Đồ án thiết kế và chế tạo máy in 3d cơ cấu corexy

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Đề tài: THIẾT GVHD: KẾ, CHẾ TẠO MÁY IN 3D SỬ DỤNG CƠ CẤU COREXY ThS TẠ NGUYỄN MINH ĐỨC SVTH : NGUYỄN CẢNH HÀ MSSV : 12144028 NGUYỄN TRỌNG KHA MSSV : 12144047 TRẦN VĂN LÂN Lớp: 121441A Khóa: 2012 – 2016 MSSV : 12144057 Tp Hồ Chí Minh, tháng năm 2016 KHOA CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM BỘ MÔN CN CHẾ TẠO MÁY Độc Lập – Tự Do – Hạnh Phúc ******* Tp Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2016 NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Giảng viên hướng dẫn: ThS Tạ Nguyễn Minh Đức Sinh viên thực hiện: Nguyễn Cảnh Hà MSSV: 12144028 Nguyễn Trọng Kha MSSV: 12144047 Trần Văn Lân MSSV: 12144057 Ngành: Công nghệ kỹ thuật khí Tên đề tài: Nghiên cứu, thiết kế máy in 3D sử dụng cấu CoreXY Các số liệu, tài liệu ban đầu: 2.1 Không gian làm việc máy 200x2000x200 2.2 Công nghệ in FDM 2.3 Vật liệu in nhựa ABS, PLA Nội dung thực đề tài: 3.1 Tìm hiểu, lựa chọn phương án truyền động trục 3.2 Tìm hiểu phần mềm hỗ trợ in 3D 3.3 Tính tốn, thiết kế, gia cơng, lắp ráp phần khí 3.4 Tính tốn, lắp ráp phần điện tử Các sản phẩm dự kiến: 4.1 Mơ hình máy hồn chỉnh 4.2 Tập vẽ chi tiết vẽ lắp, thuyết minh đồ án 4.3 Máy in sản phẩm với dung sai 0.1mm Thời gian thực hiện: Theo quy định mơn TRƯỞNG BỘ MƠN (Ký, ghi rõ họ tên) GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN (Ký, ghi rõ họ tên) 2 LỜI CAM KẾT Tên đề tài: Thiết kế, chế tạo máy in 3D sử dụng cấu CoreXY GVHD: ThS Tạ Nguyễn Minh Đức Họ tên sinh viên: Nguyễn Cảnh Hà Nguyễn Trọng Kha MSSV: 12144028 MSSV: 12144047 MSSV: 12144057 Trần Văn Lân Lớp: 121441 Địa sinh viên: Số điện thoại liên lạc: 0989745967 Email: canhha94@gmail.com Ngày nộp khoá luận tốt nghiệp (ĐATN): 7/2016 Lời cam kết: “Tơi xin cam đoan khố luận tốt nghiệp (ĐATN) cơng trình tơi nghiên cứu thực Tôi không chép từ viết công bố mà không trích dẫn nguồn gốc Nếu có vi phạm nào, tơi xin chịu hồn tồn trách nhiệm” Tp Hồ Chí Minh, ngày … tháng … năm 2016 Ký tên LỜI CẢM ƠN Khi hoàn thành đồ án tốt nghiệp lúc nhóm gần kết thúc thời gian học tập trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP Hồ Chí Minh Khoảng thời gian học tập nghiên cứu Trường giúp cho nhóm hiểu yêu quý nơi nhiều Nhà trường Thầy Cơ khơng truyền đạt cho nhóm kiến thức chuyên môn mà giáo dục cho em lý tưởng, đạo đức sống Đây hành trang thiếu cho sống nghiệp nhóm sau Nhóm xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến tất Quý Thầy Cơ tận tình bảo, dẫn dắt nhóm đến ngày hơm để vững bước đường học tập làm việc sau 3 Đồ án tốt nghiệp đánh dấu việc hoàn thành năm tháng miệt mài học tập nhóm Và đồ án đánh dấu trưởng thành đường học tập nhóm Qua nhóm xin gửi lời cảm ơn đến gia đình bạn bè động viên tạo điều kiện để nhóm hồn thành khóa học Cuối cùng, nhóm xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến Thầy Tạ Nguyễn Minh Đức, Thầy Trần Minh Thế Uyên Thầy Nguyễn Văn Sơn với nhiệt tình giúp đỡ, tạo điều kiện thuận lợi định hướng đắn kịp thời Thầy giúp nhóm nhiều trình thực đồ án Sinh viên thực Nguyễn Cảnh Hà Trần Văn Lân Nguyễn Trọng Kha TÓM TẮT ĐỒ ÁN THIẾT KẾ CHẾ TẠO MÁY IN 3D SỬ DỤNG CƠ CẤU COREXY Trong năm trở lại đây, công nghệ in FDM (Fused Deposition Molding) phát triển nhanh với ưu điểm vật liệu dễ kiếm, không gây độc hại, kết cấu máy đơn giản, chi phí thấp, … Đề tài xây dựng sở ưu điểm công nghệ in 3D, phát huy ưu điểm hạn chế số nhược điểm máy in 3D Nội dung đề tài nghiên cứu thiết kế truyền động cho máy in 3D, tối ưu hóa đường di chuyển đầu phun, để tối ưu hóa chất lượng mẫu in thời gian in Nhóm đồ án Nguyễn Trọng Kha Nguyễn Cảnh Hà Trân Văn Lân ABSTRACT 4 DESIGN AND MANUFACTURE COREXY 3D PRINTER In recent year, FDM (Fused Deposition Molding) techonology is growing very fast with many advantages like material easy to fined, nontoxic, simple tructure, low cost, … This subject is constructed on the basis advantages of 3D printing technologies, promoting the advantages and limitations of some disadvantages of 3D printer This subject will research and design kinematic for 3D printer, optimizing nozzle move, in oder to optimizing model quality and printing time MỤC LỤC Trang NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP i LỜI CAM KẾT ii LỜI CẢM ƠN iii ÁN TÓM TẮT ĐỒ iv MỤC LỤC v DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU viii DANH MỤC SƠ ĐỒ, HÌNH ẢNH ix DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT xii CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU 1.1 Tính cấp thiết đề tài 1.2 Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài 1.3 Mục tiêu nghiên cứu 1.4 Đối tượng phạm vi nghiên cứu 1.4.1 Đối tượng nghiên cứu 1.4.2 Phạm vi nghiên cứu 1.5 Cơ sở phương pháp luận 1.6 Phương pháp nghiên cứu 1.7 Kết cấu đề tài CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ TẠO MẪU NHANH 5 2.1 Giới thiệu công nghệ tạo mẫu nhanh 2.2 Các bước trình tạo mẫu nhanh 2.3 Một số công nghệ tạo mẫu nhanh 2.3.1 Công nghệ SLA 2.3.2 Công nghệ in 3DP 2.3.3 Công nghệ FDM 2.4 Giới thiệu số mẫu máy in 3D 2.4.1 Máy Prusa i3 2.4.2 Máy Delta Kossel 2.4.3 Máy Ember 2.5 Kết luận CHƯƠNG 3: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 3.1 Khái quát chung máy in 3D 3.2 Động bước 12 3.2.1 Động bước nam châm vĩnh cửu 13 3.2.2 Động bước biến từ trở 14 3.2.3 Động bước hỗn hợp 15 3.2.4 Động bước pha 16 3.2.5 Các phương pháp điều khiển động bước 16 3.3 Truyền động vít me – đai ốc 18 3.3.1 Cơ cấu vít me – đai ốc trượt 18 3.3.2 Cơ cấu vít me đai ốc bi 19 3.4 Sống trượt dẫn hướng 20 3.5 Truyền động đai 21 3.6 Kết luận 22 CHƯƠNG 4: PHƯƠNG HƯỚNG VÀ CÁC GIẢI PHÁP THIẾT KẾ 23 4.1 Thông số máy 23 4.2 Các phương án thiết kế kết cấu máy 23 6 4.2.1 Phương án 23 4.2.2 Phương án 23 4.2.3 Phương án 23 4.3 Lựa chọn phương án 24 4.4 Trình tự thực 24 CHƯƠNG 5: TÍNH TỐN, THIẾT KẾ CƠ KHÍ 25 5.1 Thiết kế khung máy 25 5.2 Thiết kế cụm khí trục Z 26 5.2.1 Tính tốn truyền động vít me – đai ốc bi trục Z 27 5.2.2 Tính tốn chọn động trục Z 32 5.2.3 Trục dẫn hướng bạc dẫn hướng 35 5.2.4 Khớp nối 36 5.2.5 Thiết kế bàn nâng trục Z 37 5.3 Thiết kế khí cụm trục XY 38 5.3.1 Kết cấu truyền động trục XY 38 5.3.2 Lựa chọn truyền 39 5.3.3 Thiết kế sơ cụm trục XY 41 5.3.4 Tính tốn lựa chọn động cụm trục XY 49 5.4 Thiết kế gia công chi tiết 51 5.5 Bộ phận đùn nhựa 53 5.5.1 Cụm tời nhựa 53 5.5.2 Đầu phun gia nhiệt 54 5.6 Tính tốn thiết kế phần điện 55 5.6.1 Khối nguồn 55 5.6.2 Phần điều khiển 57 5.8 Phần mềm điều khiển 70 5.9 Các kiểu chạy nhựa 75 CHƯƠNG 6: KẾT LUẬN – ĐỀ NGHỊ 78 TÀI LIỆU THAM KHẢO 83 7 Trang 8 DANH MỤC SƠ ĐỒ, HÌNH ẢNH Trang Hình 2.1: Sơ đồ trình tạo mẫu Hình 2.2: Sơ đồ nguyên lý tạo mẫu SLA Hình 2.3: Sơ đồ nguyên lý tạo mẫu 3DP Hình 2.4: Sơ đồ nguyên lý tạo mẫu FDM Hình 2.5: Máy in 3D prusa I3 Hình 2.6: Máy in 3D Delta Kossel Hình 2.7: Máy in 3D Ember Hình 3.1: Cấu trúc máy in 3D Hình 3.2: Động bước 12 Hình 3.3: Cấu tạo động bước nam châm vĩnh cửu 13 Hình 3.4: Nguyên lý hoạt động động bước nam châm vĩnh cửu 14 Hình 3.5: Nguyên lý hoạt động động bước biến trừ trở 14 Hình 3.6: Cấu tạo động bước hỗn hợp 15 Hình 3.7: Động bước pha lưỡng cực đơn cực 16 Hình 3.8: Phương pháp điều khiển động bước 17 Hình 3.9: Vít me đai ốc 18 Hình 3.10: Kết cấu đai ốc nửa 19 Hình 3.11: Vít me đai ốc bi 19 Hình 3.12: Kết cấu vít me đai ốc bi 20 Hình 3.13: Cơ cấu điều chỉnh khe hở vít me – đai ốc bi 20 Hình 3.14: Sống trượt dẫn hướng 21 Hình 3.15: Truyền động đai 22 Hình 5.1: Kích thước nhơm định hình 25 Hình 5.2: Bản vẽ khung máy 25 Hình 5.3: Bu lơng, ke góc, trượt 26 Hình 5.4: Chân đế cao su 26 Hình 5.5: Kiểu lắp vít me fixed – fixed 27 Hình 5.6: Kiểu lắp vít me fixed – support 28 Hình 5.7: Kiểu lắp vít me fixed - free 28 Hình 5.8: Sơ đồ khối trục Z 28 Hình 5.9: Quy trình lựa chọn vít me 29 Hình 5.10: Thơng số vít me – đai ốc bi 31 9 Hình 5.11: Bản vẽ vít me – đai ốc bi 31 Hình 5.12: Thơng số tính tốn động 32 Hình 5.13: Thơng số tính tốn động 33 Hình 5.14: Kết tính tốn động 34 Hình 5.15: Bản vẽ động bước 35 Hình 5.16: Bạc dẫn hướng LHFRDM8 35 Hình 5.17: Thơng số kích thước bạc dẫn hướng 35 Hình 5.18: Một số loại khớp nối 36 Hình 5.19: Thơng số kích thước khớp nối 37 Hình 5.20: Thiết kế bàn in 37 Hình 5.21: Sơ đồ nguyên lý truyền động CoreXY 39 Hình 5.22: Biên dạng đai 40 Hình 5.23: Đai GT2 pulley 41 Hình 5.24: Thơng số đai GT2 41 Hình 5.25: Sơ đồ tính tốn trục XY 41 Hình 5.26: Thông số bạc đạn 624zz 42 Hình 5.27: Ký hiệu series sống trượt 43 Hình 5.28: Quy trình tính tốn sống trượt dẫn hướng 43 Hình 5.29: Các cấp độ xác sống trượt 44 Hình 5.30: Dung sai kích thước cấp xác 45 Hình 5.31: Thơng số kích thước sống trượt dẫn hướng 45 Hình 5.32: Sơ đồ tính tốn sống trượt dẫn hướng 45 Hình 5.33: Lựa chọn sức căng ban đầu 47 Hình 5.34: Các thành phần momen tĩnh cho phép 47 Hình 5.35: Hệ số an toàn tĩnh 48 Hình 5.36: Hệ số tải 48 Hình 5.37: Sơ đồ thơng số tính tốn động 49 Hình 5.38: Thơng số tính tốn động 50 Hình 5.39: Kết tính tốn động bước 50 Hình 5.40: Cụm trục X 51 Hình 5.41: Cụm trục X Y 51 Hình 5.42: Bộ tời nhựa 53 Hình 5.43: Kết cấu đầu phun nhựa 54 Hình 5.44: Sơ đồ khối hệ thống điện 55 Hình 5.45: Nguồn tổ ong 56 Hình 5.46: Nguồn LITEON 56 10 10 Hình 5.47: Sơ đồ khối linh kiện điện tử 57 Hình 5.48: Board Arduino Mega 2560 57 Hình 5.49: Giao diện phần mềm Arduino IDE 59 Hình 5.50: Board RAMPS 59 Hình 5.51: Board MKS 59 Hình 5.52: Sơ đồ nguyên lý board RAMPS 61 Hình 5.53: Driver A4988 61 Hình 5.54: Driver DRV8825 61 Hình 5.55: Sơ đồ khối A4988 63 Hình 5.56: Vị trí kết nối driver 64 Hình 5.57: Vị trí kết nối cơng tắc hành trình 64 Hình 5.58: Module LCD 2004 65 Hình 5.59: Vị trí kết nối LCD 65 Hình 5.60: Vị trí kết nối cảm biến nhiệt điện trở gia nhiệt 65 Hình 5.61: Sơ đồ kết nối tổng quát 66 Hình 5.62: Giao diện phần mềm Pronterface 70 Hình 5.63: Giao diện phần mềm slic3r 71 Hình 5.64: Thiết lập Layers and perimeters 72 Hình 5.65: Thiết lập infill 73 Hình 5.66: Thiết lập speed 73 Hình 5.67: Thiết lập sợi nhựa 74 Hình 5.68: Thiết lập đầu phun nhựa 75 Hình 5.69: Kiểu rectilinear 76 Hình 5.70: Kiểu line 76 Hình 5.71: Kiểu concentric 76 Hình 5.72: Kiểu honeycomb 76 Hình 5.73: Kiểu hibertcurve 76 Hình 5.74: Kiểu archimedeanchords 76 Hình 5.75: Kiểu octagramspirals 76 Hình 5.76: Kiểu 3dhoneycomb 76 Hình 6.1: Mơ hình thiết kế máy in 3D 78 Hình 6.2: Mơ hình thực tế 78 Hình 6.3: Sơ đồ khối trình in 79 Hình 6.4: Các chức điều khiển 80 Hình 6.6: Sơ đồ thư mục 81 Hình 6.7: Một số sản phẩm từ máy 82 11 11 DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT CAD Computer Aided Design CAM Computerized Aided Manufacturing FDM Fused Deposition Modeling SLA Stereo Lithography Apparatus 3DP Three Dimensional Printing 12 12 CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU 1.1 Tính cấp thiết đề tài Cơng nghệ tạo mẫu nhanh từ đời đến cải tiến phát triển nhiều Hàng loạt phương pháp công nghệ tạo mẫu đời, cơng nghệ tạo mẫu có ưu điểm riêng Hiện phương pháp tạo mẫu sử dụng phổ biến công nghệ FDM với ưu điểm đơn giản, dễ thiết kế, vật liệu dễ tìm, khơng gây độc hại … Bên cạnh ưu điểm nhược điểm độ bóng bề mặt thấp, tốc độ in chưa cao … Từ ưu điểm nhược điểm nhóm định thiết kế chế tạo mẫu máy in 3D phát huy ưu điểm công nghệ đồng thời nâng cao tốc độ chất lượng mẫu in 1.2 Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài Đề tài có ý nghĩa khoa học thực tiễn: 1.3 Thiết kế mẫu máy in 3D với chất lượng mẫu in tốt phục vụ cho công việc nghiên cứu giảng dạy trường lớp Phát triển chất lượng mẫu in, kết cấu máy so với dòng máy in 3D truyền thống thị trường từ phải đảm bảo mức giá hợp lý Mục tiêu nghiên cứu Đề tài nhằm mục đích nghiên cứu thiết kế chế tạo máy in 3D sử dụng công nghệ in FDM, thay đổi số thiết kế so với số dòng máy in 3D truyền thống, nâng cao chất lượng mẫu in, tốc độ mẫu in 1.4 Đối tượng phạm vi nghiên cứu 1.4.1 Đối tượng nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu: Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo máy in 3D công nghệ FDM 1.4.2 Phạm vi nghiên cứu Phạm vi nghiên cứu đề tài sau: - Nghiên cứu tổng quan công nghệ in 3D Nghiên cứu, thiết kế cấu truyền động máy 13 13 1.5 Nghiên cứu tính tốn phần điện Nghiên cứu phần mềm giao tiếp, hỗ trợ lập trình in 3D Nghiên cứu, tính tốn đường chạy nhựa tối ưu Cơ sở phương pháp luận Từ cở tài liệu, nghiên cứu, đề tài trước, mẫu máy có thị trường để phân tích ưu điểm nhược điểm dịng máy có trước từ lựa chọn thiết kế mẫu máy tốt 1.6 Phương pháp nghiên cứu Đề tài kết hợp nghiên cứu phương pháp lý thuyết thực nghiệm mơ hình Cụ thể: Nghiên cứu lý thuyết: - Tìm kiếm, tổng hợp tài liệu liên quan đến đề tài Nghiên cứu lý thuyết tạo mẫu nhanh với công nghệ FDM Tổng hợp tài liệu tính tốn, thiết kế cấu truyền động đảm bảo độ xác, tối ưu hóa chuyển động - Tìm hiểu thuật tốn điều khiển đường chạy đầu phun Thực nghiệm: - Chế tạo mơ hình máy in 3D từ áp dụng, kiểm tra lại lý thuyết trước nghiên cứu 1.7 Nghiên cứu kiểu đường chạy nhựa sử dụng mẫu in để tối ưu mẫu in Kết cấu đề tài Chương 1: Giới thiệu Chương 2: Tổng quan công nghệ tạo mẫu nhanh Chương 3: Cơ sở lý thuyết Chương 4: Phương hướng giải pháp thiết kế Chương 5: Tính toán thiết kế máy in 3D Chương 6: Kết 14 14 CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ TẠO MẪU NHANH 2.1 Giới thiệu công nghệ tạo mẫu nhanh Công nghệ tạo mẫu nhanh đời tử thập niên 80 với xuất công nghệ tạo mẫu lập thể SLA phát minh Mỹ vào năm 1983 Charles Hull Từ đến cơng nghệ tạo mẫu nhanh phát triển với nhiều công nghệ với phát minh Công nghệ tạo mẫu nhanh hỗ trợ nhiều cho người thiết kế nhà sản xuất kiểm tra chi tiết hay hệ thống thiết kế trước cấp vốn để sản xuất hàng loạt Các công nghệ tạo mẫu nhanh giúp nhà sản xuất đẩy mạnh việc thiết kế sản phẩm, hạn chế sai sót khơng đáng có q trình thiết kế sản xuất Về công nghệ tao mẫu nhanh trình tạo mẫu sản phẩm giúp người sản xuất quan sát nhanh sản phẩm cuối Quá trình tạo mẫu hỗ trợ phần mềm CAD giúp thiết kế nhanh sản phẩm, phần mềm cắt lớp Tạo đường chuyển động Đặc điểm công nghệ tạo mẫu nhanh là: - Thực tạo mẫu thời gian ngắn, điểm mạnh phương pháp - 2.2 Sản phẩm q trình tạo mẫu nhanh dùng để kiểm tra mẫu sản xuất phương pháp khác - Mẫu tạo dùng hỗ trợ cho trình sản xuất Các bước trình tạo mẫu nhanh Quá trình tạo mẫu nhanh thể qua sơ đồ khối sau: Mơ hình CAD 3D Tiền xử lý Tạo mẫu tự động Hậu xử lý Hình 2.1: Sơ đồ trình tạo mẫu Bước 1: Tạo mơ hình 3D dạng mặt hay khối Bước 2: Tiền xử lý - Chuyển đổi định dạng file CAD 3D sang định dạng file stl xấp xỉ bề mặt dạng tam giác 15 15 - Sử dụng phần mềm thiết kế kết cấu hỗ trợ (support), kiểm tra file stl chỉnh sửa, cắt lớp chi tiết Xuất file Gcode tạo đường chuyển động Bước 3: Tạo mẫu tự động Bước 4: Hậu xử lý Tháo phận support, xử lý bề mặt, … 2.3 Một số công nghệ tạo mẫu nhanh 2.3.1 Công nghệ SLA Công nghệ SLA phát minh Mỹ vào năm 1984 Phương pháp tạo mẫu lập thể SLA dựa vào nguyên tắc đông cứng vật liệu lỏng photopolymer thành hình dạng rõ ràng chiếu chùm tia laser cường độ cao Có thể sử dụng Laser He-Cd với bước sóng 325nm Laser dạng rắn Nd:YVO với bước sóng 354,7nm Hình 2.2: Sơ đồ nguyên lý tạo mẫu SLA Tại vị trí bệ đỡ cao lớp chất lỏng cạn Máy phát laser phát chùm tia cực tím tập trung diện tích lớp chất lỏng di chuyển theo hướng X – Y Chùm tia cực tím chiếu sáng làm đơng đặc lớp dung dịch tạo nên khối đặc, bệ đỡ hạ xuống khoảng chiều dày lớp trình lặp lại 16 16 Quá trình tiếp diễn đạt kích thước chi tiết Phần dung dịch xung quanh không bị đông kết sử dụng cho lần 2.3.2 Công nghệ in 3DP Công nghệ in chiều phát triển khoa kỹ thuật khí viện cơng nghệ MIT Hình 2.3: Sơ đồ nguyên lý tạo mẫu 3DP Đầu phun phun dung dịch keo kế dính bề mặt lớp bột vật liệu chế tạo Bột kết dính với vị trí có keo dính Sau lớp hồn thành piston chế tạo xuống khoảng bề dày lớp Piston phân phối bột lên, lăn chạy qua đẩy bột cung cấp tiếp tục cho trình Q trình lặp lạI tồn vật thể chế tạo xong bột 2.3.3 Công nghệ FDM Công nghệ in FDM sử dụng nhiều loại máy in với kết cấu đơn giản, vật liệu dễ tìm 17 17 Sợi nhựa Bánh tời nhựa Đầu phun nhựa Chi tiết Hình 2.4: Sơ đồ nguyên lý tạo mẫu FDM Nguyên lý hoạt động: Ở vị trí ban đầu bàn in cách đầu phun nhiệt khoảng chiều dày lớp in Sợi nhựa đưa vào kim phun nhờ hệ thồng tời nhựa cặp bánh cách liên tục Tại đầu phun nhựa, nhựa nung nóng tới khoảng nhiệt độ thích hợp phận gia nhiệt Nhựa nóng chảy đùn theo biên dạng dịch chuyển đầu phun Sau lớp thứ hoàn thành bàn máy dịch xuống khoảng chiều dày lớp Quá trình tiếp tục hoàn thành chi tiết 2.4 Giới thiệu số mẫu máy in 3D 2.4.1 Máy Prusa i3 18 18 Hình 2.5: Máy in 3D prusa I3 Được phát triển từ năm 2010 Josef Prusa Đây mẫu máy in 3D công nghệ FDM phổ biến thị trường Mức giá loại máy giao động từ triệu đến triệu Ưu điểm loại máy kết cấu đơn giản, dễ lắp ráp, nhiên nhược điểm độ xác khơng cao, độ bóng bề mặt thấp 2.4.2 Máy Delta Kossel Được phát triển Johann Seatle, Mỹ vào năm 2012 Dòng máy sử dụng cấu delta, công nghệ in FDM, loại nhựa thường sử dụng nhựa ABS, PLA Hình 2.6: Máy in 3D Delta Kossel Delta Loại máy Tốc độ in 320 mm/s Độ phân giải động 100 step/mm Không gian in Đường kính in 170 mm, chiều cao 240 mm Độ phân giải lớp in 0.2 mm Giá 600USD Bảng 2.1: Thông số máy in 3D Delta Kossel Ưu điểm mẫu máy máy hoạt động êm, rung, tốc độ độ xác cao in vật thể có chiều cao lớn, cấu có độ cứng vững cao 19 19 Bên cạnh ưu điểm nhược điểm khổ máy lớn, cồng kềnh, kết cấu phức tạp, khó chỉnh, giá thành đắt so với dòng máy prusa 2.4.3 Máy Ember Máy ember phát triển cơng ty Autodesk năm 2015 Đây dịng máy in sử dụng công nghệ SLA, sử dụng vật liệu loại nhựa lỏng Độ phân giải trục XY Hình 2.7: Máy in 3D Ember 50micron Độ phân giải trục Z 10 – 100 micron Không gian in 64x40x134 mm Tốc độ in 18 mm/h Loại nhựa Acrylate photosensitive resin Kích thước máy 325 x 340 x 434 mm Giá thành 7495USD bao gồm nhựa lỏng Bảng 2.2: Thông số máy in 3D Ember Ưu điểm dòng máy độ phân giải máy cao, độ xác cao, kích thước máy nhỏ gọn, chi tiết sau in có độ cứng cao, độ bóng bề mặt cao Nhược điểm máy giá thành cao, tốc độ in thấp 20 20 2.5 Kết luận Chương giới thiệu số công nghệ in 3D số mẫu máy in 3D điển hình sử dụng phổ biến thị trường từ làm tiền đề cho việc lựa chọn kế cấu công nghệ in sử dụng đồ án CHƯƠNG 3: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 3.1 Khái quát chung máy in 3D Máy in 3d đời vào năm 80 dòng máy in 3D SLA giới Về máy in 3D có kết cấu khí gần giống nhau, khác phận tạo mẫu Xét tổng quan máy in 3D FDM có kết cấu gồm phần chính: phần mềm điều khiển, phần điện, phần khí, đùn nhựa Phần mềm CAD/ CAM Phần mềm Phần mềm điều khiển Đai MÁY IN 3D Phần khí Truyền động trục Vít me đai ốc Bộ đùn nhựa Bộ phận điều khiển Vi điều khiển Động bước Phần điện Bộ phận chấp hành Đầu phun nhựa Cảm biến nhiệt 21 21 Hình 3.1: Cấu trúc máy in 3D Cấu trúc khí máy in 3D gần giống với loại máy CNC với truyền động trục Bộ truyền truyền vít me – đai ốc truyền đai Đặc điểm truyền động khí máy in 3D tải trọng tác dụng lên khơng đáng kể việc thiết kế tương đối đơn giản, kết cấu trục tương đối gọn nhẹ, chi tiết lắp ráp khơng địi hỏi khả chịu lực khơng cao sử dụng chi tiết in đươc máy khác để lắp ráp Đó ưu điểm máy in 3D Một số dòng máy in 3D có khoảng 80% chi tiết lắp ráp in máy in 3D sẵn có Phần điện máy in 3D chi thành khối: khối điều khiển khối chấp hành Khối điều khiển gồm thành phần như: Vi điều khiển, Board kết nối, Driver Khối chấp hành gồm thành phần như: động bước, cảm biến nhiệt, động servo (nếu có), tản nhiệt, … Bộ đùn nhựa phần quan trọng máy Bộ phận thực chức máy: tời nhựa cung cấp nhựa chạy liên tục, đầu phun nhựa thực chức nung chảy nhựa đùn nhựa tạo nên mẫu Phần mềm chia làm thành phần: phần mềm CAD/CAM, phần mềm điều khiển Phần mềm CAD phần mềm có chức tạo mẫu 3D, mơ hình in máy in 3D Các phần mềm CAD sử dụng Solidwork, Creo, Sketchup, … Các mơ hình 3D sau tạo phải chuyển đổi sang định dạng STL từ đưa sang phần mềm CAM để xử lý Các phần mềm CAM phần mềm thực chức cắt lớp vật thể công nghệ in 3D in theo lớp, lớp cắt có kích thước nhỏ chất lượng mẫu in tốt nhiên thời gian in tăng lên ngược lại, lớp in lớn chất lượng giảm tốc độ in tăng lên Để tối ưu hóa chất lượng in tốc độ in phải có cài đặt thông số in hợp lý Sau cắt lớp phần mềm tạo chuyển động in xuất file Gcode Các mã lệnh Gcode hầu hết giống với gcode máy CNC nhiên có số mã lệnh riêng máy in 3D Dưới số tập lệnh thường dùng với máy in 3D: Mã lệnh Cấu trúc Chức G0 G0 Xnnn Ynnn Znnn Ennn Di chuyển nhanh G1 G1 Xnnn Ynnn Znnn Ennn Fnnn Di chuyển theo đường thẳng 22 22 G2/G3 G2/G3 Xnnn Ynnn Znnn Ennn Fnnn Di chuyển theo cung tròn, đường tròn G17, G18, G19 Lựa chọn mặt phẳng in G21 Đặt đơn vị theo hệ mét G20 Đặt đơn vị theo hệ Inch G28 G28 X Y Z Về home G90 Sử dụng tọa độ tuyệt đối G91 Sử dụng tọa độ tương đối M18 M18 X Y Z E0 Vô hiệu trục M21 Cài đặt thẻ nhớ M24 Bắt đầu/ tiếp tục in từ thẻ nhớ M104 M104 Ennn Cài đặt nhiệt độ đầu phun M106 Bật quạt tản nhiệt M107 Bật quạt tản nhiệt M114 Lấy tọa độ vị trí M119 Trả trạng thái endstop M120 Bật endstop M121 Tắt endstop M140 M140 Snn Set nhiệt độ bàn nhiệt M150 M150 Rnnn Unnn Bnnn Thiết lập màu hiển thị M190 M190 Snn Đợi đến bàn nhiệt đạt đến nhiệt độ set (dùng gia nhiệt nhựa) M200 M200 Dxx Cài đặt đường kính sợi nhựa M201 M201 Xnnn Ynnn Znnn Ennn Cài đặt gia tốc in tối đa 23 23 M203 M203 Xnnn Ynnn Znnn Ennn Cài đặt tốc độ in tối đa Bảng 3.1: Một số Gcode thường dùng Các phần mềm CAM sử dụng phổ biến cho máy in 3d Cura, Slic3r, Simplify, … Một số phần mềm tích hợp module CAM module điều khiển một, giúp công việc sử lý mẫu in nhanh đạt hiệu phần mềm Repertier host Phần mềm tích hợp cơng cụ CAM Slic3r, Cura, Skeinforge, lựa chọn sử dụng ba module để so sánh từ lựa chon module tốt cho kiểu mẫu in khác Để máy hoạt động ta phải nạp Gcode cho máy Có thể nạp Gcode thơng qua phần mềm điều khiển nạp qua thẻ nhớ hình LCD điều khiển Phần mềm giao diện điều khiển sử dụng Repertier host Pronterface 3.2 Động bước Động bước (stepper motor), thực chất động đồng dùng để biến đổi tín hiệu điều khiển dạng xung điện rời rạc thành chuyển động góc quay Hình 3.2: Động bước Vê cấu tạo động bước gồm có phận stato, roto nam châm vĩnh cửu trường hợp động biến từ trở khối làm vật liệu nhẹ có từ tính Động bước điều khiển điều khiển bên Động bước điều khiển thiết kế cho động giữ nguyên vị trí cố định quay đến vị trí Động bước sử dụng hệ thống điều khiển vịng hở đơn giản, vịng kín, nhiên sử dụng động bước hệ điều khiển vòng hở tải, tất cá giá trị động bị hệ thống cần nhận diện lại Một số đặc điểm động bước: 24 24 Động bước hoạt động tác dụng xung rời rạc Khi có dòng điện hay điện áp đặt vào cuộn dây phần ứng động bước làm cho roto động quay góc định gọi bước động Góc bước góc quay trục động tương ứng với xung điều khiển Góc bước xác định dựa vào cấu trúc động bước phương pháp điều khiển động bước Tính mở máy động đặc trưng tần số xung cực đại mở máy mà không làm cho roto đồng Chiều quay động bước khơng phụ thuộc vào chiều dịng điện mà phụ thuộc vào thứ tự cấp xung cho cuộn dây Động bước chia thành loại là: - Động bước biến từ trở - Động bước nam châm vĩnh cửu Động bước hỗn hợp/lai 3.2.1 Động bước nam châm vĩnh cửu Động bước nam châm vĩnh cửu có roto nam châm vĩnh cửu, stato có nhiều có quấn vịng dây Các cuộn dây pha có cực tính khác Hình 3.3: Cấu tạo động bước nam châm vĩnh cửu Nguyên lý hoạt động động bước nam châm vĩnh cửu có cặp cuộn pha trình bày hình: Ban đầu vị trí stato roto phase A Khi cấp điện cho cuộn dây pha B D cuộn xuất cực tính Do cực tính cuộn dây pha roto ngược dẫn đến roto chuyển động đến vị trí hình phase B on Khi cuộn dây 25 25 pha B D ngắt điện cuộn dây A B cấp điện roto lại chuyển động đến vị trí hình phase C on Hình 3.4: Nguyên lý hoạt động động bước nam châm vĩnh cửu Gọi số stato Zs, góc bước động S đc, góc bước động tính theo công thức sau: 3.2.2 Động bước biến từ trở Động bước biến từ trở có cấu tạo giống với động bước nam châm vĩnh cửu Cấu tạo stato có cuộn pha đối xứng nhau, cuộn pha đối xứng có cực tính khác với động bước nam châm vĩnh cửu Góc bước stato Ss Roto động bước biến từ trở cấu tạo từ thép non có khả dẫn từ cao, động điện roto tiếp tục quay tự dừng hẳn Nguyên lý hoạt động động bước biến từ thể hình: 26 26 Hình 3.5: Nguyên lý hoạt động động bước biến trừ trở Khi cấp điện cho pha A (hình a), cặp cuộn dây A bố trí đối xứng có cực tính nam (S) bắc (N) Lúc cuộn dây hình thành vịng từ đối xứng Khi cấp điện cho pha B (hình b) Lúc từ trở động lớn, momen từ tác động lên trục roto làm cho roto quay theo chiều giảm từ trở Roto quay từ trở nhỏ momen khơng trục động dừng, roto đạt đến vị trí cân Tương tự vật cấp điện cho pha C, động hoạt động theo nguyên tắc roto vị trí hình c Q trình lặp lại động quay liên tục theo thứ tự pha A  B  C Để động quay ngược chiều cần cấp điện cho pha theo thứ tự ngược lại Gọi số pha động Np, ổ roto Zr, góc bước động bước biến từ trở S ta tính cơng thức sau: 3.2.3 Động bước hỗn hợp Động bước hỗn hợp (còn gọi động bước lai) có đặc trưng cấu trúc động bước nam châm vĩnh cửu động bước biến từ Stato roto có cấu tạo tương tự động bước biến từ trở số stato roto không Roto động bước thường có phần: phần nam châm vĩnh cửu gắn chặt lên trục động cơ, phần đoạn roto chế tạo từ thép non đoạn roto đặt lệch 27 27 Hình 3.6: Cấu tạo động bước hỗn hợp Góc bước động bước hỗn hợp tính theo cơng thức: Trong đó: S góc bước động cơ, Sr góc kề nhau, Zs số cặp cực stato Động bước hỗn hợp sử dụng rộng rãi kết hợp ưu điểm loại động động bước nam châm vĩnh cửu động bước biến từ trở 3.2.4 Động bước pha Hiện động bước pha sử dụng thơng dụng, có kết cấu động bước hỗn hợp động bước nam châm vĩnh cửu Tuy nhiên động bước pha phân loại dựa vào cách đấu dây cặp cực Động bước đơn cực: cuộn dây pha có ba dây đầu Điểm trung tâm cuộn dây đấu Khi cấp điện, dây trung tâm nối với đầu dương nguồn điện, hai đầu dây lại nối với đầu âm Động bước lưỡng cực: cuộn dây pha loại động có đầu Một đầu dây nối với nguồn dương đầu lại nối với đầu âm nguồn điện Động bước lưỡng cực có kết cấu đơn giản điều khiển phức tạp động bước đơn cực 28 28 Hình 3.7: Động bước pha lưỡng cực đơn cực 3.2.5 Các phương pháp điều khiển động bước Hiện có phương pháp điều khiển động bước Hình 3.8: Phương pháp điều khiển động bước Điều khiển dạng sóng (Wave): phương pháp điều khiển cấp xung điều khiển theo thứ tự chon cuộn dây pha 29 29 Điều khiển bước đủ (Full step): phương pháp điều khiển cấp xung đồng thời cho cuộn dây pha Điều khiển nửa bước (Half step): phương pháp điều khiển kết hợp phương pháp khiển dạng sóng điều khiển bước đủ Khi điều khiển theo phương pháp giá trị góc bước nhỏ hai lần số bước động bước tăng lên lần so với phương pháp điều khiển bước đủ nhiên phương pháp có phát xung điều khiển phức tạp Điều khiển vi bước (Microstep): phương pháp áp dụng việc điều khiển động bước cho phép động bước dừng định vị vị trí nửa bước bước đủ Ưu điểm phương pháp động hoạt động với góc bước nhỏ,độ xác cao Do xung cấp có dạng sóng nên động hoạt động êm hơn,hạn chế vấn đề cộng hưởng động hoạt động 3.3 Truyền động vít me – đai ốc Vít me – đai ốc cấu truyền động biến truyền động quay thành chuyển động tịnh tiến Truyền đơng vít me – đai ốc có loại vít me - đai ốc trượt vít me đai ốc bi 3.3.1 Cơ cấu vít me – đai ốc trượt Hình 3.9: Vít me đai ốc Cơ cấu vít me – đai ốc trượt có đặc điểm: - Độ xác truyền động cao, tỷ số truyền lớn Truyền động êm, có khả tự hãm, lực truyền lớn Có thể truyền động nhanh với vít me có bước ren số vòng quay lớn 30 30 - Hiệu suất truyền động thấp nên dùng để thực chuyển động Kết cấu vít me – đai ốc trượt: Dạng ren: Vít me thường có dạng ren chủ yếu Ren có dạng hình thang với góc 300 có ưu điểm: gia cơng đơn giản, phay mài Nếu dùng với đai ốc bổ đơi đóng mở lên ren dễ dàng Ren có hình dạng vng dùng máy cắt ren xác máy tiện hớt lưng Về mặt kết cấu nên chế tạo vít me với cổ trục giống để sau thời gian sử dụng, lắp đảo ngược vít me lại nhằm làm cho bề mặt làm việc vít me mịn bên Ổ đỡ vít me: ổ đỡ vít me có tác dụng đảm bảo cho trục chuyển động với độ đảo hướng trục độ hướng kính nhỏ Đai ốc vít me: Đai ốc liền: dùng cấu vít me – đai ốc có chế độ làm việc ít, khơng u cầu độ xác cao, ren có độ hở định Ưu điểm đai ốc liền đơn giản, giá thành thấp, tự hãm ỡ mức độ định Đai ốc nửa: sử dụng để đóng, tách đai ốc khỏi vít me tiện vít me máy tiên vạn Hình 3.10: Kết cấu đai ốc nửa Để giảm độ biến dạng vít me dùng phương pháp sau: - Nâng cao cứng vững gối đỡ cách dùng bạc với tỷ lệ l/d lớn (với l chiều dài d đường kính gối đỡ) 31 31 - Khơng bố trí vít me ngồi thân máy mà bố trí phía máy nhằm giảm momen lật bàn máy Dùng gối đỡ treo phụ cho vít me dài nặng 3.3.2 Cơ cấu vít me đai ốc bi Hình 3.11: Vít me đai ốc bi Cơ cấu vít me đai ốc bi có đặc điểm sau : - Tổn thất ma sát nên có hiệu suất cao, đạt từ 90 – 95 % Lực ma sát gần không phụ thuộc vào tốc độ chuyển động nên đảm bảo chuyển động nhựng vận tốc nhỏ Hầu khơng có khe hở mối ghép tạo lực căng ban đầu, đảm bảo độ cứng vững hướng trục cao Vì ưu điểm vít me đai ốc bi thường sử dụng cho máy cần có truyền động thẳng xác máy khoan, doa tọa độ, máy điều khiển chương trình số Kết cấu vít me đai ốc bi Hình 3.12: Kết cấu vít me đai ốc bi Giữa rãnh đai ốc vít me 2, người ta đặt viên bi 3, biến ma sát trượt trở thành ma sát lăn viên bi chuyển động cách liên tục Nhờ máng nghiêng mà bi dẫn từ rãnh cuối rãnh đầu 32 32 Rãnh vít me – đai ốc bi chế tạo dạng cung nửa vòng tròn rãnh vòm Để điều chỉnh khe hở vít me – đai ốc bi, đai ốc kép sử dung Giữa đai ốc 2, đặt vịng căng Khi xiết chặt vít 4, rãnh đai ốc tì sát vào bề mặt bi, khử khe hở vít me đai ốc đồng thời tạo lực căng ban đầu Hình 3.13: Cơ cấu điều chỉnh khe hở vít me – đai ốc bi 3.4 Sống trượt dẫn hướng Sống trượt dẫn hướng có chức bản: - Dùng để dẫn hướng cho phận máy bàn máy, cụm trục, … theo quỹ đạo hình học cho trước - Định vị phận tĩnh Do vậy, sống trượt cần có yêu cầu sau : - Đảm bảo độ xác tĩnh độ xác di chuyển cho phận lắp Yêu cầu chủ yếu phụ thuộc vào độ xác gia cơng sống trượt, cách bố trí sống trượt phù hợp bề mặt chịu lực Bố trí cho lực tác dụng lên sống trượt nhỏ biến dạng sống trượt - Bề mặt làm việc phải có khả chịu mịn cao để đảm bảo độ xác lâu dài Yêu cầu phụ thuộc vào độ cứng bề mặt sống trượt, độ bóng bề mặt sống trượt, chế độ bôi trơn bảo quản sống trượt - Kết cấu sống trượt đơn giản, có tính cơng nghệ cao - Có khả điều chỉnh khe hở mòn, tránh phoi bụi 33 33 Hình 3.14: Sống trượt dẫn hướng Bảo vệ bội trơn sống trượt : Bảo vệ sống trượt khỏi bụi bẩn, phoi, … bôi trơn hợp lý bề mặt sống trượt có tác dụng làm giảm độ mịn đáng kể sống trượt giữ độ xác ban đầu sống trượt Các phương pháp bảo vệ sống trượt thường dùng : - Lắp chắn bụi - Dùng chổi quét, lau di động bàn máy - Các biện pháp che đậy sống trượt Đồng thời với biện pháp chống bụi việc bôi trơn sống trượt hợp lý, thông thường sống trượt tuyến tính nhà chế tạo có hướng dẫn bơi trơn cho dịng sống trượt để đảm bảo hiệu tốt 3.5 Truyền động đai Bộ truyền đai truyền khí sử dụng sớm sử dụng rơng rãi, có nhiều loại đai đai thang, đai dẹt, đai răng,… Hình 3.15: Truyền động đai 34 34 So với truyền khác truyền đai có ưu điểm như: - Truyền động trục xa Làm việc êm không ồn độ bền dẻo đai truyền động với vận tốc cao Tránh cho cấu khơng có dao động nhờ vào trượt trơn đai tải Kết cấu vận hành đơn giản Tuy nhiên tồn nhược điểm như: 3.6 - Hiệu suất truyền thấp - Tỷ số truyền thay đổi trượt đàn hồi bánh đai đai Tuổi thọ đai thấp Kích thước truyền lớn Tải trọng tác dụng lên trục lớn phải căng đai ban đầu Kết luận Trong chương trình bày vấn đề lý thuyết thành phần sử dụng kết cấu máy đồ án từ làm tiền việc lựa chọn thiết kế máy sau CHƯƠNG 4: PHƯƠNG HƯỚNG VÀ CÁC GIẢI PHÁP THIẾT KẾ 4.1 Thông số máy - Không gian in tối đa: 200x200x200 mm - Độ phân giải lớp in: từ 0.1 ~ 0.4 mm - Dung sai cho phép ±0.1 mm - Tốc độ in 90 ~ 130 mm/s - 4.2 Tốc độ tối đa 300 mm/s Các phương án thiết kế kết cấu máy 4.2.1 Phương án Truyền động Cartesian – XZ Trong kết cấu bàn in dịch chuyển theo phương Y, đầu phun dịch chuyển theo phương XZ trục XY sử dụng truyền đai, trục Z sử dụng truyền vít me – đai ốc Ưu điểm kết cấu là: 35 35 - Kết cấu đơn giản, dễ thi cơng - Chi phí rẻ, độ cứng vững tương đối cao Nhược điểm là: - Độ xác mẫu in khơng cao - Do bàn in di chuyển nên dễ làm cho lớp in dễ bị dịch chuyển làm sai lệch mẫu in - Do khối lượng cấu di động lớn nên quán tính lớn, dễ rung động 4.2.2 Phương án Sử dụng kết cấu robot delta, dùng truyền động đai Kết cấu có ưu điểm là: - Các kết cấu di động nhỏ nên quán tính máy nhỏ, di chuyển êm - Độ cứng cứng cao, in vật có chiều cao lớn - Độ xác thời gian in nhanh kết cấu Cartesian – XZ Tuy nhiên nhược điểm loại máy là: - Khổ máy lớn, gây khó khăn cho q trình di chuyển - Khó chỉnh bàn máy - Giá thành cao mẫu máy sử dụng kết cấu Cartesin – XZ 4.2.3 Phương án Truyền động Cartesian – XY Trong kết cấu bàn in dịch chuyển theo phương Z, đầu phun nhựa dịch chuyển theo phương XY trục XY sử dụng truyền đai theo cấu CoreXY, trục Z sử dụng truyền vít me đai ốc Ưu điểm kết cấu này: - Kết cấu đơn giản, dễ lắp đặt - Có thể in với tốc độ cao so với kết cấu Cartesian – XZ tương đương với kết cấu delta Các kết cấu di động nhỏ nên quán tính nhỏ, máy hoạt động êm - Độ xác tương đương cao máy delta Nhược điểm kết cấu này: - Khó chỉnh bàn in - Kích thước máy lớn cồng kềnh 36 36 4.3 Lựa chọn phương án Dựa vào ưu điểm khuyết điểm kết cấu nhóm đinh sử dụng phương án – Cartersian XY cho máy 4.4 Trình tự thực - Tính tốn thiết kế truyền động đai cho trục XY Tính tốn thiết kế truyền động vít me – đai ốc cho trục Z Thiết kế, gia cơng chi tiết máy Lựa chọn, tính tốn phần điện CHƯƠNG 5: TÍNH TỐN, THIẾT KẾ CƠ KHÍ 5.1 Thiết kế khung máy Đối với kết cấu khung máy dành cho máy in 3D, không chịu tải trọng lớn nên nhóm định thết kế khung máy nhơm định hình nhằm tiết kiệm giá cả, dễ tháo lắp sửa chữa trình lắp máy Kích thước nhơm định hình sử dụng 20x20 để khung máy nhỏ gọn Hình 5.1: Kích thước nhơm định hình 37 37 Hình 5.2: Bản vẽ khung máy Phương pháp gia công lắp ráp khung máy Khung máy phận quan trọng, chịu lực lớn đảm bảo độ xác máy nên u cầu độ xác gia cơng cao u cầu phải đảm bảo kích thước nhơm, độ vng góc lắp ghép Các nhơm định hình cắt máy cưa tay với dung sai – 3mm, sau đưa lên máy phay CNC để phay phẳng đầu nhằm đảm bảo kích thước độ phẳng Các nhơm nối với bát ke góc nhơm bu lơng lục giác 38 38 Hình 5.3: Bu lơng, ke góc, trượt Chân máy lắp thêm chân đế cao su nhằm làm giảm rung động máy hoạt động Hình 5.4: Chân đế cao su 5.2 Thiết kế cụm khí trục Z Trục Z trục di chuyển trình làm việc, nhiên có yếu tố đến chất lượng sản phẩm lớn liên quan đến thơng số chiều dày lớp in, thông số ảnh hưởng đến độ bóng dung sai kích thước chiều cao chi tiết Thông thường trục Z ta sử dụng truyền động vít me – đai ốc, vít me – đai ốc bi, truyền động đai Truyền động đai có ưu điểm kết cấu nhỏ gọn, hoạt động êm, dễ thiết kế trục Z chuyển động lên xuống dễ gây trượt đai Truyền động vít me – đai ốc bi sử dụng trục Z truyền động có hiệu suất cao, gây tượng trượt, vận hành êm 5.2.1 Tính tốn truyền động vít me – đai ốc bi trục Z Thông số trục Z: 39 39 - Khối lượng bàn in: m = kg Vận tốc di chuyển tối đa: V1 = 20 mm/s Vận tốc di chuyển in: V2 = mm/s Gia tốc tốc hoạt động lớn hệ thống: a = mm/s2 Tốc độ vòng quay động cơ: N = 1000 vòng/phút Thời gian làm việc: Tl = 21900 h (5 năm, 12h ngày) Lựa chọn kiểu lắp trục vít: Có kiểu lắp trục vít thường sử dụng kiểu fixed – fixed, fixed – support, fixed – free Kiểu fixed – fixed hai đầu vitme đựơc cố định, với kiểu lắp đạt độ cứng vữnng cao, chịu tải trọng cao giảm rung động trục Z, nhiên kết cấu phức tạp, khó lắp đặt Hình 5.5: Kiểu lắp vít me fixed – fixed Kiểu fixed – support đầu vít me gắn ổ bi, kiểu lắp có độ cứng vững thấp so với kiểu fixed – fixed, khả chịu tải trung bình Hình 5.6: Kiểu lắp vít me fixed – support Kiểu fixed – free đầu vitme để tự do, kiểu lắp có kết cấu đơn giản nhất, dễ lắp đặt, chịu tải trọng thấp tương đương với kiểu fixed – support, độ cứng vững thấp kiểu fixed – fixed 40 40 Hình 5.7: Kiểu lắp vít me fixed - free Đối với kết cấu bàn in máy khoảng dịch chuyển nhỏ, tải trọng đặt bàn máy nhỏ nên ta lựa chọn kiểu fixed – free để dễ lắp đặt Hình 5.8: Sơ đồ khối trục Z Quy trình tính tốn lựa chọn vít me thể qua sơ đồ sau: 41 41 Chọn kiểu lắp vít me Tính sơ bước vít me Tính tốn vít me đai ốc Tính lực tải trọng - bán Tính chiều dài kính vít me Lực dọc trục Tải trọng tĩnh Tải trọng động Lựa chọn vít me đai ốc Khơng đạt Tuổi thọ vít me Tốc độ quay cho phép Kiểm nghiệm vít me Độ dịch thay đổi nhiệt độ Hình 5.9: Quy trình lựa chọn vít me Khi tính tốn lựa chọn trục vít me yếu tố độ xác vít me quan trọng ảnh hưởng đến chất lượng làm việc trục vít Để lựa chọn cấp độ xác ta tra catalouge hãng Đối với mơ hình nhóm sử dụng vít me bi hãng PMI Với u cầu độ xác ±0,1/300mm ta chọn cấp xác C7 đáp ứng u cầu Tính tốn bước vít dựa vào cơng thức: Trong Vmax vận tốc lớn (mm/s) Nmax tốc độ vòng quay lớn (vòng/s) Từ tính được: Ta chọn bước ren 2.5mm Điều kiện làm việc thơng số tính chọn 42 42 Lực chống trượt:  =  = 0,1.10.1 = 1 Tính tốn lực dọc trục: Tăng tốc 1 =2 + = 1.10 + 1.2 = 12 Chạy 2 = = 1.10 = 10 Giảm tốc 3 =8 − = 1.10 − 1.2 = Lực dọc trục trung bình  = 1 = 12 Tính tốn tải trọng Tải trọng tĩnh: 0 =   Trong đó: C0 tải trọng tĩnh  hệ số bền tĩnh, máy thông thường  = 1,2~2 chon  = Fmax lực lớn tác dụng lên vít me Do 0 =   = 2.12 = 24 Tải trọng động: Với bước ren l=2.5mm, số vòng quay danh nghĩa Nm=V1/l=333/2,5=133,2 (vòng/phút)  hệ số tải, trục z di chuyển với tốc độ v < 15 (m/phút) nên lấy  = 1,2 Tải trọng động tính được:  = (60  )1/3   10−2 = (60.133,2.21900)1/3 12.1,2  10−2 = 161,1 Chọn bán kính trục vít Tổng chiều dài trục vít = khoảng dịch chuyển + chiều dài đai ốc + khoảng thoát = 200 + 30 + 30 = 260 mm 43 43 Kiểu lắp fixed – free  = 3.4 Bán kính trục vít: Chọn vít me có bán kính 4mm Dựa catalog hãng PMI ta chọn loại vít me: FSM0801 – C3 – 1R – 0248 Hình 5.10: Thơng số vít me – đai ốc bi Hình 5.11: Bản vẽ vít me – đai ốc bi Kiểm tra sơ 44 44 Tuổi thọ làm việc: Tốc độ quay cho phép: Độ dịch thay đổi nhiệt độ ∆ = = 12 10 −6 3.270 = 0,00972 Trong đó:  hệ số dãn nở thay đổi nhiệt độ (1 2/2/℃)  nhiêt độ thay đổi trục vít L chiều dài trục vít Như thời gian hoạt động số vịng quay đạt u cầu 5.2.2 Tính tốn chọn động trục Z Để lựa chọn động bước phù hợp cần vào: momen tải quy đổi, memen qn tính, số vịng quay tối đa Để đơn giản q trình tính tốn ta sử dụng cơng cụ tính tốn động bước có sẵn trang orientalmotor.com: 45 45 Hình 5.12: Thơng số tính tốn động Hình 5.13: Thơng số tính tốn động Trong : Total mass of load and table: khối lượng bàn máy phôi, m = 1kg Friction coefficent of guide: hệ số ma sát thiết bị dẫn hướng Dianmetter: đường kính trục vít D = 8mm Total length: tổng chiều dài trục vít, L = 270mm Lead: bước vít, p = 2,5mm Efficient: hiệu suất, vít me bi có hiệu suất 95% Material : vật liệu thép không rỉ Safety factor: hệ số an tồn Mechanism angle: góc nghiêng cấu 46 46 Hình 5.14: Kết tính tốn động Như ta có thơng số cần thiết: Momen quán tính: Jl = 1,0.27.10-6 (kg.cm2) Momen tải quy đổi: T = 8,48.10-2 (N.m) Số vòng quay tối đa: V = 480 (vịng/phút) Với tiêu chí Nrate > Nmax: tốc độ định mức động lớn tốc độ yêu cầu cảu vitme Trate >T: momen định mức động lớn momen cần thiết : Jm momen qn tính định mức động Dựa vào tiêu chí thêm vào vấn đề giá loại motor độ xác motor nên ta lựa chọn động bước mã 42H47HM - 0504A - 18 Một số thông số động : Góc bước nhỏ : 0,90 Momen xoắn: Trate = 0,45 (N.m) Momen quán tính: Jm = 72.10-4 (g.cm2) Khối lượng motor: m = 367 (g) Dòng định mức: I = 1,7 (A) Momen hãm: T = 37.10-4 (N.m) 47 47 Thơng số kích thước motor : Hình 5.15: Bản vẽ động bước 5.2.3 Trục dẫn hướng bạc dẫn hướng Lựa chọn bạc dẫn hướng LHFRDM8, chiều dài bạc độ tuyến tính cao hơn, giảm độ rung lắc di chuyển Hình 16: B c dẫ n hướ ng LHFRDM8 48 48 Hình 5.17: Thơng số kích thước bạc dẫn hướng 5.2.4 Khớp nối Khớp nối chi tiết máy có nhiệm vụ truyền chuyển động, truyền momen trục với Hình 5.18: Một số loại khớp nối Khớp nối gồm: nối trục, ly hợp ly hợp tự động Khớp nối chi tiết tiêu chuẩn thiết kế thường dựa vào momen xoắn tính tốn T t, xác định theo cơng thức :   =[ ≤ [] Trong : T momen xoắn danh nghĩa k hệ số chế độ làm việc Loại máy công tác k - Băng tải, quạt gió, máy cắt kim loại có chuyển động liên tục 1,2 ÷1,5 - Xích tải, vít tải, bơm ly tâm 1,5 ÷ - Máy cắt kim loại có chuyển động tịnh tiến đảo chiều 1,5 ÷2,5 - Máy nghiền, máy búa, mắt cắt ly tâm, máy cán ÷3 - Guồng tải, máy trục, thang máy 3÷4 Bảng 5.1: Hệ số làm việc số máy Momen xoắn theo tính tốn T = 0,08 (N.m), Hê số làm việc k = 49 49 Vậy momen xoắn tính tốn :  (= 0,08.4 = 0,32 )( Thơng thường dịng máy in 3D ta thường dùng loại khớp nối đàn hồi hợp kim nhơm kích thước khớp nối nhỏ gọn, khả truyền momen xoắn cao Ta lựa chọn khớp nối loại PC1, đường kính motor 5mm, chọn loại có kích thước đầu trục – Hình 19: Thơng số kích thướ c khớ p nố i 5.2.5 Thiết kế bàn nâng trục Z Nhóm lựa chọn bàn nâng trục Z làm vật liệu mica có khối lượng nhẹ hạn chế tượng bàn máy bị công xôn, đồng thời giá thành khơng q cao Sử dụng lị xo đai ốc để cân bàn máy Phía sử dụng kính dày khoảng – 5mm để in trực tiếp kính 50 50 Hình 5.20: Thiết kế bàn in 5.3 Thiết kế khí cụm trục XY Thơng số cụm truc XY: - Khối lượng truc Y: m = kg Khối lượng trục X: m = kg Chiều dài làm việc: Sx = 200 mm; Sy = 200 mm Vận tốc tối đa: Vmax = 150 mm/s - Vận tốc in: V1 = 100 mm/s Thời gian hoạt động: Tl=21900 h (5 năm, 12h ngày) - Tốc độ động cơ: N = 1500 (vòng/phút) 5.3.1 Kết cấu truyền động trục XY Kết cấu truyền động cho trục XY mà nhóm lựa chọn cho đồ án truyền động CoreXY Kết cấu truyền động thực chất biến thể truyền động theo tọa độ Dercasrte, nhiên phối hợp đồng thời chuyển động theo phương để xác định vị trí điểm tọa độ Đây ưu điểm nhược điểm cấu Ưu điểm có động phối hợp chuyển động do cung cấp momen lớn hơn, hổ trợ cho cụm trục có khối lượng lớn sử dụng đồng thời động có momen nhỏ truyền động cho cum trục Tuy nhiên nhược điểm gây khả gây sai số, tượng nhiễu cấp xung cho động Do lúc động hoạt động nên dễ gây tượng sai số tích lũy động cơ, ảnh hưởng đến trình vận hành thiết bị 51 51 Đối với dạng truyền động ưu điểm lớn tốc độ Thường số dịng máy in 3D Prusa, Mendel động phận cung cấp lượng truyền chuyển động thường đặt phận di chuyển làm cho khối lượng phận di chuyền tăng lên khiến cho quán tính lớn nên tốc độ in giảm Ở kết cấu này, phận di động có kết cấu nhỏ, nhẹ nên giảm lực qn tính nên in với tốc độ cao Một ưu điểm cấu CoreXY đơn giản thiêt kế cấu Cơ cấu lắp đặt đơn giản với đỡ cụm bạc đạn dùng để dẫn hướng cho đai Chi phí lắp đặt thấp, vật liệu sử dụng để gia cơng chi tiết linh hoạt, sử dụng nhiều loại vật liệu khác Đối với cấu động quay chiều với tạo thành chuyển động theo trục X, động quay ngươc chiều tạo thành chuyển động theo trục Y Hình 5.21: Sơ đồ nguyên lý truyền động CoreXY Phương trình truyền động cấu: 5.3.2 Lựa chọn truyền Đối với truyền động trục XY ta lựa chọn truyền đai kết cấu truyền đơn giản, hoạt động êm, có tính giảm chấn, dễ thay Một số kiểu đai thường sử dụng máy in 3D đai T2,5 ; T5 ; MXL, … 52 52 Đai gờ hình thang Ký hiệu Đai gờ hình trịn Bước đai p, mm Ký hiệu Bước đai p, mm MXL 2,032 T2,5 2,5 XL 5,080 T5 L 9,525 T10 10 H 12,7 T20 20 HTD5 5,0 AT5 5,0 HT8 8,0 AT10 10,0 HTD14 14,0 AT20 20,0 STD5 5,0 STD8 8,0 STD14 14,0 Bảng 5.2: Một số loại đai Tuy nhiên loại đai này, tùy theo khả điều chỉnh căng đai mà chất lượng in thay đổi theo Mặt khác loại đai loại đại thiết kế để truyền chuyển động quay thiết kế tối ưu cho dạng truyền động tuyến tính cho máy in 3D, khơng tính tốn đến tượng backlash đảo chiều chuyển động động 53 53 Hình 5.22: Biên dạng đai Để khắc phục ta lựa chọn loại đai thiết kế riêng cho truyền động tuyến tính đai GT2 Đai GT2 bánh đai thiết kế chế tạo đồng dành riêng cho truyền động tuyến tính hạn chế tượng backlash, đảm bảo chất lượng truyền động Ngồi đai GT2 sử dụng đai GT3 nhiên loại đai khó tìm thị trường Việt Nam Hình 5.23: Đai GT2 pulley Hình 5.24: Thơng số đai GT2 Lựa chọn bánh đai GT2 – 20 để tăng độ phân giải cho trục 54 54 5.3.3 Thiết kế sơ cụm trục XY Cụm trục XY đảm nhiệm hầu hết chuyển động in nên yêu cầu cụm trục là: - Đảm bảo độ vng góc trục X Y Các chi tiết đỡ đảm bảo độ phẳng trượt đảm bảo lắp song song với Cụm bạc đạn Cụm bạc đạn Cụm bạc đạn Cụm bạc đạn Cụm bạc đạn Cụm bạc đạn Cụm bạc đạn Cụm bạc đạn Động Hình 5.25: Sơ đồ tính tốn trục XY Cơ cấu động học CoreXY sử dụng cụm bạc đạn có tác dụng dẫn hướng cho đai, giúp cho đai dịch chuyển hướng không gian làm việc Ở ta dùng bạc đạn ký hiệu 624zz , bạc đạn có đường kính ngồi 13mm, với đường kính ngồi pulley cho phép thiết kế động dễ tính tốn Hình 5.26: Thông số bạc đạn 624zz 55 55 Chiều dài cụm trục X: LX = Sx + 2*Chiều dày đồ gá + khoảng an toàn = 200 + 2*40 +50 = 330 (mm) Chiều dài cụm trục Y: LY =Sy + Khoảng cách cụm bạc đạn + khoảng an toàn + chiều dày cụm trục X = 200 + 25 + 50 + 35 = 310 (mm) Chiều dài đai : Lđ = 2*Ly + 2*Lx = 2*310 + 2*330 = 1280 (mm) Tính tốn thiết kế sống trượt dẫn hướng Cụm trục XY đảm nhiệm phần lớn chuyển động q trình in, để tăng độ xác, tăng thời gian làm việc, định sử dụng sống trượt dẫn hướng cho cụm trục XY Việc lựa chọn sống trượt dẫn hướng phụ thuốc vào nhiều yếu tố độ xác máy, độ cứng vững, thời gian làm việc yêu cầu tính kinh tế Để có sống trượt phù hợp yếu tố khả chịu tải tuổi thọ yếu tố ưu tiên Kết hợp yếu tố để lựa chọn sống trượt dẫn hướng đảm bảo khả chịu tải cần thiết đạt giá trị kinh kế phù hợp Việc lắp đặt sống trượt phải đảm bảo trình tự quy trình khơng sau thời gian hoạt động hư bi lăn, giảm độ xác sống trượt, Thường nhà sản xuất có quy định ký hiệu trượt để dễ dàng cho người sử dụng tính tốn lựa chọn, serie loại sống trượt cho biết loại sống trượt, kích thước sống trượt, kiểu sống trượt Hình 5.27: Ký hiệu series sống trượt Dựa theo số series sống trượt ta nhận biết thông số quan trọng như: - Kiểu sống trượt dựa vào chữ 56 56 - Số kích thước chiều ngang ray trượt Chữ kiểu trượt Tải trọng đặt trước ZF, Z0, Z1 - Vật liệu sống trượt Trình tự tính tốn sống trượt dẫn hướng dựa theo catalouge hãng HIWIN Xác định điều kiện làm việc Chọn kiểu sống trượt Chọn cấp xác Chọn kích thước Tính tải trọng tối đa đặt trước Tính tải trọng đặt trước , Tính tuổi thọ hành trình sống trượt Lựa chọn bơi trơn, chống mịn Hình 5.28: Quy trình tính tốn sống trượt dẫn hướng Đối với máy nhóm định sử dụng trượt dẫn hướng hãng HIWIN hãng chuyên sản xuất thiết bị liên quan đến lĩnh vực truyền động vít me, trượt, … Do sống trượt hãng bán nhiều thị trường Việt Nam với giá thành không cao Theo hướng dẫn catalouge hãng để lựa chọn sống trượt hợp lý ta phải dựa vào điều kiện hoạt động máy để lựa chọn sơ series sống trượt phù hợp Lựa chọn kiểu sống trượt : - Đối với loại máy nghiền, máy phay, máy khoan … dùng dòng HG - Đối với loại máy cắt gỗ,máy vận chuyển tốc độ cao, máy đo … dùng dòng EG 57 57 - Đối với loại máy vận chuyển, robot, máy bán dẫn, máy tự động dùng dòng WE/QE Đối với loại máy tải nhẹ, máy dùng y tế dùng dòng MGN/MGW Đối với máy in 3D yêu cầu tải nhẹ nên ta lựa chọn dòng sống trượt MGN Sau lựa chọn series thích hợp cơng đoạn lựa chọn cấp xác thùy thuộc vào điều kiện làm việc Các dòng MGN sống trượt HIWIN chia làm ba loại xác normal (C), hight (H), Precision (P) Do yêu cầu độ xác khơng q cao nên ta chí cần lựa chọn độ xác normal cho sống trượt Hình 5.29: Các cấp độ xác sống trượt Hình 5.30: Dung sai kích thước cấp xác Lựa chọn sơ kích thước cho sống trượt Chọn sơ sống trượt mã MGN9C 58 58 Hình 5.31: Thơng số kích thước sống trượt dẫn hướng Tính tốn tải trọng tối đa đặt lên sống trượt Hình 5.32: Sơ đồ tính tốn sống trượt dẫn hướng Trong đó: Khoảng cách trượt khác ray: c = 340 (mm) Khoảng cách trượt ray: d = (mm) Lực tác dụng lên trục: F = (N) Khoảng cách từ lực đến trọng tâm trục theo phương Y: a = (mm) Khoảng cách từ lực đến trọng tâm trục theo phương X: b = (mm) Cơng thức tính lực tối đa đặt lên sống trượt 59 59 Do khơng có ngoại lực tác dụng vào hệ thống trượt trục Y nên công thức thu gọn thành Với W = m.g = 5.10 = 50 N m khối trượt đặt trục dẫn hướng Ta sử dụng trượt nên Lựa chọn lực căng ban đầu Một thông số quan trọng tính tốn sống trượt lực căng ban đầu – preload Lực căng ban đầu đặt lên sống trượt có tác dụng khử khe hở tăng độ cứng vững cho sống trượt Sống trượt có preload cao hoạt động êm, độ xác cao, độ cững vững cao Dối với sống trượt HIWIN ta lựa chọn sức căng ban đầu theo catalouge dựa vào yêu cầu độ cứng vững độ xác lắp ghép bề mặt sống trượt Do tải trọng đặt lên sống trượt không lớn không yêu cầu độ xác lớn nên dựa catalouge dòng series MGN ta lựa chọn sức căng ban đầu kiểu Z0 Hình 5.33: Lựa chọn sức căng ban đầu Hệ số tải tĩnh C0: Tải trọng tĩnh định mức C0 đặt theo giới hạn tải trọng tĩnh cho phép Sự biến dạng tập trung không đổi tăng kênh dẫn bi lăn ray dẫn hướng nhận tải trọng thừa hay chịu va đập diện rộng Nếu độ lớn biến dạng vượt giới hạn cho phép, cản trở di trượt sống trượt dẫn hướng 60 60 Momen tĩnh cho phép M0: Mômen tĩnh cho phép M0 đặt theo giới hạn mômen tĩnh Khi mômen tác dụng vào ray dẫn hướng, vị trí bi lăn cuối chịu áp lực lớn áp lực phân bố toàn bi lăn hệ thống Momen tĩnh cho phép sống trượt dẫn hướng chia theo momen: Mp, MR, My Hình 5.34: Các thành phần momen tĩnh cho phép Hê số an toàn tĩnh phụ thuộc vào điều kiện làm việc điều kiện vận hành Hệ số an toàn lớn đảm bảo hệ thống vận hành an tồn, hạn chế va đập Hệ số an toàn tĩnh : Trong : C0 hệ số tải tĩnh 2,55kN P lực tối đa đạt lên sống trượt, P = 25N Do : Ta có số hệ số an tồn tĩnh Hình 5.35: Hệ số an tồn tĩnh Như hệ số an toàn tĩnh đạt yêu cầu Tuổi thọ thu cách tính tốn sở lý thuyết cơng thức thực nghiệm dựa việc đánh giá thông qua tải trọng động danh nghĩa 61 61 Tuổi bền danh nghĩa ray dẫn hướng chịu ảnh hưởng tải trọng làm việc thực tế Tuổi bền danh nghĩa tính tốn dựa tải trọng động định mức tải trọng làm việc thực tế Tuổi bền hệ thống ray chịu ảnh hưởng lớn hệ số môi trường độ cứng vững ray trượt, nhiệt độ mơi trường, điều kiện chuyển động Tính tuổi thọ danh nghĩa : Trong : ℎ hệ số độ cứng, sống trượt có độ cứng 60HRC nên ℎ =  hệ số nhiệt độ, nhiệt độ làm việc máy khoảng từ 100 – 150 độ ta lấy  = 0,9 C hệ số tải động sống trượt, C=1,86 (kN)  hệ số tải, hệ số tải cho bảng : Hình 5.36: Hệ số tải Máy hoạt động có rung động vận tốc (/ ( ≤ 150)/ tải 1,2 ta lấy hệ số P=25N Do tuổi thọ danh nghĩa sống trượt: Thời gian hoạt động sống trượt : Ve vận tốc hoạt động, Vmax = 150 (mm/s) = (m/min) 62 62 Do : Thời gian hoạt động đạt yêu cầu cho trước Trục X mang tải trọng nhỏ nên để đồng dễ thiết kế ta sử dụng sống trượt cho trục X tương tự trục Y 5.3.4 Tính tốn lựa chọn động cụm trục XY Sử dụng công cụ tính tốn truyền động đai Các thơng số hình Hình 5.37: Sơ đồ thơng số tính tốn động 63 63 Hình 5.38: Thơng số tính tốn động Ta kết tính tốn: Hình 5.39: Kết tính tốn động bước Ta tính momen xoắn cần thiết là: T = 0,036 N.m Momen quán tính là: Jl = 1,98.10-4 (kg.m2) Dựa vào thông số ta lựa chọn động bước pha tương tự động bước dùng trục Z thỏa mãn yêu cầu 64 64 Hình 5.40: Cụm trục X Hình 5.41: Cụm trục X Y 5.4 Thiết kế gia công chi tiết Do kết cấu, chi tiết máy không chịu lực lớn, không yêu cầu dung sai cao nên để tiết kiệm chi phí dễ mua vật tư, vật liệu sử dụng cho chi tiết máy nhựa POM, phương pháp gia công chủ yếu phay Danh sách chi tiết gia công : Tên chi tiết Số lượng Vật liệu Phương Ghi pháp gia công Tấm gá trục X POM Phay CNC Gia cơng xác vị trí lỗ bắt trượt Đồ gá bạc đạn POM Phay CNC Gia cơng xác vị trí lỗ ren mặt đầu Gia cơng xác kích thước bậc 65 65 Gá đầu phun 1 POM Phay CNC Gia cơng xác vị trí gờ phía Đảm bảo độ vng góc Gá đầu phun POM Phay CNC Tấm gá bạc đạn 2 Mica Cắt laser Khối đỡ trục X POM Phay CNC - Gia cơng xác kích thước, khoảng cách lỗ Gia cơng xác kích thước lỗ Đảm bảo độ phẳng mặt Tấm nối trượt trục X Mica Cắt laser 66 66 Gá công tắc hành trình trục XY Mica Cắt lase Gá cơng tắc hành trình trục Z PLA In 3d Bảng 5.3: Các chi tiết gia công 5.5 Bộ phận đùn nhựa 5.5.1 Cụm tời nhựa Để nhựa cung cấp liên tục cần phải có cấu để kéo sợi nhựa cách liên tục Bộ tời nhựa điều khiển đông bước Động bước quay làm quay bánh gắn động đẩy sợi nhựa xuống phận gia nhiệt 67 67 Hình 5.42: Bộ tời nhựa 5.5.2 Đầu phun gia nhiệt Đầu phun nơi nung nóng sợi nhựa đùn nhựa tạo mẫu in Hầu hết phận đầu phun chế tạo hợp kim nhơm để đảm bảo tính tản nhiệt tốt Đầu phun gồm có phận : - Khối tản nhiệt nhằm nhiệm vụ giảm nhiệt độ vùng phía đầu phun nhằm hạn chế nhựa bị chảy lỏng trước phun làm tắc đầu phun nhựa, tràn nhựa làm ảnh hưởng đến chất lượng đầu phun nhựa - Lõi dẫn nhựa nhằm nhiệm vụ định hướng đường sợi nhựa vào đầu phun Lõi dẫn nhựa thường chế tạo nhơm bên có lót ống làm nhựa teflon dùng để dẫn hướng cách nhiệt cho sợi nhựa - Cục nóng bao gồm điện trở gốm có tác dụng gia nhiệt, cảm biến nhiệt độ để điều khiển nhiệt độ nóng chảy nhựa Đây phận nóng đầu phun cần cần có biện pháp an tồn, tránh tiếp xúc trực tiếp với phận Thường cục nóng bọc với lớp băng keo cách nhiệt để tránh nhiệt ngồi, tăng hiệu q trình nung chảy nhựa - Đầu phun nơi định hình kích thước nhựa lỏng phun thường có kích thước đầu phun từ 0,1 mm đến 0,5 mm Tùy theo kích thước đầu phun có giới hạn kích thước lớp in khác Đầu phun đường kính nhỏ bề dày lớp in nhỏ nhiên dễ xảy tượng tắc nhựa, tràn nhựa chất lượng đầu phun không tốt 68 68 Sợi nhựa Khối tản nhiệt Lõi dẫn nhựa Cục nóng gia nhiệt Đầu phun nhựa Hình 5.43: Kết cấu đầu phun nhựa 5.5.3 Sợi nhựa Vật liệu sử dụng máy in 3D nhựa dạng sợi Sợi nhựa sử dụng máy in 3D phải sợi nhựa nguyên chất, không pha tạp, không nên dùng sợi nhựa tái chế thường bị lẫn cát, sạn, bụi bẩn, … sử dụng dễ làm tắc đầu phun nhựa ảnh hưởng đến chất lượng mẫu in, … Đường kính sợi nhựa chế tạo tiêu chuẩn có loại đường kính 1,75 mm mm Dung sai sợi nhựa thường ±0,05 mm Đường kính sợi nhựa phải chế tạo đồng đường kính sợi nhựa khơng đồng đều, chỗ sợi nhựa bị thu hẹp đường kính bất thường đầu phun khơng đủ lực để kéo sợi nhựa vào, ngược lại, đường kính sợi nhựa có chỗ lớn bất thường làm tắc đầu phun Có loại vật liệu thường sử dụng máy in 3D FDM nhựa ABS (Acrylonitrile Butadiene Styrene) nhựa PLA (Polylactic Acid) Nhựa ABS nhựa nhiệt dẻo Nhựa ABS có tính tốt, nhiệt độ in cao (nhiệt độ in tùy theo nhà sản xuất thường lớn 2300C), in với nhiệt độ cao nên q trình in sản phẩm bị cong vênh, gãy nên thiết kế thêm hệ thống support để hạn chế tượng này.Mặt khác lớp mẫu in thường khơng kết dính với bàn in bị nguội q nhanh khuyết điểm in nhựa ABS Sản phẩm từ nhựa PLA làm mịn Acetol (xăng thơm) Nhựa PLA nhựa nhiệt dẻo thường có nguồn gốc tự nhiên, thận thiện không gây độc hại sử dụng Nhựa PLA tương đối giịn, dễ bị gãy q trình 69 69 in tắc đầu phun nhựa Nhiệt độ in nhựa PLA thấp từ 190 đến 2100C nên trình in dễ dàng so với nhựa ABS Giá thành nhựa PLA thường thấp nhựa ABS từ khoảng 100.000 VNĐ đến 200.000 VNĐ 5.6 Tính tốn thiết kế phần điện Để hệ thống hoạt động cần phần điện Hệ thống điện chịu trách nhiệm cung cấp nguồn điện, điều khiển thiết bị kết cấu máy động bước, cụm tời nhựa, đầu phun nhựa Phần điều khiển Khối nguồn Các cấu chấp hành Hình 5.44: Sơ đồ khối hệ thống điện 5.6.1 Khối nguồn Khối nguồn phận cung cấp lượng cho toàn hệ thống điện máy Đối với máy in 3D cần cần phải hoạt động ổn định nên nguồn cấp phải đảm bảo điện áp dịng điện ln ổn định Ta có lựa chọn cho nguồn máy in 3D, sử dụng nguồn tổ ong nguồn LITEON Hình 5.45: Nguồn tổ ong Hình 5.46: Nguồn LITEON Để lựa chọn nguồn phù hợp, phải ý đến thiêt bị sử dụng mạch điện Dựa vào thơng số điện áp dịng điện u cầu linh kiện điện để lựa chọn nguồn ni thích hợp Dưới số linh kiện điện tử điện áp yêu cầu linh kiện đó: Linh kiện Số lượng Thơng số Board Arduino mega 2560 – 24 V; 50 mA 70 70 Driver A4988 V; 0,5A Động bước 12 V; 1,2 A Board RAMPS 12 V;5A Quạt tản nhiệt 12 V; 50 mA LCD V; 0,4A Bảng 5.4: Một số linh kiện điện Các thiết bị điện máy có dải điện áp hoạt động từ V – 24 V nên ta chọn nguồn từ 12 V – A để đảm bảo cung cấp đủ điện áp dòng cho động thiết bị khác Xét điện áp cường độ dòng điện cung cấp nguồn tổ ong cung cấp điện áp 12 V cường độ dòng điện 30 A nguồn LITEON 12 V – 7,5 A Xét giá thành nguồn tổ ong cao giá của nguồn LITEON Tuy nhiên để thuận lợi cho việc nâng cấp hệ thống điện sau đảm bảo hệ thống điện hoạt động tốt ta lựa chọn nguồn tổ ong 12V - 30A 5.6.2 Phần điều khiển Phần điều khiển có nhiệm vụ : - Cấp xung, điều khiển chuyển động động bước trục chuyển động Điều khiển nhiệt độ đầu phun nhựa Điều khiển tời nhựa Điều khiển quạt làm mát đầu phun, quạt làm mát sản phẩm Vi điều khiển Board kết nối Driver Cơng tắc hành trình Động bước Đầu phun nhựa Cảm biến nhiệt LCD 71 71 Hình 5.47: Sơ đồ khối linh kiện điện tử Vi điều khiển Board điều khiển đồ án nhóm định sử dụng board Arduino Mega 2560 board mạch dễ sử dụng với người không chuyên, phổ biến dễ tìm kiếm, ngơn ngữ lập trình dễ hiểu, phần cứng kết nối dễ dàng Hình 5.48: Board Arduino Mega 2560 Board mạch Arduino mega 2560 board mạch vi xử lý thiết kế nhằm xây dựng ứng dụng tương tác với với môi trường thuận lợi Board mạch xây dựng tảng vi xử lý ATmega 2560 8bit Board mạch có 54 chân digital I/O, 16 chân analog input, sử dụng tạo dao động 16Mhz Có thể sử dụng nguồn thông qua cổng USB nguồn DC từ đến 20V Vi xử lý Atmega 2560 Điện áp hoạt động 5V Điện áp vào (khuyên dùng) – 12 V Điện áp vào (tối đa) – 20 V Digital I/O Port 54 (15 chân PWM) Analog Port 16 Dòng điện chân I/O 20 mA Dòng điện vào 50 mA Bộ nhớ Flash 256 KB (8 KB cho bootloader) SRAM KB EEPROM KB 72 72 Bộ dao động 16 MHz Chiều dài board 101,52 mm Chiều rộng board 53,3 mm Khối lượng board 37 g Bảng 5.5: Thông số board Arduino Mega 2560 Vi điều khiển lập trình flash code dễ dàng phần mềm Arduino IDE Có thể sử dụng ngơn ngữ lập trình C/C++ để lập trình Nhìn chung ngơn ngữ lập trình tương đối đơn giản dễ hiểu với người không chuyên vi điều khiển Phần mềm dùng để flash code cho board Arduino Mega 2560 phần mềm Arduino IDE Phần mềm có giao diện trực quan, dễ sử dụng Hệ thống thư viện mã nguồn dành cho arduino mega lớn thuận tiện cho trình sử dụng Kiểm tra lỗi, biên dịch chương trình Upload chương trình Vùng lập trình Hình 5.49: Giao diện phần mềm Arduino IDE Board kết nối Để kết nối thiết bị ngoại vi driver, công tắc hành trình ta nối dây trực tiếp vào board vi điều khiển, nhiên với số lượng driver nhiều số lượng dây nhiều dễ kết nối sai dây dấn đến mạch điện ko điều khiển nặng 73 73 dẫn dến cháy board arduino Một điều số lượng dây nối q lớn tính thẩm mỹ khơng cao Một giải pháp để giải vấn đề sử dụng board giao tiếp trung gian để kết nối board vi điều khiển vào thiết bị khác Có nhiều board trung gian phát triển RAMPS, Melzi, Generation … Hình 5.50: Board RAMPS Hình 5.51: Board MKS Mỗi loại board mạch có ưu điểm riêng, để lựa chọn board mạch phù hợp cho cơng việc cần phải tính đến yếu tố giá thành, khả hỗ trợ board mạch, khả mở rộng, tiện lợi đơn giản lắp đặt, phổ biến board mạch Kết hợp yếu tố để lựa chon board mạch cần cho máy So sánh board kết nối thường dùng thỉ board RAMPS board mạch đáp ứng yêu cầu RAMPS board mạch thiết kế để kết nối thiết bị điện cần thiết cho máy in 3D với kích thước nhỏ gọn giá thành rẻ Board thiết kế với plug in thể sử dụng với driver cho động bước dễ dàng mở rộng Các linh kiện board mạch thay dễ dàng có hư hỏng Board RAMS kế để giao tiếp với board Arduino Mega 2560 với tảng mạnh mẽ hỗ trợ mở rộng board mạch tốt Board mạch dược thiết kế để dễ dàng kết nối lắp đặt với thiết bị khác Một số đặc tính board RAMPS : Dòng điện cung cấp từ 12V – 24V Điện áp 5A – 30A Tương thích với máy in 3D theo tọa độ Dercartes, robot delta Có khả mở rộng để với thiết bị ngoại vi khác mosfet cho quạt tản nhiệt gia nhiệt, mạch điều khiển nhiệt độ 74 74 Cầu chì 5A bảo vệ Cấp dòng cho bàn nhiệt lên tới 11A Cung cấp khe cắm driver Hỗ trợ điều khiển tối đa trục Z máy Prusa Hỗ trợ LCD SD Card Báo tín hiệu LED gia nhiệt Có thể hỗ trợ kết nối servo Các chân I2C SPI để thuận lợi cho việc mở rộng board mạch Tất chân mosfet kết nối vào chân PWM Hỗ trợ kết nối USB chuẩn B Hình 5.52: Sơ đồ nguyên lý board RAMPS 75 75 Driver stepper motor Một phận thiếu điều khiển động bước driver Driver mạch phân phối xung cho động cơ, làm nhiệm vụ cấp điện cho động bước hoạt động Có loại driver sử dụng nhiều máy in 3D driver A4988 DRV8825 Hình 5.53: Driver A4988 Hình 5.54: Driver DRV8825 So sánh A4988 DRV8825 A4988 DRV8825 Sự phổ biến Phổ biến rộng Phổ biến Giá thành 6,8 USD/5PCS 10 USD/5PCS Dòng điện 2A 2,5 A Vi bước lớn 16 32 Màu PCB Đỏ/xanh Tím Biến trở Gần chân Dir Gần chân En Giá trị trở Rs 0.05 Ohm 0,1 Ohm 0.1 Ohm 0.2 Ohm Vref I_TripMax= Vref/(8*Rs) I_TripMax= Vref/(5*Rs) Số lớp mạch in Bảo vệ q nhiêt Có Có 76 76 Kích thước 5x5 mm 9,7x6,4 mm Bảng 5.6: So sánh driver A4988 Drv8825 Ở đồ án này, định sử dụng driver A4988 driver phổ biến giá thành rẻ Driver A4988 có giải điện áp hoạt động từ V – 35 V Nhiệt độ tối đa 1500C Điện điều khiển 3,3 V - V Dòng trung bình (RMS): A, dịng đỉnh: A Độ phân giải khác nhau: đủ bước, nửa bước, 1/4, 1/8, 1/16 Sơ đồ khối Hình 5.55: Sơ đồ khối A4988 Driver A4988 có chế độ lựa chọn vi bước khác tùy vào chân MS1, MS2, MS3 Tùy vào kiểu số chân MS nối với VCC khác ta điều khiển với vi bước khác 77 77 MS1 MS2 MS3 Vi bước Không nối Không nối Không nối Đủ bước VCC Không nối Không nối Nửa bước Không nối VCC Không nối 1/4 VCC VCC Không nối 1/8 VCC VCC VCC 1/16 Bảng 5.7: Thiết lập chế độ điều khiển Để nối chân MS với VCC ta cắm jumper board RAMPS hình vẽ Để sử dụng chế độ vi bước lớn 1/16 ta kết nối jumper vào board mạch Chân Cắm jumper Chân Cắm driver Hình 5.56: Vị trí kết nối driver Cơng tắc hành trình Cơng tắc hành trình thiết bị phản hồi nhằm giới hạn hành trình chuyển động máy Board RAMPS hỗ trợ tối đa chân cắm công tắc hành trình, vị trí vị trí max cho trục Đặc điểm công tắc hành trình tiếp điểm đóng hay mở phận di động máy thực hành trình di động định Nếu cơng tắc hành trình dùng để chuyển đổi mạch cuối hành trình ta gọi cơng tắc cuối hành trình Tùy theo kết cấu cơng tắc hành trình chia thành loại: kiểu nhấn, kiểu đòn, kiểu quay, … Trong đồ án này, sử dụng cơng tắc hành trình kiểu nhấn 78 78 Cơng tắc hành trình ln có chân chân COM, chân NC, chân NO Do tương tự có kiểu đấu dây cơng tắc hành trình đấu kiểu NO đấu kiểu NC Đối với kiểu NC: nối chân S board RAMPS với chân NC, nối chân (-) board mạch với chân C Đối với kiểu NO: nối chân S board RAMPS với chân NO, nối chân (-) board mạch với chân C Chân cắm Cơng tắc hành trình Hình 5.57: Vị trí kết nối cơng tắc hành trình Màn hình LCD Màn hình LCD có chức hiển thị tọa độ, thơng số trực tiếp in ấn mà không cần phải thơng qua kết nối với máy tính Ở ta dùng module LCD 2004 Hình 5.58: Module LCD 2004 Hình 5.59: Vị trí kết nối LCD Cảm biến nhiệt Cảm biến nhiệt cho phép ta biết giá trị nhiệt độ phun nhựa, bàn nhiệt (nếu có), từ quản lý điểu khiển giá trị nhiệt độ trước trình in Board RAMPS hỗ trợ cho ta khe cắm cảm biến nhiệt cho đầu phun nhựa bàn nhiệt Sử dụng dây nối cho cảm biến nhiệt, kết nối vào bo mạch vị trí T0, T1, T2 cho đầu phun 1, bàn nhiệt (nếu có), đầu phun (nếu có) 79 79 Điện trở gia nhiệt Điện trở gia nhiệt có tác dụng đốt nóng gia nhiệt cho cục nóng giúp cho nhựa nóng chảy Điện trở gia nhiệt kết nối vào cổng D10 board mạch RAMPS Chân cắm cảm bến nhiệt Chân cắm điện trở gia nhiệt Chân cấp nguồn Hình 5.60: Vị trí kết nối cảm biến nhiệt điện trở gia nhiệt Sơ đồ kết nối tổng quát: Bộ tời nhựa Đầu phun nhựa Khối nguồn Cảm biến nhiệt CTHT CTHT CTHT Trục X Trục Y Trục Z LCD 2004 Trục X Trục Y Trục Z 80 80 Hình 5.61: Sơ đồ kết nối tổng quát 5.7 Thiết lập thông số phần cứng máy Để máy hoạt động cần phải có vi điều khiển để điều khiển hoạt động máy, để vi điều khiển điều khiển xác thiết bị phần cứng máy cần phải có firmware phù hợp với thơng số phù hợp tương thích với phần cứng máy Đối với mơ hình máy in 3D, sử dụng firmware Marlin firmware phổ biến dễ dàng tùy biến thông số để phù hợp với cấu hình phần cứng loại máy in 3D khác Các thông số cần thiết lập cho firmware bao gồm: thiết lập thông số board mạch, cảm biến nhiệt, thông số cho động bước, đùn nhựa, đầu dị (nếu có), thơng số PID điều khiển tốc độ động cơ, Thiết lập thông số Baudrate: Để việc truyền nhận giữ liệu đồng vi điều khiển phần mềm giao tiếp phải thông số baudrate Baudrate thông số số bit truyền 1s Để thiết lập thông số baudrate, thay đổi số dịng lệnh thành thơng số baudrate cần thiết lập Một số thơng số sử dụng 9600, 11250, 25000, … #define BAUDRATE 250000 Thiết lập thông số board mạch: Có nhiều board mạch sử dụng để điều khiển máy in 3D RAMPS, MELZI, … board mạch có thơng số thiết lập khác để tương thích với firmware Thiết lập thơng số board mạch dòng lệnh : #ifndef MOTHERBOARD #define MOTHERBOARD BOARD_RAMPS_13_EFB #endif Thiết lập số lượng đầu phun: Thay đổi số lượng đầu phun dòng lệnh sau: #define EXTRUDERS Thiết lập giá trị cảm biến nhiệt: tương tự thiết lập thơng số board mạch loại cảm biến nhiệt có giá trị khác nhau, firmware marlin hỗ trợ tối đa cảm biến nhiệt cho đầu phun nhựa cảm biến nhiệt cho bàn nhiệt #define TEMP_SENSOR_0 #define TEMP_SENSOR_1 #define TEMP_SENSOR_2 #define TEMP_SENSOR_BED Thiết lập tọa độ di chuyển cho máy: để máy motor quay chiều theo hệ tọa độ ta cần phải thiết lập thơng số firmware Dùng phương pháp thử sai để thiết 81 81 lập thông số Cho trục tọa độ di chuyển theo phương định, trục tọa độ di chuyển ngược hướng thay đổi câu lệnh từ True thành False ngược lại Thiết lập tọa độ máy câu lệnh dưới: #define INVERT_X_DIR true #define INVERT_Y_DIR true #define INVERT_Z_DIR true #define INVERT_E0_DIR false #define INVERT_E1_DIR false #define INVERT_E2_DIR false Thay đổi hướng home trục tọa độ: Trước máy bắt đầu in trục tọa độ phải gốc tọa độ để gia nhiệt cho đầu phun, bàn nhiệt, … Để trục di chuyển gốc tọa độ phù hợp ta cần thiết lập hướng di chuyển cho trục Phương pháp thiết lập tương tự thiết lập tọa độ di chuyển cho máy, hướng home khơng mong muốn đổi giá trị từ -1 thành ngược lại Các thông số thiết lập câu lệnh sau: #define X_HOME_DIR -1 #define Y_HOME_DIR -1 #define Z_HOME_DIR -1 Thiết lập không gian làm việc cho máy: Cần phải giới hạn không gian làm việc máy theo phần cứng thiết kế lắp đặt Các thiết lập không gian làm việc máy thay đổi câu lệnh đây: #define X_MAX_POS 200 #define X_MIN_POS #define Y_MAX_POS 200 #define Y_MIN_POS #define Z_MAX_POS 200 #define Z_MIN_POS Thiết lập số trục tọa độ: Firmware hỗ trợ điều khiển tối đa trục tương ứng với truc X, Y, Z trục tọa độ tương ứng với đầu phun nhựa Thay đổi thông số câu lệnh sau: #define NUM_AXIS Thiết lập tốc độ home: Thông số thiết lập tốc độ đưa trục gốc tọa độ, thay đổi thông số câu lệnh: 82 82 #define HOMING_FEEDRATE {50*60, 50*60, 4*60, 0} Thiết lập thông số tốc độ tối đa gia tốc tối đa trục câu lệnh sau: #define DEFAULT_MAX_FEEDRATE #define DEFAULT_MAX_ACCELERATION {500, 500, 5, 25} // (mm/sec) {9000,9000,100,10000} Thiết lập module LCD: Nếu sử dụng LCD để giao tiếp điều khiển máy in ta thay đổi thiết lập firmware cách thêm dòng lệnh sau firmware: #define REPRAP_DISCOUNT_SMART_CONTROLLER Thiết lập thông số step/mm: Đây thông số quan trọng điều khiển, xác định giá trị số vịng quay cần thiết động để vít me đai dịch chuyển 1mm Để thiết lập thông số cần thực qua bước: Bước 1: Tính tốn sơ giá trị step/mm Bước 2: Tinh chỉnh lại thơng số Tính tốn sơ giá trị: tùy thuộc vào truyền cách điều khiển động mà thông số khác Đối với truyền đai: Trong đó: A góc bước nhỏ động cơ, A = 0,90 B vi bước driver, dây ta điều khiển động bước với chế độ điều khiển vi bước, B = 1/16 C bước đai, C = 2,5mm D số pulley, D = 20 Do đó: Đối với truyền vít me – đai ốc : Trong đó: E bước vít me, sử dụng vít me bước 2,5mm E = 2,5mm Do 83 83 Đối với tời nhựa Trong đó: E tỷ số đường kính cặp bánh dẫn động, dây không dùng cặp bánh dẫn động nên E = G đường kính pulley tời nhựa Do Để tinh chỉnh lại thông số ta thực nhưa sau: Đối với tời nhựa, ta cho tời nhựa di chuyển thủ công đoạn 50mm, sau dùng thước kẹp đo lại khoảng dịch chuyển thực tế sợi nhựa, giá trị thực thông số step/mm tính sau Trong đó: Stt giá trị step/mm thực tế Slt giá trị step/mm tính tốn H khoảng di chuyển thủ cơng, (H = 50mm) I khoảng dịch chuyển thực tê Đối với trục X, Y, Z ta in thử mẫu in dạng hơp có kích thước 50x50x50 mm, sau đo lại kích thước thực tính tốn lại thơng số cơng thức Lặp lại bước canh chĩnh nhiều lần để đạt giá trị xác Sau có giá trị cần thiết, thiết lập lại thơng số dịng lệnh sau: #define DEFAULT_AXIS_STEPS_PER_UNIT {160,160,320,185} 5.8 Phần mềm điều khiển Phần mềm điều khiển máy in giúp ta vận hành máy trường hợp khơng có LCD thuận tiện thao tác vận hành máy thủ công Phần mềm điều khiển giúp ta thực thao tác vận hành máy tay đơn giản dễ dàng so với LCD, LCD thực thao tác di chuyển trục, gia nhiệt, phần mềm điều khiển thực thao tác đồng thời nhập thủ cơng lệnh Gcode cho q trình test máy, chỉnh bàn in, 84 84 Có nhiều phần mềm điều khiển máy in 3D repertier host, pronterface … Trong đồ án, sử dụng phần mềm pronterface Phần mềm pronterface phần mềm miễn phí có ưu điểm dung lượng phần mềm nhỏ, giao diện trực quan, dễ sử dụng Hình 5.62: Giao diện phần mềm Pronterface Phần mềm CAM Phần mềm CAM phần mềm có nhiệm vụ cắt lớp mẫu 3D sau tạo đường chạy nhựa sau xuất dạng file Gcode Có nhiều phần mềm CAM sử dụng với máy in 3D, đề tài nhóm sử dụng phần mềm Slic3r phần mềm sử dụng tương đối nhiều Slic3r có nhiều thơng số thiết lập với nhiều đường chạy nhựa từ tối ưu chất lượng mẫu in 85 85 Hình 5.63: Giao diện phần mềm slic3r Các thông số thiết lập chế độ in bao gồm: Print setting: Tốc độ, chiều dày lớp in, chiều dày lớp in, độ đặc chi tiết, thông số support chiều dày, độ đặc, … Filament setting: Đường kính sợi nhựa, nhiệt độ lớp in Printer setting: Kích thước bàn máy, định dạng Gcode, cấu trúc Gcode Để đạt chất lượng in tốt cần thiết lập thông số in phù hợp tương thích với phần cứng máy Các thơng số có ảnh hướng lớn đến chất lượng mẫu in tốc độ in bao gồm tốc độ in lớp thành, tốc độ in lớp phía trong, tốc độ chạy không , chiều dày lớp in, nhiệt độ gia nhiệt sợi nhựa, nhiệt độ in, … Thiết lập nhiều thơng số giúp cho q trình in kiểm sốt cách tối đa thuận lợi cho q trình in tạo điều kiện giúp cải thiện chất lượng mẫu in tốt 86 86 Chiều dày lớp Chiều dày lớp Số lớp in lớp đầu lớp cuối Hình 5.64: Thiết lập Layers and perimeters Layer height chiều dày lớp, chiều dày lớp nhỏ chi tiết in mịn nhiên thời gian in chậm Lớp in mỏng hạn chế khác khuyết tật mẫu in vết nhựa dư, chảy nhựa, … Ngược lại lớp in dày thời gian in nhanh nhiên có số nhược điểm sai lệch kích thước lớn hơn, độ bóng bề mặt thấp, chất lượng mẫu in không cao Chiều dày lớp in tối đa khơng q đường kính đầu phun nhựa First layer height chiều dày lớp in đầu tiên, chiều dày lớp in lớn đảm bảo vật in bám bàn in nhiên chiều dày lớp đầu lớn tổn hao vật liệu, cần lựa chọn phù hợp Để có thơng số phù hợp phải phụ thuộc vào hình dáng kích thước mẫu in, kinh nghiệm in loại chi tiết vật liệu khác Solid layers số lớp in cần để in lớp đáy lớp đỉnh Thông số tương đối quan trọng lớp đỉnh Perimeters thông số xác định số lớp thành sản phẩm, số lớp thành sản phẩm nhiều chi tiết bền Solid layers số lớp in để in phần đáy phần đỉnh chi tiết Đối với chi tiết có độ rỗng cao cần phần cân nhắc phương án in lớp đỉnh tăng số lớp in tăng chiều dày lớp, độ rỗng chi tiết cao lớp in 87 87 phía đỉnh dễ bị chảy nhựa khoảng hở, hoảng hở lớn dễ chảy nhựa hơn, dễ làm bề mặt phía chi tiết bị hở Độ đặc chi tiết Kiểu đường in lớp phía Kiểu dường in lớp đáy lớp đỉnh Hình 5.65: Thiết lập infill Fill desity độ đặc chi tiết,độ đặc lớn chi tiết có độ cứng cao nhiên thời gian in lâu tốn nhiều nhựa Fill pattern dạng chạy nhựa lớp Top/bottom fill pattern dạng chạy nhựa lớp đáy lớp đỉnh Tốc độ in thành sản phẩm Tốc độ in lớp phía Tốc độ in lớp Tốc độ in support 88 88 Hình 5.66: Thiết lập speed Perimeters: tốc độ in thành sản phẩm Small perimeters: tốc độ in thành sản phẩm chi tiết nhỏ, chi tiết nhỏ sử dụng tốc độ thấp nhằm đảm bảo vật liệu hóa rắn kịp thời giảm quán tính tác dụng lên bàn máy Infill: tốc độ in lớp phía sản phẩm, phía sản phẩm in với tốc độ cao vị trí khác sản phẩm Top solid in fill: tốc độ in phía vật thể, nên in với tốc độ chậm để độ đặc chi tiết thấp Support material: tốc độ in lớp support Brigdes: tốc độ in qua khe hở Đối với chi tiết có độ đặc thấp độ hở cao cần với tốc độ hợp lý để tránh bị chảy nhựa làm rỗ bề mặt chi tiết Gap fill: tốc độ in khe hẹp Travel: tốc độ chạy không in First layer speed: tốc độ in lớp đầu tiên, tốc độ lớp khơng nên thiếp lập q cao lớp coi lớp đáy để đỡ chi tiết nên in chậm để vật liệu hoá rắn kịp bám dính vào bàn in Đường kính sợi nhựa Nhiệt độ in đầu phun nhựa Nhiệt độ bàn nhiệt Hình 5.67: Thiết lập sợi nhựa 89 89 Filament Diameter: đường kính sợi nhựa, phổ biến nhựa có đường kính 1,75mm; 3mm Extruder temperature: nhiệt độ in, tùy theo loại nhựa khác mà thiết đặt nhiệt độ in khác Đường kính đầu phun Khoảng rút nhựa Hình 5.68: Thiết lập đầu phun nhựa Nozzle diameter: Đường kính đầu phun nhựa Đường kính đầu phun nhựa yếu tố quan trọng ảnh hưởng tới đường kính sợi nhựa phun Cần phải thiết lập với đường kính đầu phun có Retraction length: Chiều dài đoạn nhựa in bị rút ngược lại trước máy in di chuyển qua vùng không đùn nhựa để tránh nhựa bị chảy rớt Retraction lift Z: Chiều cao đầu đùn nâng lên trước rút ngược nhựa in di chuyển sang vị trí khác 5.9 Các kiểu chạy nhựa Slic3r cung cấp nhiều đường chạy nhựa khác để lựa chọn đường chạy nhựa tối ưu cho loại mẫu in khác Một số kiểu đường chạy đầu phun nhựa: 90 90 Hình 5.69: Kiểu rectilinear Hình 5.70: Kiểu line Hình 5.71: Kiểu concentric Hình 5.72: Kiểu honeycomb Hình 5.73: Kiểu hibertcurve Hình 5.74: Kiểu archimedeanchords Hình 5.75: Kiểu octagramspirals Hình 5.76: Kiểu 3dhoneycomb Mỗi kiểu chạy nhựa có ưu điểm nhược điểm riêng Kiểu rectilinear kiểu line giống nhay kiểu chạy nhiên kiểu line đường chạy nhựa có liên kết với có giảm thời gian đường chạy khơng khác với kiểu rectilinear khơng có liên kết với tốn thêm thời gian cho khoảng chạy khơng in Kiểu hilbertcure đường chạy nhựa có nhiều đường gấp khúc khơng nên chạy với tốc độ cao quán tính gia tốc vị trí lớn ảnh hưởng đến máy chất lượng mẫu in 91 91 Kiểu honeycomb, archimedeanchords, 3dhoneycomb kiểu chạy nhựa tượng đối phù hợp với lớp phía với kiểu chạy nhựa in với tốc độ cao Kiểu rectilinear, linear, concentric thường dùng cho lớp đáy lớp phía mẫu in đạt thẩm mĩ cao mặt khác lớp không yêu cầu chạy tốc độ cao nên sử dụng kiểu 92 92 CHƯƠNG 6: KẾT LUẬN – ĐỀ NGHỊ Kết luận Sau trình nghiên cứu, tính tốn thiết kế, nhóm chế tạo thành cơng mơ hình máy in 3D, với dung sai chi tiết dao động từ 0,1 ~ 0,2 mm Vật liệu sử dụng trình in nhựa ABS nhựa PLA Thông số kỹ thuật: Thơng số Giá trị Kích thước máy 340x340x380 mm Khơng gian làm việc 200x200x200 mm Không gian in tối ưu 190x190x190 mm Tốc độ in tối đa 150 mm/s Tốc độ in tối ưu 90 ~ 120 mm/s Nguồn điện 220V Bảng 6.1: Thơng số kỹ thuật Hình 6.1: Mơ hình thiết kế máy in 3D 93 93 Hình 6.2: Mơ hình thực tế Quy trình vận hành máy Quy trình vận hành máy thể qua sơ đồ khối: File 3D STL Phần mềm CAM Xuất file Gcode Phần mềm điều khiển LCD Đưa trục home Gia nhiệt đầu phun, bàn nhiệt Bắt đầu in Trục X,Y home,lấy sản phẩm Hồn thành in Hình 6.3: Sơ đồ khối trình in Để điều khiển máy in giao diện máy tính bước kết nối máy in với máy tính thơng qua cáp kết nối USB kết nối board điều khiển máy tính Mở giao diện phần mềm pronterface Trên giao diện phần mềm pronterface, chọn cổng kết nối (Port) thông số Baudrate Nhấn nút connect để kết nối máy in với phần mềm 94 94 Sử dụng nút di chuyển trục X, Y, Z để di chuyển trục, có bước di chuyển sử dụng 0,1mm, 1mm, 10mm, 100mm Dùng phím home để chuẩn trục Thiết lập baudrate Cổng USB kết nối máy in Kết nối máy in phần mềm Nạp gcode cho máy Chế độ điều khiển manual Nhập lệnh thủ cơng Hình 6.4: Các chức điều khiển Nhấn phím Load file để đưa mơ hình vào phần mềm đưa định dạng file STL, file Gcode Để bắt đầu in nhấn nút Print, nhấn nút Pause để tạm dừng trình in Để nhập thủ cơng câu lệnh, nhập lệnh vào sau nhấn nút send để gửi lệnh vào máy in Để kết thúc phiên làm việc, ngắt kết nối máy tính máy in Đối với trường hợp khơng sử dụng máy tính ta sử dụng module LCD để điều khiển máy Sử dụng nút xoay phía trước LCD để lựa chọn chức sử dụng Một số chức sử dụng LCD gồm: • Di chuyển trục X, Y, Z, E với bước dịch chuyển 0,1mm, 1mm, 10mm • • Gia nhiệt cho đầu phun Autohome trục 95 95 • Thiết lập thông số tốc độ in, nhiệt độ gia nhiệt,… Cây thư mục module LCD thể hện sơ đồ: Hình 6.5: Sơ đồ thư mục Trước vận hành máy nên bôi lớp keo dán lên bề mặt bàn in để tăng độ kết dính lớp in Trước bắt đầu in cần di chuyển đầu phun vị trí an tồn sau dùng lệnh thủ công cho đùn sợi nhựa khoảng 10mm sau lau vết nhựa để đảm bảo đầu phun khơng bị tắc nhựa Nhược điểm: Hiện máy cịn số nhược điểm như: 96 96 - Độ ổn định hệ thống chưa tốt Dung sai sản phẩm chưa ổn định, chiều dày lớp in nhỏ dung sai thấp Một số hình ảnh sản phẩm từ máy: Hình 6.6: Một số sản phẩm từ máy Hướng phát triển: - Khắc phục lỗi máy Xây dựng máy in in nhiều màu sắc - Cải thiện tốc độ in cao Nghiên cứu vật liệu in khác có chất lượng cao 97 97 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng việt [1] Trịnh Chất – Lê Văn Uyển, Tính tốn thiết kế hệ dẫn động khí tập 1, tập 2, NXB giáo dục Việt Nam, 2010 [2] Trần Quốc Hùng, Thiết kế máy cắt kim loại, đại học sư phạm kỹ thuật Hổ Chí Minh [3] Trần Quốc Hùng, giáo trình dung sai kỹ thuật đo, NXB đại học quốc gia thành phốHồ Chí Minh, 2013 [4] PGS TS Đặng Thiện Ngơn, Giáo trình trang bị - điện điện tử máy công nghiệp, NXB đại học quốc gia thành phố Hồ Chí Minh, 2013 Nguồn khác [5] Ball screw catalouge, PMI, link www.pmi-amt.com/en/support [6] HIWIN Linear guideway catalouge, link www.hiwin.com/downloads.html [7] www.us.misumi-ec.com/ [8] www.reprap.org [9] www.orientalmotor.com 98 98 ... nghệ in 3D số mẫu máy in 3D điển hình sử dụng phổ biến thị trường từ làm tiền đề cho việc lựa chọn kế cấu công nghệ in sử dụng đồ án CHƯƠNG 3: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 3.1 Khái quát chung máy in 3D Máy in. .. quát chung máy in 3D Máy in 3d đời vào năm 80 dòng máy in 3D SLA giới Về máy in 3D có kết cấu khí gần giống nhau, khác phận tạo mẫu Xét tổng quan máy in 3D FDM có kết cấu gồm phần chính: phần mềm... TẮT ĐỒ ÁN THIẾT KẾ CHẾ TẠO MÁY IN 3D SỬ DỤNG CƠ CẤU COREXY Trong năm trở lại đây, công nghệ in FDM (Fused Deposition Molding) phát triển nhanh với ưu điểm vật liệu dễ kiếm, không gây độc hại, kết