(Luận văn thạc sĩ) nghiên cứu ảnh hưởng thông số in 3d theo công nghệ FDM đến độ bền kéo sản phẩm nhựa

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ TRỊNH THÁI XIÊM NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG THÔNG SỐ IN 3D THEO CÔNG NGHỆ FDM ĐẾN ĐỘ BỀN KÉO SẢN PHẨM NHỰA NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ ĐIỆN TỬ - 8520114 SKC006705 Tp Hồ Chí Minh, tháng 05/2020 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH -o0o LUẬN VĂN THẠC SĨ TRỊNH THÁI XIÊM NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG THÔNG SỐ IN 3D THEO CÔNG NGHỆ FDM ĐẾN ĐỘ BỀN KÉO SẢN PHẨM NHỰA NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ ĐIỆN TỬ - 8520114 Tp Hồ Chí Minh, tháng 05/2020 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH -o0o LUẬN VĂN THẠC SĨ TRỊNH THÁI XIÊM NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG THÔNG SỐ IN 3D THEO CÔNG NGHỆ FDM ĐẾN ĐỘ BỀN KÉO SẢN PHẨM NHỰA NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ ĐIỆN TỬ- 8520114 Hướng dẫn khoa học: PGS.TS PHẠM SƠN MINH TS NGUYỄN VINH DỰ Tp Hồ Chí Minh, tháng 05/2020 i ii iii iv v vi LÝ LỊCH KHOA HỌC I LÝ LỊCH SƠ LƯỢC: Họ tên: TRỊNH THÁI XIÊM Giới tính: Nam Ngày, tháng, năm sinh: 23-06-1980 Nơi sinh: Tây Ninh Quê quán: Tây Ninh Dân tộc: Kinh Đơn vị công tác: Trung tâm Ứng dụng Tiến Khoa học Công nghệ- Sở Khoa học Công nghệ TPHCM Chỗ nay: 38/14/6 Ao Đơi, Bình Trị Đơng A, Quận Bình Tân, TPHCM Điện thoại quan: 028.39322372 Điện thoại nhà riêng: 0918.911191 Fax: 028.39322373 E-mail: thaixiem@sihub.gov.vn II QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO: Đại học: Hệ đào tạo: Chính quy Thời gian đào tạo từ 09/1998 đến 06/2003 Nơi học: Trường Đại học Giao thông Vận tải TP.HCM Ngành học: Điện Tự động Tàu thủy Tên môn thi tốt nghiệp: Điều khiển tự động, Truyền động Điện, Máy điện Ngày & nơi thi tốt nghiệp: Năm 2003 Trường Đại học Giao thông Vận tải TPHCM Thạc sĩ: Hệ đào tạo: Chính quy Thời gian đào tạo từ 02/2018 đến 05/2020 Nơi học: Trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM Ngành học: Kỹ Thuật Cơ Điện Tử Tên luận văn: Nghiên cứu ảnh hưởng thông số in 3D theo công nghệ FDM đến độ bền kéo sản phẩm nhựa Ngày & nơi bảo vệ luận văn: 23/05/2020 Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM Người hướng dẫn: PGS.TS Phạm Sơn Minh TS Nguyễn Vinh Dự Trình độ ngoại ngữ (biết ngoại ngữ gì, mức độ): Tiếng Anh, tương đương cấp độ B1 vii Bảng 4.2: Thơng số trường hợp có ứng suất trung bình lớn HORIZONTAL ĐIỀN ĐẦY T PLA Mật độ điền đầy (%) T Ứng Chiều cao Vật liệu S SHELLS 60 Kiểu điền đầy ên u Rectilinear Kiểu điền Số lớ Số lớ đầy in ặt thành trên/ u Rectilinear Số lớ ặt in ặt lớ in đầu u u (mm) 2 0,35 tiên suất Chiều trung cao lớ bình (mm) lớn (MPa) 0,3 38,29 4.3 Kết luận: Về kết thực nghiệm khoa học, chương luận văn hình thành bảng tham chiếu kết với thay đổi thông số cụ thể là: vật liệu in, mật độ điền đầy, kiểu điền đầy bên trong, kiểu điền đầy mặt mặt mẫu in, số lớp thành, độ dày lớp in, số lớp in mặt trên/dưới, chiều dày lớp đầu tiên, Từng thông số thể kết ứng suất trung bình tối đa tương ứng Tác giả phân tích biện luận kết thay đổi thông số công nghệ đến độ bền kéo sản phẩm 51 CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI 5.1 Kết luận Thơng qua q trình tổng hợp, đánh giá phân tích số liệu thu từ việc thử nghiệm độ bền kéo sản phẩm in 3D phương pháp FDM, ta rút mối liên hệ tác động thông số phần mềm Repetier-host độ bền kéo sản phẩm in 3D Một số thông số có ảnh hưởng, tác động lớn độ bền kéo sản phẩm, số cịn lại có ảnh hưởng không đáng kể, cụ thể là: Vật liệu (material): chênh lệch độ bền kéo thay đổi vật liệu in cho thấy vật liệu có ảnh hưởng đáng kể với độ bền kéo sản phẩm in 3D phương pháp FDM, PETG vật liệu tạo độ bền kéo cao cho sản phẩm in 3D với 31,18 Mpa Độ điền đầy (infill): độ điền đầy cao độ bền kéo cao, nhiên cần cân nhắc lựa chọn giá trị để đảm bảo thời gian in Kiểu điền đầy (Infill pattern): nên chọn Conentric, Honeycomb 3D Honeycomb để chi tiết đạt độ bền kéo tốt hơn, hạn chế sử dụng kiểu chạy Rectilinear kiểu chạy cho độ bền kéo không cao so với kiểu chạy khác Kiểu điền đầy bên trên/dưới mẫu: Concentric kiểu in để chi tiết đạt độ bền kéo tốt Sự chênh lệch lớn khiến thông số cần phải xem xét kỹ lựa chọn để đảm bảo độ bền kéo mẫu in 3D Số lớp thành (Perimeters): Ta nên chọn số lớp thành vật in thấp để chi tiết đạt độ bền kéo tốt Tuy nhiên cần cân nhắc kỹ đó, mẫu in dễ sinh khuyết tật lỗ li ti hay độ mịn không cao gây ảnh hưởng đến thẫm mỹ mẫu Khi chọn Solid Layer Top, ta nên chọn số lớp in mặt vật in để chi tiết đạt độ bền kéo tốt Khi chọn Solid Layer Bottom, ta nên chọn số lớp in mặt vật in không lớn để chi tiết đạt độ bền kéo tốt Cần phải lưu ý ảnh hưởng đến việc bám dính vào bàn in mẫu in 52 Chiều cao lớp in (First layer height): ta nên chọn thấp để đảm bảo độ bền kéo cho sản phẩm tốt nhất, việc chọn thông số thấp cần phải lưu ý thấp đồng nghĩa thời gian in lâu Chiều cao lớp (Layer height) ta nên chọn thấp để đảm bảo độ bền kéo cho sản phẩm tốt nhất, nhiên thông số ảnh hưởng không đáng kể độ bền kéo nên bỏ qua Tuy nhiên, việc lựa chọn thông số tối ưu trình áp dụng thực tế cần quan tâm đến yếu tố khác như: chi phí, thời gian in, tính chất mức độ quan trọng sản phẩm, để từ ta chọn thơng số cơng nghệ cho phù hợp Kết có giá trị tham khảo cho kỹ sư q trình lựa chọn cơng nghệ áp dụng công nghệ in 3D cho việc tạo hình sản phẩm 5.2 Hướng phát triển đề tài Để hồn thiện thơng số cơng nghệ tiến tới xây dựng quy trình hồn chỉnh kết đề tài làm tảng ban đầu cho việc phát triển hướng tiếp theo: - Ứng dụng phương pháp tối ưu hóa thơng số in 3D đến độ bền sản phẩm - Nghiên cứu ảnh hưởng thông số phương pháp in 3D đến độ bền kéo sản phẩm - Nghiên cứu ảnh hưởng thơng số in 3D đến hình dáng hình học sản phẩm - Nghiên cứu ảnh hưởng thông số in 3D đến độ bóng sản phẩm in 3D - Nghiên cứu độ bền liên kết lớp in 3D vật liệu kim loại 53 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Pritish Shubha, Arnab Sikidarn, Teg Chand, The Influence of Layer Thickness on Mechanical Properties of the 3D Printed ABS Polymer by Fused Deposition Modeling, Procedia Manufacturing 35 (2019) 1286–1296, Key Engineering Materials Submitted: 2016-04-09, ISSN: 1662-9795, Vol 706, pp 63-67 Accepted: 2016-04-20 [2] Vinod G Gokhare, Dr D N Raut, Dr D K Shinde, A Review paper on 3DPrinting Aspects and Various Processes Used in the 3D-Printing, International Journal of Engineering Research & Technology (IJERT), Vol Issue 06, June – 2017 [3] N Shahrubudin, T.C Lee, R Ramlan, An Overview on 3D Printing Technology: Technological, Materials, and Applications, Procedia Manufacturing 35 (2019) 1286– 1296 [4] Divyathej M V, Varun M, Rajeev P, Analysis of mechanical behavior of 3D printed ABS parts by experiments International Journal of Scientific & Engineering Research, Volume7, Issue3, March-2016 121, ISSN 2229-5518 [5] Yash Magdum, Divyansh Pandey, Akash Bankar, Shantanu Harshe, Vasudev Parab, Mr Mahesh Shivaji Kadam, Process Parameter Optimization for FDM 3D Printer: International Research Journal of Engineering and Technology (IRJET) eISSN: 2395-0056, Volume: 06 Issue: 04, Apr 2019 [6] Jason Cantrell, Sean Rohde, David Damiani, Rishi Gurnani, Luke DiSandro, Josh Anton, Andie Young, Alex Jerez, Douglas Steinbach, Calvin Kroese, and Peter Ifju, “Experimental Characterization of the Mechanical Properties of 3D-Printed ABS and Polycarbonate Parts” [7] Kshitiz Upadhyay, Ravi Dwivedi, Ankur Kumar Singh, Determination and Comparison of the Anisotropic Strengths of Fused Deposition Modeling P400 ABS, Springer Science+Business Media Singapore 2017 [8] Mirko Kariz, Milan Sernek, Murčo Obućina, Manja Kitek Kuzman , Effect of wood content in FDM filament on properties of 3D printed parts [9] Huỳnh Hữu Nghị, Trần Minh Tôn, Nguyễn Hữu Thọ, Thái Thị Thu Hà, Tối ưu hóa thơng số q trình nhằm cải thiện độ bền nén sản phẩm FDM, Tạp chí Phát triển hoa học Công nghệ tập 20 số 5-2017 [10] Nguyễn Cảnh Hà, Trần Văn Lân, Nguyễn Trọng Kha, Trần Minh Thế Uyên, Design and manufacturing the 3d printer machine with FDM technique, 2016 [11] Valentina Mazzanti, Lorenzo Malagutti and Francesco Mollica, FDM 3D Printing of Polymers Containing Natural Fillers: A Review of their Mechanical Properties, 54 Department of Engineering, Università degli Studi di Ferrara, via Saragat 1, Ferrara 44122, Italy, Accepted: 24 June 2019; Published: 28 June 2019 [12] Tadeusz Mikolajczyk, Tomasz Malinowski, Liviu Moldovan, Hu Fuwenc, Tomasz Paczkowski, Ileana Ciobanu, CAD CAM System for Manufacturing Innovative Hybrid Design Using 3D Printing, 2019 [13] Josef Kiendl, Chao Gao, Controlling toughness and strength of FDM 3D-printed PLA components through the raster layup, 2019 [14] https://3dvntech.com/thiet-lap-phan-mem-in-3d-slic3r [15] Cục thông tin khoa học công nghệ quốc gia, “In 3D: tương lai”, Tổng luận khoa học-công nghệ-kinh tế số năm 2017 [16] Công nghệ in 3D – Lịch sử ứng dụng, tác động thách thức, vai trị quản lý chiến lược phát triển, Tạp chí Tia Sáng, 6/2015 [17] Ajinkya C Pawar, Prashant P Rokade, Tushar T Nikam, Deepak A Purane, Kedar M Kulkarni, Optimization of 3D Printing Process: International Advanced Research Journal in Science, Engineering and Technology Vol 6, Issue 3, March 2019 [18] Ruben Perez Mananes, Jose Rojo-Manaute, Pablo Gil, “3D Surgical printing and pre contoured plates for acetabular fractures”, Journal of ELSEVIER 2016 [19] Ashish Patil, Bhushan Pati, Rahul Potwade3, Akshay Shinde, Prof Rakesh Shinde, Design and Development of FDM Based Portable 3D Printer International Journal of Scientific & Engineering Research, Volume 8, Issue 3, March-2017 [20] Abdulrhman E Elsayed, Quantitative analysis of 0% infill density surface profile of printed part fabricated by personal FDM 3D printer, International Journal of Engineering &Technology, (1) (2018) 44-52 [21] Ziemian, C., M Sharma, and S Ziemian, Anisotropic mechanical properties of ABS parts fabricated by fused deposition modelling, in Mechanical engineering 2012, InTech [22] Anoop Kumar Sood, R K Ohdar, S S Mahapatra, “Experimental investigation and empirical modelling of FDM process for compressive strength improvement”, Journal of Advanced Research, 2011 [23] Dhruv Maheshkumar Patel, Effects of Infill Patterns on Time, Surface Roughness and Tensile Strength in 3D Printing, 2017 IJEDR, Volume 5, Issue 3, ISSN: 23219939 55 [24] J Ni, H Ling, Z Wang, Z Peng, Three-dimensional printing of metals for biomedical applications, Materials, Today Bio (2019) 100024 [25] S.Kama (2012); Application of Taguchi Methode in Indian Industry [26] Design of Experiments (DOE) using the Taguchi approach, www.nutekus.com/DOE_topic ovenicus 35pg.pdf [27] https://3dprinting.com/materials, [28] https://ultimaker.com/en/resources/20416-infill [29] https://www.prusaprinters.org/what-are-perimeters-good-for/ [30] https://www.dddrop.com/3d-printing-speed/ [31] 3D printing support structures: All you need to know Link: https://all3dp.com/1/3d-printing-support-structures/, truy cập: 5/2019 [32] PGS.TS Trần Văn Thắng, Các phương pháp công nghệ in 3D Link: http://vinaprint.com.vn/News/Detail/200, truy cập: 5/2019 [33] ThS Huỳnh Hữu Nghị, Báo cáo Giới thiệu tình hình chế tạo máy in 3D Việt Nam nghiên cứu công nghệ in 3D trường Đại học Bách khoa Tp Hồ Chí Minh, 7/2018 [34] https://taomaunhanh.com/cong-nghe-in-3d-fdm-fff.html [35] https://vecomtech.com/thu-nghiem-keo-plastic-theo-tieu-chuan-astm-d638/ 56 PHỤ LỤC 57 58 59 60 61 62 63 64 S K L 0 ... liệu nhựa ABS Từ kết nghiên cứu thông tin cho thấy ứng dụng to lớn công nghệ in 3D tác động, ảnh hưởng cụ thể thông số in đến độ bền sản phẩm. Vì nghiên cứu ảnh hưởng thơng số in 3D đến độ bền kéo. .. vấn đề sau: - Xác định ảnh hưởng vật liệu đến độ bền kéo sản phẩm in 3D - Xác định ảnh hưởng mật độ điền đầy đến độ bền kéo sản phẩm in 3D - Nghiên cứu ảnh hưởng thông số in kiểu điền đầy bên trong,... mẫu in, độ dày lớp in, số lớp in mặt mặt dưới, chiều dày lớp in đến độ bền kéo sản phẩm in 3D 1.7 Đối tượng nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu đề tài là: ? ?Nghiên cứu ảnh hưởng thông số in 3D theo công