài liệu tham khảo, thiết nghó nhiều vấn đề công nghệ chưa nghiên cứu sâu đề tài không tránh khỏi thiếu sót Rất mong đóng góp ý kiến Quý Thầy Cô để việc nghiên cứu hoàn thiện VI.2 ĐỀ NGHỊ Công nghệ tạo mẫu nhanh có nhiều thuận lợi việc phân tích - thiết kế chế tạo sản phẩm; sản phẩm chế tạo công nghệ tốn thời gian so với phương pháp truyền thống Để áp dụng công nghệ tạo mẫu nhanh cách hiệu với mục đích: quan sát chi tiết (visualisation), phân tích đánh giá sản phẩm (Product verification), phát triển sản phẩm (product development), tối ưu hóa thiết kế (Optimisation) chế tạo (Fabrication) chi tiết có độ phức tạp cao; Thiết nghó vấn đề liên quan đến công nghệ tạo mẫu nhanh cần phải nghiên cứu sâu rộng hơn: Nghiên cứu phát triển vật liệu sử dụng công nghệ tạo mẫu nhanh Đặc tính vật liệu sử dụng ảnh hưởng định đến giáù thành, độ xác, thời gian chế tạo đặc tính lý chi tiết sau chế tạo Nghiên cứu đặc tính cấu tạo, kỹ thuật máy, vật liệu sử dụng phương pháp tạo mẫu lập thể SLA Trong đó, thiết bị laser cần phải nghiên cứu Hướng xây dựng chi tiết, độ xác chi tiết chế tạo, trình xử lý tinh chi tiết (postcuring), chất lượng bề mặt chi tiết sau chế tạo vấn đề quan trọng cần quan tâm xem xét trình ứng dụng công nghệ tạo mẫu nhanh 100 - **************** 101 - TAØI LIỆU THAM KHẢO *************** A Dolenc, Rapid Prototyping Technologies in Manufacturing, Helsinki University of Technology http://www.cs.hut.fi/~ado/rp/rp.html Bryan Michael Blair, 1998, Post-Build Proceesing of stereolithography molds, Master Thesis, Georgia Institute of Technology Đặng Văn Nghìn, Tạo mẫu nhanh lónh vực liên ngành phối hợp thành tựu tự động hóa, công nghệ thông tin công nghệ vật liệu, Báo cáo hội thảo chuyên đề phát triển kỹ thuật y sinh học (Workshop on Biomedical Engineering), Đại học Bách Khoa TPHCM, ngày 22 tháng naêm 2001 Friedrich B Prinz, Clinton L Atwood, , 1997, Rapid Prototyping in Europe and Japan, JTEC/WTEC Panel Report Jacobs F Paul, 1992, Rapid Prototyping & Manufacturing: Fundamentals of Stereolithography, Published by the Society of Manufacturing Engineers - SME, McGraw-Hill,Inc Jacobs F Paul, 1996, Stereolithography and Other RP&M Technologies, Published by the Society of Manufacturing Engineers - SME, McGraw-Hill, Inc Kenneth G Cooper, 2001, Rapid Prototyping Technology: Selection and Application, Marcel Dekker, Inc Khaing Wai, 1997 The impact of rapid prototyping on part design for plastic injection moulding Master thesis, Asian Institute of Technology, Bangkok, Thailan Kochan D, 1993 Solid Freeform Manufacturing, Elsevier Science Publishers B.V 10 Kroonenberg, van den H H, A Methodical Approach to Design, text book, IMAG Wageningen - The Netherlands , 2001 11 Lamont Wood, 1993 Rapid Automated Prototyping: An Introduction Industrial Press Inc 101 - 12 Lê Trung Thực, 2000, Hướng dẫn thực hành Pro/Engineer 2000, Khoa Cơ khí Trường Đại học kỹ thuật Tp.HCM 13 Nguyễn mạnh Hà, Từ Tạo mẫu nhanh đến Tạo khuôn nhanh, Tạp chí Cơ khí Việt nam số 53, tháng 10 naêm 2001 14 Pham.D.T, 2001, Rapid manufacturing:The Technologies and Applications of Rapid Prototyping and Rapid Tooling, Springer 15 Somlak Wannarumon, 2000, Product design and manufacturing using rapid prototyping for the jewelry industry, Master Thesis, Asian Institute of technology, Bangkok, Thailan 16 Sunil Gopakumar, 2000, The manufacture of personalized alloplastic implants for cranioplasty and its accuracy, Master Thesis, Asian Institute of technology, Bangkok, Thailan 17 Industrial Prototyping Technology, http://www.ind.tno.nl/en/productiondevelopment/prototyping/technology 18 Medical Applications of Rapid Prototyping, http://home.att.net/~castleisland/med_lks.htm 19 Medical Research @ RPC, http://www.rpc.msoe.edu/medical/ 20 Rapid Prototyping Processes, http://www.caip.rutgers.edu/RP_Library/process.htm 21 Rapid Prototyping, Hongkong University, http://hkumea.hku.hk/~mensing/rp.htm 22 Stereolithography, Aaroflex, Inc., http://www.aaroflex.com 23 Terry T Wohlers, Rapid Prototyping Systems, http://www.wohlersassociates.com/overview.html 24 Technical Documentation, Solidscape, http://www.solid-scape.com/pm_techdoc.html 25 “Three Dimensional Printing”, http://www.mit.edu/afs/athena/org/t/tdp/www/ceramic.html 102 - 26 Wohlers Report 2001 Reveals Growth Figures and Forecasts in the RP Industry Wohlers Associates, Inc , http://www.atirapid.com/news/pr.wohlers2001.html 27 http://www.acucast.com/video/ 28 http://www.wohlersassociates.com/ 29 http://rpmi.marc.gatech.edu/ ******************* 103 - ... VỀ TẠO MẪU NHANH I.1 Giới thiệu chung tạo mẫu nhanh I.1.1 Tạo mẫu nhanh I.1.2 Tầm quan trọng công nghệ tạo mẫu nhanh I.1.3 Sự phát triển công nghệ tạo mẫu nhanh giới I.1.4 Công nghệ tạo mẫu nhanh. .. nhanh Những kỹ thuật tạo khuôn công cụ nhanh Nghiên cứu sở lý thuyết phương pháp tạo hình lập thể SLA Thiết kế sản phẩm CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG CỦA CÔNG NGHỆ TẠO MẪU NHANH III- NGÀY GIAO... sản phẩm nghệ thuật trang sức chế tạo ứng dụng công nghệ tạo mẫu nhanh I.2.5 Ứng dụng công nghệ tạo mẫu nhanh trình thiết kế - chế tạo - phát triển sản phẩm I.2.5.1 Công nghệ tạo mẫu nhanh thiết