Tối ưu hóa thông số công nghệ quá trình tạo mẫu nhanh FDM

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TPHCM TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA - NGƠ THỊ HOA TỐI ƢU HĨA THƠNG SỐ CƠNG NGHỆ Q TRÌNH TẠO MẪU NHANH FDM Chun ngành: Công Nghệ Chế Tạo Máy LUẬN VĂN THẠC SĨ TP HỒ CHÍ MINH, tháng 06 năm 2013 Tối ưu hóa thơng số cơng nghệ q trình tạo mẫu nhanh FDM ĐẠI HỌC QUỐC GIA TPHCM TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA - NGÔ THỊ HOA Đề tài: TỐI ƢU HĨA THƠNG SỐ CƠNG NGHỆ Q TRÌNH TẠO MẪU NHANH FDM Chuyên ngành: Công Nghệ Chế Tạo Máy LUẬN VĂN THẠC SĨ TP HỒ CHÍ MINH, tháng 06 năm 2013 HVTH: Ngô Thị Hoa_11044531 i GVHD: PGS.TS Thái Thị Thu Hà Tối ưu hóa thơng số cơng nghệ q trình tạo mẫu nhanh FDM CƠNG TRÌNH ĐƯỢC HỒN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH Cán hướng dẫn khoa học : PGS.TS THÁI THỊ THU HÀ Cán chấm nhận xét : Cán chấm nhận xét : Luận văn thạc sĩ bảo vệ Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG TP HCM ngày tháng năm Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm: Xác nhận Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV Bộ môn quản lý chuyên ngành sau luận văn sửa chữa (nếu có) CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG HVTH: Ngô Thị Hoa_11044531 TRƢỞNG KHOA………… ii GVHD: PGS.TS Thái Thị Thu Hà Tối ưu hóa thơng số cơng nghệ trình tạo mẫu nhanh FDM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA PHÕNG ĐÀO TẠO SĐH CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự - Hạnh phúc NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên: NGÔ THỊ HOA MSHV: 11044531 Ngày, tháng, năm sinh: 06/06/1987 Nơi sinh: Bến Tre Chuyên ngành: Công Nghệ Chế Tạo Máy Mã số: 605204 I- TÊN ĐỀ TÀI: TỐI ƯU HĨA THƠNG SỐ CƠNG NGHỆ Q TRÌNH TẠO MẪU NHANH FDM II- NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: - Nghiên cứu tổng quan công nghệ tạo mẫu nhanh FDM - Nghiên cứu thông số công nghệ qui trình FDM - Nghiên cứu tổng quan quy hoạch thực nghiệm tối ưu hóa - Tiến hành thực nghiệm - Xử lý số liệu - Tối ưu hóa thông số công nghệ III- NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 21/01/2013 IV- NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 21/06/2013 V- CÁN BỘ HƢỚNG DẪN: PGS.TS THÁI THỊ THU HÀ Tp HCM, ngày tháng năm 20 CÁN BỘ HƢỚNG DẪN (Họ tên chữ ký) CHỦ NHIỆM BỘ MÔN ĐÀO TẠO (Họ tên chữ ký) TRƢỞNG KHOA (Họ tên chữ ký) HVTH: Ngô Thị Hoa_11044531 iii GVHD: PGS.TS Thái Thị Thu Hà Tối ưu hóa thơng số cơng nghệ q trình tạo mẫu nhanh FDM LỜI CẢM ƠN Lời đầu tiên, em xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành sâu sắc đến cô PGS.TS Thái Thị Thu Hà thầy PGS.TS Đặng Văn Nghìn tận tình hướng dẫn hỗ trợ giúp đỡ em vượt qua nhiều khó khăn suốt trình thực luận văn Em xin gởi lời cảm ơn đến gia đình hổ trợ em mặt kinh phí, ủng hộ em mặt tinh thần tạo điều kiện thuận lợi cho em hoàn thành luận văn Em xin gởi lời cảm ơn đến: – Ban giám hiệu trường Đại Học Bách Khoa TPHCM – Quý thầy, khoa khí trường ĐHBK – Q thầy, bạn cơng tác viên phịng thí nghiệm trọng điểm quốc gia – Q thầy, phịng quản lý sau đại học trường ĐHBK Cuối cùng, em xin gởi lời cảm ơn đến bạn đồng nghiệp, bạn lớp cao học công nghệ chế tạo máy K2011 trường ĐHBK, bạn viện học tin học ứng dụng có ý kiến đóng góp cho em thời gian thực luận văn TP Hồ Chí Minh, ngày 21 tháng 06 năm 2013 NGƠ THỊ HOA HVTH: Ngơ Thị Hoa_11044531 iv GVHD: PGS.TS Thái Thị Thu Hà Tối ưu hóa thơng số cơng nghệ q trình tạo mẫu nhanh FDM TĨM TẮT LUẬN VĂN FDM hệ thống tạo mẫu nhanh tạo sản phẩm thật trực tiếp từ nguồn liệu CAD Trong tất trình tạo mẫu nhanh, FDM sử dụng sợi nhựa nhiệt dẻo đùn từ đầu đùn nhiệt độ môi trường chuẩn để xây dựng mẫu theo phương pháp bồi đắp theo lớp Chất lượng mẫu sản xuất từ trình FDM phụ thuộc đáng kể vào thơng số cơng nghệ q trình Tối ưu hóa thơng số cơng nghệ máy FDM để xác định thông số công nghệ hợp lý để tiến tới sản xuất sản phẩm sản xuất mẫu Mục tiêu luận văn nghiên cứu ảnh hưởng ba thông số công nghệ: độ dày lớp, nhiệt độ đầu đùn tốc độ điền đầy đến độ xác kích thước độ nhám mẫu Để cải nâng cao độ xác kích thước tối thiểu hóa độ nhám mẫu ta sử dụng phương pháp thực nghiệm tâm xoay (hỗn hợp quay đều) để tiến hành thực nghiệm Sử dụng phần mềm Matlab để tối ưu hóa thơng số cơng nghệ q trình HVTH: Ngơ Thị Hoa_11044531 v GVHD: PGS.TS Thái Thị Thu Hà Tối ưu hóa thơng số cơng nghệ q trình tạo mẫu nhanh FDM ABSTRACT Fused Deposition Modelling (FDM) is a rapid prototyping system that produces physical models directly from the computer aided design CAD data sources Out of all commercially available RP processes, fused deposition modelling (FDM) uses heated thermoplastic filament which are extruded from the tip of nozzle in a prescribed manner in a temperature controlled environment for building the part through a layer by layer deposition method The quality of FDM produced parts is significantly affected by various parameters used in the process This dissertation work aims to study the effect of three main process parameters such as layer thickness, speed solid infill, extruder temperature on surface roughness and dimensional accuracy In order to improving dimensional accuracy and minimize the surface roughness of the part, a process improvement strategy through effective control of process parameters based on central composite design (CCD) is employed Optimum simultaneously process parameters of standard test specimen have been found out using software Matlab HVTH: Ngô Thị Hoa_11044531 vi GVHD: PGS.TS Thái Thị Thu Hà Tối ưu hóa thơng số cơng nghệ q trình tạo mẫu nhanh FDM LỜI CAM KẾT Tơi tên: NGƠ THỊ HOA Học viên lớp: cao học công nghệ chế tạo máy K2011 Mã số học viên: 11044531 Theo định giao đề tài luận văn cao học phòng Đào tạo Sau đại học, Đại học Bách khoa Tp.HCM, thực luận văn cao học với đề tài “Tối ưu hóa thơng số cơng nghệ q trình tạo mẫu nhanh FDM” hướng dẫn PGS.TS Thái Thị Thu Hà từ ngày 21/01/2013 đến 21/06/2013 Tôi xin cam kết luận văn tốt nghiệp cao học thực Tôi thực luận văn theo quy định phòng đào tạo sau đại học, trường Đại Học Bách Khoa TP.HCM theo hướng dẫn PGS.TS Thái Thị Thu Hà Tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm với lời cam kết Nếu có sai phạm q trình thực luận văn, tơi xin hồn tồn chịu hình thức xử lý phòng đào tạo sau đại học Ban Giám Hiệu Trường Đại Học Bách Khoa TP Hồ Chí Minh Học viên Ngơ Thị Hoa HVTH: Ngơ Thị Hoa_11044531 vii GVHD: PGS.TS Thái Thị Thu Hà Tối ưu hóa thơng số cơng nghệ q trình tạo mẫu nhanh FDM Mục Lục Chương 1: Giới Thiệu Đề Tài 1.1 Giới thiệu chung công nghệ tạo mẫu nhanh 1.1.1Khái niệm công nghệ tạo mẫu nhanh: 1.1.2 Tầm quan trọng công nghệ tạo mẫu nhanh 1.1.3 Các phương pháp tạo mẫu nhanh 1.2 Giới thiệu chung công nghệ tạo mẫu nhanh FDM 1.2.1 Nguyên lý chung tạo mẫu nhanh theo công nghệ FDM 3 1.2.2 Ưu nhượt điểm phạm vi ứng dụng công nghệ tạo mẫu nhanh FDM 1.3 Tính cấp thiết đề tài 11 1.4 Mục tiêu luận văn 12 1.5 Nội dung thực luận văn 12 1.6 Phương pháp nghiên cứu 12 Chương 2: Tổng quan 13 2.1 Các tiêu đánh giá chất lượng sản phẩm 13 2.1.1 Độ xác mẫu 13 2.1.2 Độ nhám mẫu 16 2.1.3 Độ bền mẫu 17 2.2 Mẫu thực nghiệm 19 2.3 Phương pháp thực nghiệm 21 2.4 Nhận xét đánh giá 22 Chương 3: Nghiên Cứu Thực Nghiệm 23 3.1 Mẫu thực nghiệm 23 3.2 Thiết bị thí nghiệm 23 3.3 Vật liệu tạo mẫu 25 3.4 phương pháp thực nghiệm 26 3.5 Thông số công nghệ 27 3.6 Thiết bị đo 30 3.7 Kết thực nghiệm 32 Chương 4: Xử lý kết tối ưu hóa 35 4.1 Cơ sở lý thuyết HVTH: Ngô Thị Hoa_11044531 35 viii GVHD: PGS.TS Thái Thị Thu Hà Tối ưu hóa thơng số cơng nghệ q trình tạo mẫu nhanh FDM 4.1.1 Tính tốn hệ số phương trình hồi quy 35 4.1.2 Đánh giá mức xác, ý nghĩa hệ số phương trình hồi quy 36 4.1.3 Kiểm tra tính thích hợp phương trình hồi quy 36 4.2 Tính tốn quy hoạch thực nghiệm 37 4.2.1 Độ xác mẫu 38 4.2.2 Độ nhám mẫu 45 4.3 Nhận xét 50 4.4 Tối ưu hóa thơng số cơng nghệ 51 4.4.1 Độ xác mẫu 51 4.4.2 Độ nhám mẫu 54 Chương 5: Kết Luận kiến nghị 58 Kết luận: 58 Kiến nghị 58 Tài Liệu Tham Khảo 59 Phụ Lục 62 Phụ Lục 62 Phụ lục 65 HVTH: Ngô Thị Hoa_11044531 ix GVHD: PGS.TS Thái Thị Thu Hà Tối ưu hóa thơng số cơng nghệ q trình tạo mẫu nhanh FDM [12] Anitha, R., Arunachalam, S., Radhakrishnan, “Critical parameters influencing the quality of prototypes in fused deposition modelling” Journal of Materials Processing Technology 118, pp 385-388 [13] Mahapatra, S., Sood, A., Patel, S., and Sahu, “ Optimization of Process Parameters in Fused Depostion Modelling using Weighted Principal Component Analysis”, Administrative Staff College of India (ASCI), Hyderabad, India, 2009 [14] Lee, B., Abdullah, J., and Khan, Z., “Optimization of rapid prototyping parameters for production of flexible ABS object” Journal of Materials Processing Technology, pp 54-61, 2005 [15] Todd Grimm “Fused Deposition Modeling: A Technology Evaluation” [16] Chatterjee A., Kumar S., Saha P., Mishra P., and Choudhury R “An experimental design approach to selective laser sintering of low carbon steel” Journal of Materials Processing Technology 136(1-3), pp 151-157,2003 [17] Ahn, S., Montero, M., Odell, D., Roundy, S., and Wright, P., “Anisotropic material properties of fused deposition modeling ABS” Rapid prototyping Journal, pp 248-257,2002 [18] PGS.TS Nguyễn Hữu Lộc “Quy hoạch phân tích thực nghiệm”, nhà xuất đại học quốc gia TP HCM, 2011 [19] Nguyễn Cảnh, “quy hoạch thực nghiệm”, nhà xuất đại học quốc gia TP HCM, 2011 [20] PGS.TS Đặng Văn Nghìn, “Bài giảng mơn học hệ thống sản xuất tiên tiến.”, Khoa khí, trường ĐHBK-ĐHQG TPHCM, 2010 [21]Nguyễn Văn Dự, Nguyễn Đăng Bình, “Quy hoạch thực nghiệm kỹ thuật”, nhà xuất khoa học kỹ thuật Hà Nội, 2011 [22] Robert L Mason, Richard F G unst, James L H ess “Statistical Design and Analysis of Experiments”A John Wiley & Sons publication HVTH: Ngô Thị Hoa_11044531 60 GVHD:PGS.TS: Thái Thị Thu Hà Tối ưu hóa thơng số cơng nghệ q trình tạo mẫu nhanh FDM [23] Các webside vật liệu [24] www.reprap.org [25] Phần mềm Minitab R16 [26] Phần mềm Matlab 2011 HVTH: Ngô Thị Hoa_11044531 61 GVHD:PGS.TS: Thái Thị Thu Hà Tối ưu hóa thơng số cơng nghệ q trình tạo mẫu nhanh FDM Phụ Lục Phụ Lục Bảng 1: Ma trận quy hoạch X ST T x0 x1 x2 x3 -1 -1 -1 1 -1 -1 -1 -1 1 -1 -1 -1 1 -1 1 -1 1 1 1 -1,682 0 1,682 0 -1,682 1,682 0 -1,682 0 1,682 0 0 0 0 0 0 T Bảng 2: Bảng ma trận chuyển vị X x12 x22 1 1 1 1 2,83 2,83 0 0 0 0 0 x32 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 2,83 2,83 0 2,83 2,83 0 0 0 0 0 0 x1x2 x1x3 x2x3 -1 -1 1 -1 -1 0 0 0 0 0 0 -1 -1 -1 -1 0 0 0 0 0 0 1 -1 -1 -1 -1 1 0 0 0 0 0 0 Từ cột 1-10 -1 -1 -1 1 1 1 1 -1 -1 1 -1 -1 1 -1 -1 1 -1 -1 HVTH: Ngô Thị Hoa_11044531 1 -1 1 1 -1 -1 -1 -1 1 1 -1 -1 1 -1 1 1 -1 -1 62 -1 1 1 -1 -1 1 1 1 1 1 1 -1,682 0 2,83 0 0 1,682 0 2,83 0 0 GVHD:PGS.TS: Thái Thị Thu Hà Tối ưu hóa thơng số cơng nghệ q trình tạo mẫu nhanh FDM Từ cột 11-20 -1,682 0 2,83 0 0 1,682 0 2,83 0 0 0 -1,682 0 2,83 0 0 1,682 0 2,83 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 Bảng 3: Ma trận X.XT 20 0 13,66 13,66 13,66 13,65825 0 0 0 13,65825 0 0 0 13,65825 0 13,66 0 24,0178 8 13,66 0 24,0178 13,66 0 8 24,0178 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 T -1 Bảng 4: ma trận (X.X ) 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0,166346 0 -0,05678 -0,05678 -0,05678 0 0 0,0732 0 0 0 0 0 0,0732 0 0 0 0 0 0,0732 0 0 0 -0,05678 0 0,069332 0,006902 0,006902 0 -0,05678 0 0,006902 0,069332 0,006902 0 -0,05678 0 0,006902 0,006902 0,069332 0 0 0 0 0 0,125 0 0 0 0 0 0,125 0 0 0 0 0 0,125 HVTH: Ngô Thị Hoa_11044531 63 GVHD:PGS.TS: Thái Thị Thu Hà Tối ưu hóa thơng số cơng nghệ q trình tạo mẫu nhanh FDM Bảng 4: Kết thực nghiệm N x0 x1 x2 1 -1 -1 T RaS %T %L %W Ra 0,6 1,46 1,35 24,6 2,74 -1 1 -1 -1 0,8 1,48 1,5 25,7 3,16 -1 -1 0,6 1,82 1,4 20,3 2,98 1 -1 1,68 2,35 27,41 3,57 -1 -1 0,8 1,18 1,3 24,88 2,8 1 -1 2,6 1,76 1,95 38,6 4,7 -1 1 1,2 1,72 1,5 23,27 2,85 1 1 2,8 2,42 2,45 29,4 4,8 -1,682 0 0,8 1,6 0,85 19,65 1,98 10 1,682 0 2,2 1,72 1,85 28,17 4,08 11 -1,682 0,6 2,3 1,55 29,55 3,56 12 1,682 0,8 2,98 2,05 25,87 3,01 13 0 -1,682 3,4 1,48 1,95 21,62 2,98 14 0 1,682 3,2 1,88 1,75 33,95 3,57 15 0 2,2 1,9 1,3 22,83 2,75 16 0 1,6 2,02 1,45 21 2,36 17 0 2,16 1,5 24,7 3,16 18 0 1,6 1,8 1,5 21,46 2,8 19 0 2,2 1,86 1,2 21,4 2,86 20 0 1,86 1,5 22,68 2,28 x3 HVTH: Ngô Thị Hoa_11044531 64 GVHD:PGS.TS: Thái Thị Thu Hà Tối ưu hóa thơng số cơng nghệ q trình tạo mẫu nhanh FDM Phụ lục PHÂN TÍCH THIẾT KẾ HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG MÁY TẠO MẪU NHANH FDMI DESIGN ANALYSIS FDM MACHINE TRANSMISSION SYSTEMI Phạm Quang Thắng1,a, Trịnh Văn Thái2, Thái Thị Thu Hà2, Nguyễn Thanh Hải1, Ngô Thị Hoa2 Viện Cơ Học Tin Học Ứng Dụng - Viện Khoa Học Cơng Nghệ Việt Nam Phịng Thí Nghiệm Trọng Điểm Quốc Gia Điều Khiển Số Kỹ Thuật Hệ Thống a pqthangqn@yahoo.com, 0905968885 Tóm tắt: Hệ thống truyền động máy FDM (Fused Deposition Modeling) có vai trị quan trọng việc di chuyển đầu đùn đến vị trí tạo mẫu, ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm Trên sở phương án lựa chọn, tiến hành tính tốn thiết kế hệ thống truyền động máy FDM, đồng thời tính tốn ứng suất biến dạng hệ thống phần mềm Ansys Từ khóa: Động học, hệ thống truyền động, tạo mẫu nhanh Abstract FDM machine transmission system has an important role in moving the extrusion head to process position, affecting the quality of the product On the basis of the alternative has selected, conduct design calculations FDM machine transmission system, and calculate the stresses and displacements of the system using Ansys software Keywords: Fused Deposition Modeling, Fused filament Fabrication, rapid prototyping, vibration machine I Giới thiệu công nghệ tạo mẫu nhanh FDM (Fused Deposition Modling) Công nghệ tạo mẫu nhanh công nghệ kỷ 21 Tạo mẫu nhanh hiểu trình tạo mẫu sản phẩm giúp cho nhà sản xuất quan sát nhanh chóng sản phẩm cuối Q trình nhờ thiết bị RP máy in ba chiều cho phép người thiết kế chuyển liệu CAD 3D thành mẫu thực cách nhanh chóng Như so với việc tạo mẫu máy truyền thống thường từ nhiều tuần đến nhiều tháng việc tạo mẫu RP nhanh nhiều Do thời gian nên RP giúp cho nhà sản xuất nhanh chóng đưa sản phẩm thị trường giảm chi phí sản xuất Đó ưu điểm bật q trình tạo mẫu nhanh Có nhiều công nghệ tạo mẫu nhanh FDM công nghệ quan trọng giới đến năm 2020 FDM công nghệ bật công nghệ tạo mẫu nhanh SCOTT CRUMP đăng ký sáng chế vào năm1989 Sự phát triển khoa học kỹ thuật ngày cao tạo điều kiện cho kỹ thuật FDM ngày hoàn thiện phát triển, máy FDM kết hợp ngành khí, điện tử, cơng nghệ thơng tin tự động hóa dùng để tạo sản phẩm ba chiều Do chúng khó tiếp cận để nghiên cứu phát triển HVTH: Ngô Thị Hoa_11044531 65 GVHD:PGS.TS: Thái Thị Thu Hà Tối ưu hóa thơng số cơng nghệ q trình tạo mẫu nhanh FDM Chính nước ta phải trọng phát triển công nghệ để bắt kịp tốc độ phát triển khoa học công nghệ giới Các sản phẩm thương mại FDM thị trường có giá cao nước ta cịn nghèo, nên khơng phải tiếp xúc nghiên cứu Do việc chế tạo máy FDM nước giải vấn đề giá cả, đồng thời xa cạnh tranh với máy FDM thương mại có thị trường giới FDM ứng dụng rộng rãi nhiều lĩnh vực khí, y học, an ninh quốc phòng lãnh vực giáo dục đào tạo … Hình 1.1 Sản phẩm II Tính tốn phƣơng án thiết kế 2.1 Nguyên lý FDM: Trong máy FDM, sợi vật liệu nhựa từ cuộn cấp lăn đưa vào buồng gia nhiệt Sau đó, đùn qua vòi phun xuống bề mặt đỡ máy Vịi phun gắn với cấu khí, giúp di chuyển mặt phẳng xy Khi vịi phun di chuyển theo chương trình định sẵn, tạo lớp mỏng vật liệu lớp vật liệu cứng lại nhanh chóng sau bị đùn qua vịi phun kết dính với lớp bên Khi lớp xây dựng xong, khung đỡ mẫu hạ xuống theo chiều z để chuẩn bị cho lớp Toàn hệ thống đặt buồng, giúp kiểm soát nhiệt độ với nhiệt độ điểm nóng chảy vật Hình 2.1 Nguyên lý hoạt động liệu Điều cho phép lớp dễ dàng liên kết với hiệu (1) Dựa vào nguyên lý hoạt động máy FDM, phân cấu trúc máy làm phần: khung máy, cụm truyền động X-Y-Z, cụm đầu đùn, cụm cấp liệu Tuy nhiên báo tác giải vào nghiên cứu hệ thống truyền động khung máy HVTH: Ngô Thị Hoa_11044531 66 GVHD:PGS.TS: Thái Thị Thu Hà Tối ưu hóa thơng số cơng nghệ trình tạo mẫu nhanh FDM 2.2 Phƣơng án thiết kế: 2.2.1 Khung máy: Khung phận giữ toàn hệ thống truyền động, cấp liệu, đầu đùn hệ thống điều khiển cho máy FDM Do đó, yêu cầu khung phải có độ cứng vững cao, chịu nhiệt lớn đầu đùn gia nhiệt vật liệu làm việc bên khung, khung phải đảm bảo cho hệ thống truyền động tốt không bị lắc hay cong vênh vận hành máy, che chắn cho thiết bị bên Dựa vào phận truyền động, cấp liệu mà ta thiết kế khung cho tiết kiệm khơng gian, mang tính kinh tế, thẳm mỹ, phù hợp với máy cơng nghiệp… Khung chế tạo từ nhiều loại vật liệu với nhau: khung nhơm định hình, khung thép hàn, khung lắp từ thép dập theo hình dạng….Ta lựa chọn phương án cho khung mang tính kinh tế tốt nhất, trọng lượng khung nhỏ Với yêu cầu trọng lượng máy nhẹ nên khung tạo thành từ sắt vng rỗng với kích thướt 40x40mm, bề dày thép 3,2mm Các phận bố trí cho khơng gian chiếm chỗ máy nhỏ nhất, khoang làm việc máy, khoang tạo mẫu đặt trung tâm máy, hệ thống cấp liệu đặt dưới, dây cấp liệu có hệ thống ống dẫn hướng đưa dây đến vị trí đầu đùn để đùn vật liệu tạo mẫu Hình 2.2 Khung máy tạo mẫu nhanh FDM Hầu hết khung máy chủ yếu liên kết với phương pháp hàn chủ yếu, phận khác lắp khung nhờ vit-bulong Vì vậy, sản phẩm máy tạo mẫu nhanh FDM công nghiệp ta sử dụng phương pháp thiết kế modun rùi gắn kết modun lại với tạp máy hồn chỉnh 2.2.2 Tính tốn thiết kế hệ thống truyền động cho máy FDM:` a) Tính tốn truyền đai răng: Khối lượng mang trục Y bao gồm đầu đùn, hệ thống truyền động trục X, cấu phụ theo, dựa vào phần mềm thiết kế, ta tính tốn sơ khối lượng mang trục Y là: m = 10 kg Lực quán tính truyền trục X: Fqt = m.a = 10 = 10N (2.1) HVTH: Ngô Thị Hoa_11044531 67 GVHD:PGS.TS: Thái Thị Thu Hà Tối ưu hóa thơng số cơng nghệ q trình tạo mẫu nhanh FDM Hình 2.3 Sơ đồ truyền động đai Số vòng quay bánh đai trục II: n2  v.60000 0,1.60000   38,19 vòng/phút  d2  50 (2.2) Tỷ số truyền truyền đai ta chọn u=4 (3) Số vòng quay trục I( động cơ) : n1 = u.n2 = 4.38,19 = 145,76 vịng/phút Cơng suất trục II : P2  Fqt vo  10.0,1  W (2.3) Hiệu suất truyền đai : 0,95 Hiệu suất ổ lăn 0,99 Do cơng suất cần thiết bánh đai chủ động : P1  P2  1, W 0,95 0,995 (2.4) Lựa chọn động cơ: để đảm bảo công suất cho truyền ta nhân thêm hệ số vào côgn suất cần thiết động Ta lựa chọn động có cơng suất Pdc = 2.P1 = 2.1,2 = 2,4 W (2.5) Môdun đai: m  35 P1 / n1  35 1, 2.10 3 /145, 76  0, (2.6) Theo tiêu chuẩn ta chọn m=1mm với thông số: Bước đai : p = 3,14 mm Chiều dày nhỏ s = Chiều cao h = 1,6 Góc profin  = 50 Chiều rộng vành đai b =  m = 9.1 = mm Theo tiêu chuẩn ta chọn b = 12,5 mm Chọn z1= 24 (3), số bánh đai thứ 2: z2 = u.z1 = 4.24 = 96 Khoảng cách trục: amin  a  amax (2.7) 0,5m( z1  z2 )  2m  a  2m( z1  z2 ) 0,5.1(24  96)  2.1  a  2.1(24  96) 62,1  a  240 Ta chọn khoảng cách trục : a = 100 mm đai : HVTH: Ngô Thị Hoa_11044531 68 GVHD:PGS.TS: Thái Thị Thu Hà Tối ưu hóa thơng số cơng nghệ q trình tạo mẫu nhanh FDM 2a z1  z2 ( z2  z1 ) p zd    p 40a (2.8) zd  2.100 24  96 (96  24) 3,14    128 mm 3,14 40.100 chọn zd = 125 mm L = 780 mm (3) Bảng 2.1 Thông số truyền đai trục Y Công suất động P = 2,4W Vận tốc n = 145,76 vòng/phút Tỉ số truyền truyền đai: u=4 Mođun đai m=2 Số bánh đai: Z1/Z2 = 24/96 Khoảng cách trục a = 100mm Chiều dài đai: L = 780 mm Số dây đai: Zd = 125 b) Tính tốn chọn trục dẫn hƣớng : Trong cụm chuyển động trục Y, bạc dẫn hướng chịu hoàn toàn lực cụm đầu đùn cụm truyền động X, đó, ta cần tính tốn thiết kế để trục đảm bảo độ bền chuyển vị cho phép trục dẫn hướng trục Y Do yêu cầu độ xác cao trình đầu đùn di chuyển chuyển vị hệ phải nhỏ Hình 2.4 Kết cấu bạc dẫn hướng Các thông số ban đầu là:  Vật liệu : Thép E = 210000 MPa  Lực tác dụng trục : Fm = 98,1 N  Tiết diện dạng trịn: d = 20 mm  Sơ đồ tính tốn: HVTH: Ngơ Thị Hoa_11044531 69 GVHD:PGS.TS: Thái Thị Thu Hà Tối ưu hóa thơng số cơng nghệ q trình tạo mẫu nhanh FDM Hình 2.5 Sơ đồ tính tốn Sau tính tốn:  Chuyển vị lớn điểm đặt lực : y = 0,0079mm  Ứng suất uốn dầm : [  ] = 12,49 MPa  [  max ]=80 MPa Kết tính tốn thỏa điều kiện bền trục c) Tính tốn truyền vit me-đai ốc bi cho trục Z:  Các thông số ban đầu: - Vận tốc nâng hạ bàn nhanh nhất: vmax = 0,1 m/s - Gia tốc chạy bàn máy : a = 1m/s2 - Bước dịch chuyển nhỏ của bàn máy đùn lớp: s = 0,1 mm Tải trọng dọc trục tác động lên truyền tính tổng trọng lượng mẫu lớn nhất, trọng lượng bàn nâng lực ma sát dẫn hướng lực quán tính tỉnh hệ Lực tác dụng dọc trục F = 20 N Công suất cần thiết truyền P = F.v = 20 0,1= W (2.9) Hiệu suất truyền: qt  K tg tg 30  0,85   0, 258 tg (  t ) tg (30  6,80 ) (2.10) K: hệ số tính đến mát công suất ma sát ổ, đường dẫn hướng P   8W Công suất động yêu cầu: Pdc  qt 0, 258 (2.11) Vì yêu cầu độ xác cao truyền động, độ xác truyền động ảnh hưởng đến độ xác máy, động chọn động Servo  Lựa chọn trục vít me-đai ốc: Lực dọc trục : Fa= 20 N - Đường kính sơ trục: d1  4.1,3.Fa 4.1,3.20   0.82 mm  [ K ]  [40] (2.12) Các thơng số hình học bản: - Đường kính trục: d1 =10mm - Bước ren: pz =2.5 mm - Số đầu mối ren: z=1 - Chiều dài tổng cộng:L= 500mm Số vòng quay tối đa cần thiết trục : HVTH: Ngô Thị Hoa_11044531 70 GVHD:PGS.TS: Thái Thị Thu Hà Tối ưu hóa thơng số cơng nghệ q trình tạo mẫu nhanh FDM nz  60v 60  0,11000   2400 (vg/ph) pz z 2,5 1 (2.13) III Phân tích hệ thống ANSYS phần mềm lớn dùng để mơ cơng trình dựa phương pháp phần tử hữu hạn, phạm vi giải vấn đề từ phân tích tuyến tính tương đối đơn giản đến vấn đề mơ phi tuyến tính phức tạp ANSYS có kho phần tử phong phú, mơ hình dạng thực tế tất dạng vật liệu, đáp ứng yêu cầu kỹ thuật học vật rắn, học rời rạc, học lưu chất, điện, âm hay nhiệt (4) Để tiến hành phân tích hệ thống ta nhập mơ hình chia lưới sử dụng phần mềm Ansys với điều kiện thể bảng sau: Giá trị Đơn vị Mô đun đàn hồi E = 200x10+9 Pa Hệ số Poison  = 0,3 Khối lượng riêng  = 7800 Thép kg/m3 Điều kiện biên Tại chân máy Được cố định theo phương bulông Lực tác dụng cụm truyền động XY F = 100 N Hình 3.1 Mơ hình chia lưới đặt tải trọng HVTH: Ngô Thị Hoa_11044531 71 GVHD:PGS.TS: Thái Thị Thu Hà Tối ưu hóa thơng số cơng nghệ q trình tạo mẫu nhanh FDM Kết phân tích: Hình 3.2 Biến dạng theo phương x Hình 3.3 Biến dạng theo phương y Hình 3.3 Biến dạng theo phương z Hình 3.4 Tổng biến dạng theo phương Hình 3.6 Ứng suất HVTH: Ngô Thị Hoa_11044531 72 GVHD:PGS.TS: Thái Thị Thu Hà Tối ưu hóa thơng số cơng nghệ q trình tạo mẫu nhanh FDM Nhận xét: Phân tích dịng hệ thống phần mềm Ansys với phương pháp chia lưới thích hợp Cho kết tính tốn biến dạng ứng suất phù hợp với yêu cầu kỹ thuật Từ kết phân tích cho thấy biến dạng theo phương nhỏ (xmax = 3,7214x10-3 mm, ymax = 1,726x10-3 mm, zmax = 0,264x10-3 mm) Ứng suất lớn hệ thống nhỏ so với ứng suất giới hạn thép (max = 0,872 MPa < [  max ] = 80 MPa, vị trí bắt bulơng nên cần tăng độ dày cách đệm miếng thép hỗ trợ IV Kết luận Như nội dung báo chúng tơi trình bày tính toán thiết kế hệ thống truyền động máy FDM, đưa kết nghiên cứu phương pháp phần tử hữu hạn để tính tốn phân tích ứng suất chuyển vị hệ thống đáp ứng yêu cầu tạo mẫu máy FDM Từ mở rộng hướng nghiên cứu để đánh giá mức độ ảnh hưởng thơng số hình học tới chất lượng tạo mẫu … Tài liệu tham khảo Chee Kai Chua, Kah Fai Leong, Chu Sing Lim, Rapid Prototyping Principles and Applications 2nd Edition,Nanyang Technological University,Singapore, pp124-133 Nguyễn Hữu Lộc, Cơ sở thiết kế máy – Nhà xuất ĐHQH Tp HCM, 2010 Trịnh Chất, Tính tốn thiết kế hệ thống dẫn động khí – Nhá xuất Giao Dục, 2006 http://www.ansys.com/ HVTH: Ngô Thị Hoa_11044531 73 GVHD:PGS.TS: Thái Thị Thu Hà Tối ưu hóa thơng số cơng nghệ q trình tạo mẫu nhanh FDM TĨM TẮT LÝ LỊCH – Họ tên: NGƠ THỊ HOA – Giới tính: Nữ – Ngày tháng năm sinh: 06/06/1987 – Chổ nay: 51/2, đường Thành Thái, P.14, Q.10, TPHCM – Điện thoại: 0986195362 Email: ngothihoa1987@gmail.com QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO  Từ tháng 9/2006 đến tháng 9/2010: học đại học trường Đại học Cần Thơ chuyên ngành khí chế biến  Từ tháng 2/2012 đến nay: học cao học trường Đại học Bách Khoa TP.HCM chuyên ngành công nghệ chế tạo máy Q TRÌNH CƠNG TÁC  Từ tháng 2/2011 đến tháng 2/2012: Giảng viên trường Đại học Tại Chức Cần Thơ TP.Cần Thơ  Từ tháng 6/2012 đến nay: Giáo viên trường Trung Cấp Nghề Số 7- Quân Khu 7- TP.HCM HVTH: Ngô Thị Hoa_11044531 74 GVHD:PGS.TS: Thái Thị Thu Hà ... thiệu chung công nghệ tạo mẫu nhanh FDM 1.2.1 Nguyên lý chung tạo mẫu nhanh theo công nghệ FDM Nguyên lý làm việc của tạo mẫu nhanh theo cơng nghệ FDM mơ tả hình 1.1 FDM công nghệ tạo mẫu nhanh phương... pháp tạo mẫu nhanh 1.2 Giới thiệu chung công nghệ tạo mẫu nhanh FDM 1.2.1 Nguyên lý chung tạo mẫu nhanh theo công nghệ FDM 3 1.2.2 Ưu nhượt điểm phạm vi ứng dụng công nghệ tạo mẫu nhanh FDM 1.3... Tối ưu hóa thơng số cơng nghệ q trình tạo mẫu nhanh FDM Hình 1.3 Mẫu ứng dụng y học HVTH: Ngô Thị Hoa_11044531 GVHD:PGS.TS: Thái Thị Thu Hà Tối ưu hóa thơng số cơng nghệ trình tạo mẫu nhanh FDM