Nghiên cứu tối ưu hóa ảnh hưởng của một số yếu tố công nghệ đến độ chính xác của mẫu trong công nghệ chế tạo mẫu nhanh trên máy in 3d

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI NGUYỄN ĐỖ QUỐC TRUNG NGHIÊN CỨU, TỐI ƯU HÓA ẢNH HƯỞNG CỦA MỘT SỐ YẾU TỐ CƠNG NGHỆ ĐẾN ĐỘ CHÍNH XÁC CỦA MẪU TRONG CÔNG NGHỆ TẠO MẪU NHANH TRÊN MÁY IN 3D PRUSA LUẬN VĂN THẠC SĨ HÀ NỘI, NĂM 2019 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI NGUYỄN ĐỖ QUỐC TRUNG NGHIÊN CỨU, TỐI ƯU HÓA ẢNH HƯỞNG CỦA MỘT SỐ YẾU TỐ CƠNG NGHỆ ĐẾN ĐỘ CHÍNH XÁC CỦA MẪU TRONG CÔNG NGHỆ TẠO MẪU NHANH TRÊN MÁY IN 3D PRUSA Chuyên ngành: Kỹ thuật Cơ khí Mã số: 8520103 NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC TS Nguyễn Công Nguyên HÀ NỘI, NĂM 2019 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu thân tác giả Các kết nghiên cứu kết luận luận văn trung thực, không chép từ nguồn hình thức nào.Việc tham khảo nguồn tài liệu thực trích dẫn ghi nguồn tài liệu tham khảo quy định Tác giả luận văn Nguyễn Đỗ Quốc Trung i LỜI CẢM ƠN Là học viên lớp Kỹ thuật Cơ khí - Khóa K25, Trường Đại học Thủy Lợi Hà Nội chọn đề tài luận văn Thạc sỹ là: “Nghiên cứu, tối ưu hóa ảnh hưởng số yếu tố công nghệ đến độ xác mẫu cơng nghệ tạo mẫu nhanh máy in 3D Prusa” Để luận văn hoàn thành tiến độ đạt kết cao, q trình nghiên cứu Luận văn tơi nhận giúp đỡ quý thầy môn Kỹ thuật Cơ khí Với tình cảm sâu sắc chân thành, cho phép tơi bày tỏ lịng biết ơn sâu sắc đến tất quý thầy cô trường ĐHTL tạo điều kiện giúp đỡ nghiên cứu đề tài Đặc biệt xin gửi lời cảm ơn chân thành tới thầy giáo Tiến sĩ Nguyễn Công Nguyên quan tâm giúp đỡ, hướng dẫn tơi hồn thành tốt luận văn thời gian qua Sự quan tâm hướng dẫn tận tình thầy động lực để tơi nỗ lực q trình nghiên cứu hồn thiện luận văn Ngồi xin chân thành cảm ơn đến lãnh đạo trường Cao đẳng nghề Ninh Thuận, quý thầy cô Khoa Cơ khí trực tiếp gián tiếp giúp đỡ tơi suốt q trình học tập nghiên cứu đề tài Với điều kiện thời gian kinh nghiệm hạn chế học viên, luận văn tránh khỏi thiếu sót Tơi mong nhận bảo, đóng góp ý kiến q thầy để tơi có điều kiện bổ sung, hồn thiện luận văn mình, phục vụ tốt cho công tác giảng dạy trường Cao đẳng nghề Ninh Thuận Xin trân trọng cảm ơn! ii MỤC LỤC DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH v DANH MỤC BẢNG BIỂU vii DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT viii MỞ ĐẦU ix CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ TẠO MẪU NHANH BẲNG PHƯƠNG PHÁP IN 3D 1.1 Lịch sử ứng dụng công nghệ tạo mẫu nhanh phương pháp in 3D 1.1.1 Lịch sử công nghệ tạo mẫu nhanh phương pháp in 3D: 1.1.2 Ứng dụng công nghệ in 3D sống 1.2 Giới thiệu công nghệ in 3D 1.2.1 Công nghệ in 3D gì? 1.2.2 Nguyên lý hoạt động cấu tạo máy in 3D 1.2.3 Phân loại công nghệ in 3D 1.2.4 Sơ lược cấu tạo máy in 3D 12 1.2.5 Vật liệu tạo mẫu in 13 1.2.6 Vật liệu tạo mẫu in 16 CHƯƠNG PHÂN TÍCH, LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN TỐI ƯU HĨA CÁC THƠNG SỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN ĐỘ CHÍNH XÁC TRONG IN 3D .18 2.1 Phân tích, so sánh loại kết cấu máy in theo công nghệ FDM 18 2.1.1 Cartesian 18 2.1.2 Delta .19 2.1.3 Polar .19 2.1.4 So sánh ưu nhược điểm dòng máy in phương pháp FDM 19 2.2 Giới thiệu tổng quan máy in 3D Prusa i3 21 2.2.1 Lịch sử máy in 3D Prusa i3 21 2.2.2 Cấu tạo máy in 3D Prusa 22 2.2.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến độ xác máy in 3D Prusa 3i .25 2.2.4 Lựa chọn phương pháp nghiên cứu nâng cao độ xác máy in 3D Prusa 3i 27 CHƯƠNG PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH KẾT QUẢ CỦA CÁC MẪU IN TRÊN MÁY IN 3D PRUSA 3I .29 iii 3.1 Phương pháp thí nghiệm 29 3.2 Phương pháp đo kiểm tra mẫu in .32 3.3 Phương pháp tính giá trị sai số giá trị bù cho mẫu in 32 CHƯƠNG THỰC NGHIỆM CÁC MẪU IN TRÊN MÁY IN 3D PRUSA 3I 35 4.1 Số lượng thực nghiệm 35 4.2 Phần mềm thực nghiệm 35 4.2.1 Giới thiệu tổng quan phần mềm in Ultimaker Cura .35 4.2.2 Nguyên lý hoạt động phần mềm Cura 36 4.2.3 Trình tự thực in 3D phần mềm Cura 37 4.3 Thực nghiệm kích thước từ 1-10 mm 37 4.3.1 Thiết kế thực nghiệm .37 4.3.2 Các bước thực nghiệm kích thước từ 1-10 mm theo trục Z 38 4.4 Thực nghiệm kích thước từ 10-50 mm theo trục Z 43 4.4.1 Thiết kế thực nghiệm .43 4.4.2 Các bước thực nghiệm kích thước từ 10-50 mm theo trục Z 43 4.5 Thực nghiệm kích thước từ 50-150 mm theo trục Z 46 4.5.1 Thiết kế thực nghiệm .46 4.5.2 Các bước thực nghiệm kích thước từ 50-150 mm theo trục Z 47 4.6 Thực nghiệm kích thước từ 150-250 mm theo trục Z 50 4.6.1 Thiết kế thực nghiệm .50 4.6.2 Các bước thực nghiệm kích thước từ 50-150 mm theo trục Z 50 4.7 Kết luận phương pháp thực nghiệm máy in 3D Prusa 3i 53 4.7.1 Phương pháp chung 53 4.7.2 Kết đạt .54 4.7.3 Hạn chế luận văn 55 4.8 Hướng phát triển đề tài 55 TÀI LIỆU THAM KHẢO .56 iv DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH Hình 1.1 Lịch sử phát triển công nghệ in 3D Hình 1.2 Lịch sử phát triển thị trường công nghệ in 3D Hình 1.3 Chiếc máy bay drone tạo công nghệ in 3D .5 Hình 1.4 Ứng dụng cơng nghệ in 3D xây dựng Hình 1.5 Ứng dụng cơng nghệ in 3D y học Hình 1.6 Mô cắt lớp in 3D Hình 1.7 Qui trình cơng nghệ in 3D Hình 1.8 Cấu tạo nguyên lý hoạt động phương pháp SLA Hình 1.9 Cấu tạo nguyên lý hoạt động phương pháp SLS 10 Hình 1.10 Cấu tạo nguyên lý hoạt động phương pháp FDM .11 Hình 1.11 Cấu tạo nguyên lý hoạt động phương pháp FDM 12 Hình 1.12 Một số vật liệu in kim loại dùng công nghệ in 3D: titanium, thép không gỉ, bạc, vàng, đồng thau, đồng… 15 Hình 1.13 Xử lí bề mặt sau in 3D 16 Hình 2.1 Các loại máy in 3D 18 Hình 2.2 Máy in 3D Prusa i3 22 Hình 2.3 Khung máy in 3D Prusa i3 22 Hình 2.4 Phần bo mạch hình điều khiển máy in 3D Prusa i3 23 Hình 2.5 Động bước máy in 3D Prusa i3 24 Hình 2.6 Đầu phun nhựa máy in 3D Prusa i3 .24 Hình 2.7 Bàn in máy in 3D Prusa i3 .24 Hình 2.8 Biểu đồ sai số máy in 3D Pruasa 3i với lớp in 0.2mm .27 Hình 3.1 Sai số kích thước dung sai 29 Hình 3.2 Dịch chuyển sai số 30 Hình 3.3 Giảm miền phân bố thực .30 Hình 3.4 Nhựa PLA có đường kính 1.75mm .30 Hình 3.5 Sơ đồ thí nghiệm 31 Hình 3.6 Mẫu đo trục Z 32 Hình 3.7 Phương pháp đo mẫu in 3D 32 Hình 4.1 Phần mềm Ultimaker Cura 4.1.0 36 Hình 4.2 Giao tiếp phần mềm Cura máy in 3D .36 Hình 4.3 Dữ liệu từ 1-10 mm phần mềm Cura .37 Hình 4.4 Sơ đồ qui trình thực nghiệm 38 Hình 4.5 Kích thước trục X Y 39 Hình 4.6 Đồ thị biểu diễn sai số trục X,Y,Z kích thước từ 1-10 mm 40 v Hình 4.7 Đồ thị biểu diễn sai số trục X trước sau điều chỉnh .42 Hình 4.9 Đồ thị biểu diễn sai số trục X trước sau điều chỉnh .42 Hình 4.10 Đồ thị biểu diễn sai số trục Z trước sau điều chỉnh 42 Hình 4.10 Mẫu in có kích thước từ 10-50 mm theo trục Z 43 Hình 4.11 Đồ thị biểu diễn sai số ban đầu trục Z kích thước từ 10-50 mm 44 Hình 4.12 Đồ thị biểu diễn sai số trục Z trước sau điều chỉnh 46 Hình 4.13 Mẫu in sau điều chỉnh giá trị trục Z kích thước từ 10-50 mm 46 Hình 4.14 Mẫu in có kích thước từ 50-150 mm theo trục Z 47 Hình 4.15 Đồ thị biểu diễn sai số ban đầu trục Z kích thước từ 50-150 mm 48 Hình 4.16 Đồ thị biểu diễn sai số trục Z trước sau điều chỉnh 49 Hình 4.13 Mẫu in sau điều chỉnh giá trị trục Z kích thước từ 50-150 mm 50 Hình 4.18 Đồ thị biểu diễn sai số ban đầu trục Z kích thước từ 150-250 mm 51 Hình 4.19 Đồ thị sai số trục Z trước sau điều chỉnh kích thước 150-250 mm 52 Hình 4.20 Mẫu in sau điều chỉnh giá trị trục Z kích thước từ 150-250 mm 53 vi DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 2.1 So sánh ưu nhược điểm loại máy in 3D 21 Bảng 2.2 Thông số kỹ thuật máy in 3D Prusa 3i 25 Bảng 2.3 Sai số gây độ dày lớp in máy in 3D Prusa 3i .27 Bảng 3.1 Các kích thước giá trị sai số cho trục Z 33 Bảng 3.2 Giá trị bù B(i) cho trục Z 33 Bảng 4.1 Giá trị thực nghiệm kích thước từ 1-10 mm 40 Bảng 4.2 Giá trị thực nghiệm kích thước từ 1-10 mm 41 Bảng 4.3 Giá trị sai số trước sau hiệu chỉnh trục X,Y,Z kích thước từ 1-10 mm .42 Bảng 4.4 Giá trị thực nghiệm trục Z kích thước từ 10-50 mm .44 Bảng 4.5 Giá trị kích thước hiệu chỉnh trục Z từ 10-50 mm 45 Bảng 4.6 Giá trị sai số trước sau hiệu chỉnh trục Z kích thước từ 10-50mm 45 Bảng 4.7 Giá trị thực nghiệm trục Z kích thước từ 50-150 mm 47 Bảng 4.8 Giá trị kích thước hiệu chỉnh trục Z từ 10-50 mm 49 Bảng 4.9 Giá trị sai số trước sau hiệu chỉnh trục Z kích thước từ 50-150 mm 49 Bảng 4.10 Giá trị thực nghiệm trục Z kích thước từ 150-250 mm .51 Bảng 4.11 Giá trị kích thước hiệu chỉnh trục Z từ 150-250 mm 52 Bảng 4.12 Giá trị sai số trước sau hiệu chỉnh trục Z kích thước từ 150-250 mm .52 vii DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT RP (Rapid Prototyping): Tạo mẫu nhanh 3D (Three – Dimension): Kích thước ba chiều 3DP (3-Dimensional Printing): In chiều CAD (Computer-aided design): Thiết kế hỗ trợ máy tính CAM (Computer-aided manufacturing): Thiết kế đưa vào sản xuất hỗ trợ máy tính CNC (Computer Numeric Control): Điều khiển số máy tính FDM (Fused Deposition Modelling): Phương pháp mơ hình hóa lắng đọng PLA (Polylatic Axit): Nhựa dẻo sinh học STL (StereoLithography): trình sản xuất vật thể rắn SLA (StereoLithography Apparatus): Phương pháp tạo mẫu lập thể SLS (Selective Laser Sintering): Phương pháp thiêu kết Laser viii -0.08 -0.04 -0.12 -0.04 -0.04 -0.02 -0.08 -0.02 -0.14 -0.04 -0.06 -0.02 -0.10 -0.04 -0.12 -0.06 -0.04 -0.02 -0.10 -0.04 -0.14 -0.06 -0.06 -0.04 Bảng 4.3 Giá trị sai số trước sau hiệu chỉnh trục X,Y,Z kích thước từ 1-10 mm Sai số trục X trước sau 0.00 giá trị sai số -0.02 10 Trục X -0.04 y = -0.0018x - 0.02 Trục X' -0.06 Linear (Trục X) -0.08 Linear (Trục X') y = -0.0042x - 0.0507 -0.10 -0.12 Hình 4.7 Đồ thị biểu diễn sai số trục X trước sau điều chỉnh Sai số trục Y trước sau 0.00 giá trị sai số -0.02 10 -0.04 -0.06 Trục Y -0.08 Trục Y' -0.10 -0.12 -0.14 -0.16 Hình 4.8 Đồ thị biểu diễn sai số trục X trước sau điều chỉnh Sai số trục Z trước sau giá trị sai số -0.01 10 -0.02 -0.03 Trục Z -0.04 Trục Z' -0.05 -0.06 -0.07 Hình 4.9 Đồ thị biểu diễn sai số trục Z trước sau điều chỉnh 42 Kết luận: Sau sử dụng phương trình (6) cho trục X,Y,Z có kích thước từ 1-10 mm với chiều dày lớp in 0.2 mm tất sai số đề nằm dung sai cho phép (a≤±0.08 mm) Vì sử dụng phương trình (6) để nâng cao độ xác cho mẫu in có kích thước trục Z từ 1-10 mm trục X,Y từ 1-40 mm 4.4 Thực nghiệm kích thước từ 10-50 mm theo trục Z 4.4.1 Thiết kế thực nghiệm Kiểm tra độ xác mẫu in có kích thước theo trục Z từ 10-20-30-40-50 mm nhằm mục đích tìm giá trị sai số phạm vi từ 10-50 mm theo chiều trục Z để kiểm tra độ xác máy in 3D Prusa Mẫu in gồm 10 mẫu in hình sau, kích thước trục X Y giống thực nghiệm từ 1-10 mm Mẫu in hình sau 4.10 Hình 4.10 Mẫu in có kích thước từ 10-50 mm theo trục Z 4.4.2 Các bước thực nghiệm kích thước từ 10-50 mm theo trục Z Cách thức thực giống thực nghiệm trước đó, phần thực nghiệm báo cáo số liệu hình ảnh liên quan - Bước : In mẫu có kích thước từ theo trục Z từ 10-50 mm hình 4.10 Thời gian thực in mẫu theo kích thước danh nghĩa là: 21 25 phút 12 giây, tổng khối lượng 184g với chiều dày lớp in 0.2 mm, dung sai cho phép ±0.1 - Bước : Thực thao tác đo lấy số liệu kích thước thực cho trục Z 43 Bảng số liệu trục Z sau in mẫu lấy giá trị trung bình kích thước theo bảng sau: Giá trị thực đo trục Z (mm) Giá trị danh nghĩa trục Z (mm) Giá trị sai số trục Z (mm) 9.92 19.88 29.84 39.86 49.84 10 20 30 40 50 -0.08 -0.12 -0.16 -0.14 -0.16 Bảng 4.4 Giá trị thực nghiệm trục Z kích thước từ 10-50 mm Sai số trục Z từ 10-50 -0.02 10 20 30 40 50 Giá trị sai số (mm) -0.04 -0.06 Trục Z -0.08 -0.1 -0.12 -0.14 -0.16 -0.18 Hình 4.11 Đồ thị biểu diễn sai số ban đầu trục Z kích thước từ 10-50 mm Quan sát đồ thị nhận thấy kích thước trục Z giá trị sai số lớn giá trị dung sai cho phép ±0.1 mm Giá trị sai số tính (1): Zi  Z0  Zi Kết thể qua bảng 4.1 Từ sai số kích thước Zi kích thước danh nghĩa Z ta viết phương trình sau: Z   0.018* Z0  0.078 - (7) ∆X, ∆Y, ∆Z giá trị sai số trục Z, Y, Z (mm) 44 - X0, Y0, Z0 giá trị kích thước danh nghĩa (mm) Qua biểu đồ thể sai số trục Z có xu hướng giá trị lên cao sai số lớn Do sai số lớn ±0.1 mm nên phải tìm giá trị bù B(i) cho trục Z - Bước 3: Xác định giá trị kích thước cần bù để hiệu chỉnh Từ biểu thức số (6) ta có cơng thức hiệu chỉnh kích thước sau: Kích thước hiệu chỉnh trục BZi = Kích thước danh nghĩa Z0 - Giá trị sai lệch trục ∆Z Kích thước liệu điều chỉnh (mm) 10.0516 20.0876 30.1236 40.1596 50.1956 Bảng 4.5 Giá trị kích thước hiệu chỉnh trục Z từ 10-50 mm - Bước 4: In lại mẫu để xác định giá trị đo thực tính sai số theo bảng 4.6 Giá trị sai số sau điều chỉnh (mm) Giá trị sai số trước điều chỉnh (mm) -0.04 -0.08 -0.06 -0.12 -0.08 -0.16 -0.06 -0.14 -0.08 -0.16 Bảng 4.6 Giá trị sai số trước sau hiệu chỉnh trục Z kích thước từ 10-50mm 45 Giá trị sai số trước sau hiệu chỉnh trục Z 10 20 30 40 50 -0.02 Giá trị sai số (mm) -0.04 -0.06 y = -0.008x - 0.04 R² = 0.5714 Trục Z -0.08 -0.1 -0.12 Trục Z' y = -0.018x - 0.078 R² = 0.7232 Linear (Trục Z') Linear (Trục Z) -0.14 -0.16 -0.18 Hình 4.12 Đồ thị biểu diễn sai số trục Z trước sau điều chỉnh Hình 4.13 Mẫu in sau điều chỉnh giá trị trục Z kích thước từ 10-50 mm Kết luận: Sau sử dụng phương trình (7) cho trục Z có kích thước từ 10-50 mm với chiều dày lớp in 0.2 mm tất sai số đề nằm dung sai cho phép (a≤±0.1 mm) Vì sử dụng phương trình (7) để nâng cao độ xác cho mẫu in có kích thước trục Z từ 10-50 mm máy in 3D Prusa 4.5 Thực nghiệm kích thước từ 50-150 mm theo trục Z 4.5.1 Thiết kế thực nghiệm Kiểm tra độ xác mẫu in có kích thước theo trục Z từ 50-75-100-125-150 mm nhằm mục đích tìm giá trị sai số phạm vi từ 50-150 mm theo chiều trục Z để kiểm tra độ xác máy in 3D Prusa Mẫu in gồm mẫu in hình 4.14 46 Hình 4.14 Mẫu in có kích thước từ 50-150 mm theo trục Z 4.5.2 Các bước thực nghiệm kích thước từ 50-150 mm theo trục Z - Bước : In mẫu có kích thước từ theo trục Z từ 50-150 mm hình 4.14 Thời gian thực in mẫu theo kích thước danh nghĩa là: 43 48 phút, tổng khối lượng 406g với chiều dày lớp in 0.2 mm, dung sai cho phép ±0.15 mm - Bước : Thực thao tác đo lấy số liệu kích thước thực cho trục Z Bảng số liệu trục Z sau in mẫu lấy giá trị trung bình kích thước theo bảng sau: Giá trị thực đo trục Z (mm) 49.82 74.82 99.78 124.8 149.76 Giá trị danh Giá trị sai nghĩa số trục Z (mm) trục Z (mm) 50 -0.18 75 -0.18 100 -0.22 125 -0.2 150 -0.24 Bảng 4.7 Giá trị thực nghiệm trục Z kích thước từ 50-150 mm 47 Sai số trục Z từ 50-150 mm Giá trị sai số (mm) -0.05 50 75 100 125 150 -0.1 -0.15 Trục Z -0.2 -0.25 -0.3 Hình 4.15 Đồ thị biểu diễn sai số ban đầu trục Z kích thước từ 50-150 mm Quan sát đồ thị nhận thấy kích thước trục Z giá trị sai số lớn giá trị dung sai cho phép ±0.1 mm Giá trị sai số tính (1): Zi  Z0  Zi Kết thể qua bảng 4.1 Từ sai số kích thước Zi kích thước danh nghĩa Z ta viết phương trình sau: Z   0.014* Z0  0.162 (8) - ∆X, ∆Y, ∆Z giá trị sai số trục Z, Y, Z (mm) - X0, Y0, Z0 giá trị kích thước danh nghĩa (mm) Qua biểu đồ thể sai số trục Z có xu hướng giá trị lên cao sai số lớn Do sai số lớn ±0.15 mm nên phải tìm giá trị bù B(i) cho trục Z - Bước 3: Xác định giá trị kích thước cần bù để hiệu chỉnh Từ biểu thức số (6) ta có cơng thức hiệu chỉnh kích thước sau: Kích thước hiệu chỉnh trục BZi = Kích thước danh nghĩa Z0 - Giá trị sai lệch trục ∆Z 48 Kích thước liệu điều chỉnh (mm) Trục Z 50.1724 75.2424 100.3124 125.3824 150.4524 Bảng 4.8 Giá trị kích thước hiệu chỉnh trục Z từ 10-50 mm - Bước 4: In lại mẫu để xác định giá trị đo thực tính sai số theo bảng 4.6 Giá trị sai số sau điều chỉnh (mm) -0.08 -0.08 0.11 -0.1 -0.12 Giá trị sai số trước điều chỉnh (mm) -0.18 -0.18 -0.22 -0.2 -0.24 Bảng 4.9 Giá trị sai số trước sau hiệu chỉnh trục Z kích thước từ 50-150 mm Giá trị sai số trước sau hiệu chỉnh trục Z 50 75 100 125 150 Giá trị sai số (mm) -0.05 Trục Z' -0.1 -0.15 y = -0.01x - 0.068 R² = 0.7813 -0.3 Linear (Trục Z') Linear (Trục Z) -0.2 -0.25 Trục Z y = -0.014x - 0.162 R² = 0.7206 Hình 4.16 Đồ thị biểu diễn sai số trục Z trước sau điều chỉnh 49 Hình 4.17 Mẫu in sau điều chỉnh giá trị trục Z kích thước từ 50-150 mm Kết luận: Sau sử dụng phương trình (8) cho Z có kích thước từ 50-150 mm với chiều dày lớp in 0.2 mm tất sai số đề nằm dung sai cho phép (a≤±0.15 mm) Vì sử dụng phương trình (8) để nâng cao độ xác cho mẫu in có kích thước trục Z từ 50-150 mm máy in 3D Prusa 4.6 Thực nghiệm kích thước từ 150-250 mm theo trục Z 4.6.1 Thiết kế thực nghiệm Kiểm tra độ xác mẫu in có kích thước theo trục Z từ 150-175-200-225250mm nhằm mục đích tìm giá trị sai số phạm vi từ 150-250 mm theo chiều trục Z để kiểm tra độ xác máy in 3D Prusa Mẫu in gồm mẫu có kích thước 150, bậc cách 25 mm giống hình 4.14 4.6.2 Các bước thực nghiệm kích thước từ 50-150 mm theo trục Z - Bước : In mẫu có kích thước từ theo trục Z từ 150-250 mm Thời gian thực in mẫu theo kích thước danh nghĩa là: ngày 12 30 phút, tổng khối lượng 889g với chiều dày lớp in 0.2 mm, dung sai cho phép ±0.25 mm - Bước : Thực thao tác đo lấy số liệu kích thước thực cho trục Z Bảng số liệu trục Z sau in mẫu lấy giá trị trung bình kích thước theo bảng sau: Giá trị thực đo Giá trị danh nghĩa trục Z (mm) trục Z (mm) 149.72 149.72 50 Giá trị sai số trục Z (mm) 149.72 174.7 199.7 224.68 249.68 174.7 199.7 224.68 249.68 174.7 199.7 224.68 249.68 Bảng 4.10 Giá trị thực nghiệm trục Z kích thước từ 150-250 mm Sai số trục Z từ 150-250 mm Giá trị sai số (mm) -0.26 150 175 200 225 250 -0.28 Trục Z -0.3 -0.32 -0.34 Hình 4.18 Đồ thị biểu diễn sai số ban đầu trục Z kích thước từ 150-250 mm Quan sát đồ thị nhận thấy kích thước trục Z giá trị sai số lớn giá trị dung sai cho phép ±0.1 mm Giá trị sai số tính (1): Zi  Z0  Zi Kết thể qua bảng 4.1 Từ sai số kích thước Zi kích thước danh nghĩa Z ta viết phương trình sau: Z   0.01* Z0  0.247 (9) - ∆X, ∆Y, ∆Z giá trị sai số trục Z, Y, Z (mm) - X0, Y0, Z0 giá trị kích thước danh nghĩa (mm) Qua biểu đồ thể sai số trục Z có xu hướng giá trị lên cao sai số lớn Do sai số lớn ±0.2 mm nên phải tìm giá trị bù B(i) cho trục Z - Bước 3: Xác định giá trị kích thước cần bù để hiệu chỉnh Từ biểu thức số (8) ta có cơng thức hiệu chỉnh kích thước sau: 51 Kích thước hiệu chỉnh trục BZi = Kích thước danh nghĩa Z0 - Giá trị sai lệch trục ∆Z Kích thước liệu điều chỉnh (mm) Trục Z 150.3548 175.4048 200.4548 225.5048 250.5548 Bảng 4.11 Giá trị kích thước hiệu chỉnh trục Z từ 150-250 mm - Bước 4: In lại mẫu để xác định giá trị đo thực tính sai số theo bảng 4.12 Giá trị sai số sau điều chỉnh (mm) -0.12 -0.16 -0.16 -0.14 -0.16 Giá trị sai số trước điều chỉnh (mm) -0.28 -0.3 -0.3 -0.32 -0.32 Bảng 4.12 Giá trị sai số trước sau hiệu chỉnh trục Z kích thước từ 150-250 mm Giá trị sai số trước sau hiệu chỉnh trục Z Giá trị sai số (mm) -0.05 -0.1 150 175 200 225 250 y = -0.006x - 0.13 R² = 0.2813 -0.15 Trục Z Linear (Trục Z') -0.2 -0.25 Trục Z' y = -0.01x - 0.274 R² = 0.8929 Linear (Trục Z) -0.3 -0.35 Hình 4.19 Đồ thị sai số trục Z trước sau điều chỉnh kích thước 150-250 mm 52 Hình 4.20 Mẫu in sau điều chỉnh giá trị trục Z kích thước từ 150-250 mm Kết luận: Sau sử dụng phương trình (9) cho Z có kích thước từ 150-250 mm với chiều dày lớp in 0.2 mm tất sai số đề nằm dung sai cho phép (a≤±0.2 mm) Vì sử dụng phương trình (8) để nâng cao độ xác cho mẫu in có kích thước trục Z từ 150-250 mm máy in 3D Prusa 4.7 Kết luận phương pháp thực nghiệm máy in 3D Prusa 3i 4.7.1 Phương pháp chung Bắt đầu Đặt a; i=1 In mẫu không bù có kích thước B Đo mẫu i= i+1 Tính sai số tính giá trị bù B(i) Sai Sai số ≤ a In mẫu với giá trị bù B(i) Đúng Xác nhận giá trị bù B(i) Dừng thí nghiệm 53 Luận văn tập trung vào cách cải thiện độ xác kích thước trục Z máy in 3D loại Prusa sử dụng vật liệu in nhựa PLA cách chung để cải thiện độ xác ngồi cách điều chỉnh cấu khí, thay đổi tốc độ in cịn có cách thay đổi liệu vẽ kích thước mơ hình 3D Q trình cải thiện độ xác gồm bước theo sơ đồ sau: 4.7.2 Kết đạt Với đề tài luận văn tốt nghiệp thạc sĩ: “Nghiên cứu, tối ưu hóa ảnh hưởng số yếu tố cơng nghệ đến độ xác mẫu công nghệ tạo mẫu nhanh máy in 3D Prusa” hướng dẫn tận tình TS Nguyễn Công Nguyên bắt tay vào nghiên cứu độ xác kích thước máy in 3D sử dụng phương pháp FDM, thực nghiệm máy in 3D Prusa 3i để nâng cao độ xác bao gồm : - Tìm hiểu cơng nghệ in 3D vật liệu nhựa PLA - Xây dựng phương pháp cải thiện độ xác máy in 3D Prusa ngồi sai số ngẫu nhiên sau:  Căng dây đai trị X, Y: Trong máy có phận Chúng để dẫn động đùng nhựa kết nối puli theo chu trình mà phần mềm in 3D định trước Nếu căng không mức dây đai thay đổi hướng chuyển động dao động độ trễ xảy Chính điều dẫn tới cố vết lượn sóng bề mặt mẫu in sai lệch kích thước  Gia cố puli trục X,Y: Khi chạy tốc độ cao, dao động bị gây có chuyển hướng bất ngờ vị trí Đầu in bị lệch khỏi đường biên mơ hình qn tính đùn Chính puli trục Y định phần lớn lỏng lẻo Để hạn chế độ lệch trục X – Y tối đa giảm tốc độ in xuống  Giảm tốc độ in 3D: Để kiểm tra sai in thử vài mẫu tốc độ khác Nếu chạy với tốc độ cao vị trí có phần nhơ góc nhọn bị bo trịn cạnh khơng có kích thước đồng Lưu ý nhiệt độ in tỉ lệ thuận với tốc độ in, thay đổi tốc độ in phải điều chỉnh nhiệt độ in  Giảm nhiệt độ in độ dày lớp in: Mơ hình bị biến dạng cục sau nguội nhiệt độ in 3D cao Tùy vào loại vật liệu sử dụng tốc độ tạo mẫu nhanh phải điều chỉnh nhiệt độ máy in cho phù hợp 54 - Thực nghiệm mơ hình 3D vật liệu PLA theo trục Z tìm phương pháp chung để cải thiện độ xác cách thay đổi liệu CAD (Hình 4.4) Kích thước hiệu chỉnh trục BZi = Kích thước danh nghĩa Z0 - Giá trị sai lệch trục ∆Z - Biết cách thực nghiệm kiểm tra trục Z máy in 3D tìm phương trình để hiệu chỉnh độ xác trục Z theo kích thước 1-10mm, 10-50mm, 50150mm, 150-250mm với lớp in 0.2 mm, nhờ người dùng hiệu chỉnh cho máy in 3D Prusa 3i sử dụng vật liệu PLA 4.7.3 Hạn chế luận văn Đề tài luận văn tốt nghiệp thạc sĩ: “Nghiên cứu, tối ưu hóa ảnh hưởng số yếu tố cơng nghệ đến độ xác mẫu công nghệ tạo mẫu nhanh máy in 3D Prusa” với quy mô rộng cần nhiều thời gian để nghiên cứu thêm: - Độ xác trục X,Y với kích thước khác mơ hình khác - Thực nghiệm thêm lớp in 0.1mm, 0.3mm để tìm phương pháp chung cho tất lớp in với đầu in 0.4 mm 4.8 Hướng phát triển đề tài - Trong thời gian tới tơi có hướng nghiên cứu rộng đặc tính máy din 3D Prusa cải thiện trục X,Y,Z cách sử dụng ray để tăng độ xác - Ngồi tơi cố gắng khắc phục hạn chế luận văn để hoàn thiện trình thực nghiệm - Sẽ kết hợp với đồng nghiệp trường Cao đẳng nghề Ninh Thuận mở rộng phương pháp cải thiện độ xác máy in cách “Tác động điều khiển vào bo mạch tự động bù sai số dựa trình chuyển động đầu phun” 55 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] C K Chua, et al (2010), Rapid Prototyping - Principles and Applications, ISBN- 13 978-981-277-897-0 World Scientific Publishing Co [2] M Sc Nguyen Cong Nguyen (2017), An Investigation of Improving the Dimensional Accuracy of Parts produced by 3D-Printing-Manufacturing [3] D.T Pham & S.S Dimov, Rapid Prototyping – A time compression tool Technology and Innovation, p.43-48 [4] D.T Pham and S.S Dimov (2001), Rapid Manufacturing: The Technologies and Applications of Rapid Prototyping and Rapid Tooling, ISBN-13: 978-1-44711182-5 Springer [5] Đào Đức Trung, (2019), Đề tài “Tính tốn, thiết kế máy in 3D kiểu Hyper Cube”, Trường Đại học Thủy Lợi 56 ... ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI NGUYỄN ĐỖ QUỐC TRUNG NGHIÊN CỨU, TỐI ƯU HÓA ẢNH HƯỞNG CỦA MỘT SỐ YẾU TỐ CƠNG NGHỆ ĐẾN ĐỘ CHÍNH XÁC CỦA MẪU TRONG CÔNG NGHỆ TẠO MẪU NHANH TRÊN... thống CAD/CAM/CNC Chính lý tơi lựa chọn đề tài ? ?Nghiên cứu, tối ưu hóa ảnh hưởng số yếu tố công nghệ đến độ xác mẫu cơng nghệ tạo mẫu nhanh máy in 3D Prusa” Rất mong TS Nguyễn Công Nguyên quý thầy... Cơ khí - Khóa K25, Trường Đại học Thủy Lợi Hà Nội chọn đề tài luận văn Thạc sỹ là: ? ?Nghiên cứu, tối ưu hóa ảnh hưởng số yếu tố công nghệ đến độ xác mẫu cơng nghệ tạo mẫu nhanh máy in 3D Prusa”