Thiết kế chế tạo máy in 3d dlp và nghiên cứu ảnh hưởng của các thông số công nghệ đến chất lượng mẫu tạo hình

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI LUẬN VĂN THẠC SĨ Thiết kế chế tạo máy in 3D DLP nghiên cứu ảnh hưởng thông số công nghệ đến chất lượng mẫu tạo hình LÊ ANH TUẤN Letuank56bk@gmail.com Ngành Cơ điện tử Giảng viên hướng dẫn: PGS TS Nguyễn Huy Ninh Chữ ký GVHD Viện: Cơ Khí HÀ NỘI, 10/2020 ĐỀ TÀI LUẬN VĂN Thiết kế chế tạo máy in 3D DLP nghiên cứu ảnh hưởng thông số công nghệ đến chất lượng mẫu tạo hình Nhiệm vụ đề tài: Thiết kế chế tạo máy in 3D sử dụng nguồn sáng số DLP với kết cấu sau: - Không gian làm việc: 140 x 100 x 250mm Trục Z mang bàn máy chuyển động lên xuống nhờ động bước thông qua truyền vít-me đai ốc - Sử dụng máy chiếu DLP làm nguồn sáng Vật liệu quang hóa thích hợp với nguồn sáng DLP - Máy có khả kết nối với phần mềm khiển để điều khiển toàn trình chế độ in Nghiên cứu ảnh hưởng thông số công nghệ đến chất lương sản phẩm mẫu tạo hình Hai thơng số đề cập đến đề tài chiều dày lớp in L(mm) thời gian phơi sáng T(s) Giáo viên hướng dẫn Ký ghi rõ họ tên Lời cảm ơn Tôi xin chân thành cảm ơn thầy giáo hướng dẫn PGS.TS Nguyễn Huy Ninh, thầy cô giáo Bộ môn Công nghệ chế tạo máy Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội tạo điều kiện giúp đỡ thời gian thực đề tài: “Thiết kế chế tạo máy in 3D DLP nghiên cứu ảnh hưởng thông số công nghệ đến chất lượng mẫu tạo hình” Tóm tắt nội dung luận văn Trong năm gần đây, công nghệ in 3D sử dụng nhiều sản phẩm công nghiệp [3] Nội dung luận văn tập trung vào thiết kế, chế tạo máy in 3D DLP phần quan trọng nghiên cứu tác động thông số công nghệ đến chất lượng mẫu tạo hình sử dụng vật liệu Photopolymer[6] [7] Hai thơng số điều khiển đầu vào: thời gian phơi sáng t(s) độ dày lớp in L(mm) chọn để tiến hành nghiệm Kết sử dụng q trình lựa chọn thơng số sử dụng máy in 3D DLP với vật liệu Photopolymer MỤC LỤC CHƯƠNG LỊCH SỬ HÌNH THÀNH CƠNG NGHỆ IN 3D GIỚI THIỆU CÔNG NGHỆ IN BẰNG NGUỒN SÁNG SỐ DLP 1.1 1.2 Lịch sử hình thành cơng nghệ sản xuất đắp dần – in 3D 1.1.1 Nguyên lý 1.1.2 Một số công nghệ in 3D điển hình Cơng nghệ in nguồn sáng số hóa – DLP 1.2.1 Đặc điểm công nghệ 1.2.2 Ưu điểm nhược điểm 10 1.3 Giới thiệu máy chiếu sử dụng công nghệ DLP 10 1.4 So sánh DLP với công nghệ in 3D phổ biến SLA FDM 12 1.5 Bề mặt sản phẩm in công nghệ DLP: hiệu ứng Voxel 12 CHƯƠNG TÍNH TỐN THIẾT KẾ MÁY IN 3D DLP 14 2.1 2.2 2.3 2.4 Lựa chọn truyền chuyển động cấu dẫn hướng 14 2.1.1 Bộ truyền vitme - đai ốc thường 14 2.1.2 Bộ truyền vitme – đai ốc bi 14 2.1.3 Bộ truyền đai 14 Kết luận lựa chọn truyền dẫn hướng cho máy 15 2.2.1 Bộ truyền 15 2.2.2 Tính tốn trục dẫn hướng 16 Lựa chọn thiết kế phận máy 18 2.3.1 Phần khung vỏ máy 18 2.3.2 Lựa chọn động cho trục Z 20 2.3.3 Kết luận chọn động 22 2.3.4 Lựa chọn phần tử điều khiển trung tâm 22 2.3.5 Kết luận chọn phần tử điều khiển trung tâm 24 2.3.6 Board mở rộng điều khiển máy in 3D Ramps 1.4 31 2.3.7 Mạch điều khiển động 32 2.3.8 Mã nguồn điều khiển máy: Firmware Marlin 35 Phần mềm tách lớp (Slice) mơ hình phần mềm điều khiển q trình in.38 2.4.1 Phần mềm tách lớp (Slice) mơ hình: Creation Workshop 38 2.4.2 Phần mềm điều khiển trình in: Kudo3D - Titan 46 CHƯƠNG NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC THÔNG SỐ CÔNG NGHỆ ĐẾN CHẤT LƯỢNG MẪU TẠO HÌNH 52 3.1 Thí nghiệm kiểm tra ảnh hưởng thời gian phới sáng độ dày lớp in đến chất lượng chi tiết 52 3.2 3.3 3.1.1 Thí nghiệm hiệu chỉnh tỉ lệ in 52 3.1.2 Mơ hình thí nghiệm .53 Kết 54 3.2.1 Ảnh hưởng độ dày lớp in 56 3.2.2 Ảnh hưởng thời gian phơi sáng .57 Kết luận sau thí nghiệm 57 KẾT LUẬN 59 Kết đạt 59 Định hướng phát triển đề tài 59 TÀI LIỆU THAM KHẢO .60 DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1 Lịch sử hình thành cơng nghệ in 3D Hình 1.2 Nguyên lý công nghệ in 3D Hình 1.3 Ngun lý cơng nghệ SLA Hình 1.4 Ngun lý cơng nghệ SLS Hình 1.5 Nguyên lý công nghệ SGC Hình 1.6 Ngun lý cơng nghệ LOM Hình 1.7 Ngun lý cơng nghệ FDM Hình 1.8 Nguyên lý công nghệ DLP Hình 1.9 Cấu tạo máy chiếu DLP 11 Hình 1.10 Nguyên lý máy chiếu DLP 11 Hình 1.11 Hình ảnh phóng to cho thấy hiệu ứng Voxel bề mặt sản phẩm 13 Hình 1.12 Hình dạng vng Voxel làm cho cạnh cong xuất bước 13 Hình 2.1 Bộ truyền vitme – đai ốc thường 14 Hình 2.2 Bộ truyền Vitme – đai ốc bi 14 Hình 2.3 Kết tính tốn thử nghiệm phần mềm Inventer 16 Hình 2.4 Trục trơn 8mm 16 Hình 2.5 Giá bi trượt SC8UU 16 Hình 2.6 Sơ đồ đặt lực 17 Hình 2.7 Biểu đồ nội lực 17 Hình 2.8 Biểu đồ momen ứng suất 17 Hình 2.9 Các giá trị an tồn đường kính trục cho vị trí 17 Hình 2.10 Khung máy thiết kế solidworks 18 Hình 2.11 Nhơm định hình 20x20mm tiết diệnss 18 Hình 2.12 Mơ hình máy sau lắp ráp vỏ 19 Hình 2.13 Cụm trục Z máy 19 Hình 2.14 Mơ hình 3D bồn chứa nhựa Resinss 20 Hình 2.15 Động bước 20 Hình 2.16 Động servo 21 Hình 2.17 Sơ đồ khối điều khiển máy in 3D DLP 23 Hình 2.18 Sơ đồ cấu trúc lõi vi điều khiển AVR 25 Hình 2.19 Bộ nhớ chương trình vi điều khiển AVR 26 Hình 2.20 Các ghi 27 Hình 2.21 Mạch điều khiển Arduino Mega 2560 30 Hình 2.22 Sơ đồ linh kiện Arduino Mega2560 31 Hình 2.23 Board Ramps 1.4 31 Hình 2.24 Lắp đặt Ramps 1.4 với Arduino Mega 2560 Driver A4988 32 Hình 2.25 Sơ đồ chân A4988 33 Hình 2.26 Driver A4988 33 Hình 2.27 Hiệu chỉnh tốc độ truyền firmware Marlin .36 Hình 2.28 Hiệu chỉnh thêm bớt cảm biến nhiệt 36 Hình 2.29 Code kích hoạt Endstop 36 Hình 2.30 Hiệu chỉnh bước động đơn vị chiều dài 37 Hình 2.31 Thiết lập không gian làm việc 37 Hình 2.32 Tạo Profile thiết bị 38 Hình 2.33 Xây dựng khơng gian làm việc cho máy 39 Hình 2.34 Lựa chọn máy chiếu cho máy 39 Hình 2.35 Tạo profile Slice 40 Hình 2.36 Đặt thống số chiều day lớp cắt 40 Hình 2.37 Menu hiệu chỉnh mơ hình trước in 41 Hình 2.38 Quản lý thêm cấu hỗ trợ in 41 Hình 2.39 Thẻ Scene .42 Hình 2.40 Thẻ Object Info .42 Hình 2.41 Thẻ Move 43 Hình 2.42 Thẻ mirrow .43 Hình 2.43 Thẻ Scale 44 Hình 2.44 Thẻ Rote 44 Hình 2.45 Thẻ View option .44 Hình 2.46 Lưu lại file làm việc định dạng cws 45 Hình 2.47 Slice mơ hình 45 Hình 2.48 Kết sau Slice mơ hình 46 Hình 2.49 Thư mục chứa ảnh lớp in sau Slice 46 Hình 2.50 Giao diện phần mềm Kudo3D - Titan 47 Hình 2.51 Cổng kết nối mạch điều khiển với máy tính 47 Hình 2.52 Dịng lệnh cài đặt tốc độ truyền .47 Hình 2.53 Thơng báo kết nối phần mềm hồn tất .48 Hình 2.54 Bật chế độ điểm cho máy 48 Hình 2.55 Các giá trị di chuyển điểm 49 Hình 2.56 Load mơ hình Slice vào phần mềm .49 Hình 2.57 Hiệu chỉnh/ cài đặt thông số trước in 50 Hình 2.58 Import file hiệu chỉnh csv .51 Hình 2.59 Menu điều khiển trình in 51 Hình 3.1 Máy in 3D DLP 52 Hình 3.2 Cụm trục Z bồn chứa nhựa quang hóa 53 Hình 3.3 Mẫu thử: a – mẫu uốn, b - mẫu kéo 54 Hình 3.4 Quá trình kiểm tra độ bền uốn 54 Hình 3.5 Kiểm tra độ cứng mẫu thử 54 Hình 3.6 Biểu đồ kết kiểm tra độ bền kéo 55 Hình 3.7 Biểu đồ kết kiểm tra độ bền uốn 56 Hình 3.8 Biểu đồ kết kiểm tra độ cứng 56 DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1.1 Bảng tổng hợp so sánh đặc điểm công nghệ in 3D 12 Bảng 2.1 Bảng thông số đầu vào truyền dẫn hướng trục .15 Bảng 2.2 Bảng kết tính tốn 15 Bảng 2.3 Thông số vật liệu trục dẫn hướng 16 Bảng 2.4 Thành phần hệ vi xử lý 23 Bảng 2.5 Thông số kỹ thuật ATMEGA2560 .24 Bảng 2.6 Bảng thông số kỹ thuật mạch Arduino Mega 2560 30 Bảng 2.7 Bảng giá trị điện áp vào A4988 33 Bảng 2.8 Chức chân L2976 .33 Bảng 3.1 Thông số sử dụng trình in 53 Bảng 3.2 Kết kiểm tra độ bền kéo .55 Bảng 3.3 Kết kiểm tra độ bền uốn .55 Bảng 3.4 Kết kiểm tra độ cứng 56 Bảng 3.5 Bảng thông số khuyên dùng in 57 CHƯƠNG LỊCH SỬ HÌNH THÀNH CƠNG NGHỆ IN 3D GIỚI THIỆU CÔNG NGHỆ IN BẰNG NGUỒN SÁNG SỐ DLP 1.1 Lịch sử hình thành cơng nghệ sản xuất đắp dần – in 3D Có nhiều thuật ngữ khác dùng để công nghệ sản xuất đắp dần quen thuộc Công nghệ in 3D, bên cạnh tên khác Công nghệ tạo mẫu nhanh Công nghệ chế tạo trực tiếp Như vậy, hầu hết thuật ngữ đời dựa chế hay tính chất cơng nghệ Thuật ngữ “in 3D” cho người nghe hình dung việc sử dụng máy in phun với đầu mực di chuyển giấy để tạo sản phẩm hoàn thiện, giống máy in bình thường hay sử dụng văn phịng Trên thực tế cơng nghệ sản xuất đắp dần hoạt động tương tự vậy, cịn có q trình, kĩ thuật tiến Một cách cụ thể, Hiệp hội vật liệu thử nghiệm Mỹ (American Society for Testing Materials - ASTM) đưa khái niệm rõ ràng công nghệ đắp dần: “Công nghệ sản xuất đắp dần trình sử dụng ngun liệu để chế tạo nên mơ hình 3D, thường chồng lớp nguyên liệu lên nhau, trình trái ngược với trình cắt gọt thường dùng để chế tạo xưa nay” Có thể thấy phương pháp sản xuất hoàn toàn trái ngược so với phương pháp loại bỏ cắt gọt phần vật liệu, nhằm có sản phẩm cuối [2] Còn với sản xuất đắp dần, ta coi cơng nghệ tạo đúc hay ép khuôn, từ nguyên liệu riêng lẻ để đắp dần thành sản phẩm cuối Công nghệ sản xuất đắp dần đời 30 năm Năm 1986, Charles Hull sáng tạo trình gọi Stereolithography – sản xuất vật thể từ nhựa lỏng làm cứng lại nhờ laser Sau đó, ơng Hull thành lập cơng ty 3DSystems, nhà cung cấp công nghệ lớn lĩnh vực sản xuất đắp dần Nếu lập biểu thời gian thấy cơng nghệ phát triển theo biểu đồ logarit Từ 1986 đến 2007, 20 năm đầu tiên, công nghệ có bước nhỏ, chậm, gọi giai đoạn xâm nhập, bước cho công nghệ tạo mẫu nhanh Tuy nhiên đến năm 2009, có biến động lớn thị trường, nhiều sáng chế công nghệ hết hạn bảo vệ quyền, có sở hữu FDM Quá trình Fuse Deposition Modelling (FDM) tạo hình sản phẩm nhờ nấu chảy vật liệu xếp đặt chồng lớp, vốn sở hữu hãng Stratasys, đối thủ cạnh tranh hàng đầu lĩnh vực Khi sáng chế FDM hết giá trị, công nghệ thu hút nhiều nhà sản xuất tham gia Giá thành sản xuất giảm FDM trở thành chìa khóa cơng nghệ máy sản xuất đắp dần tiêu thụ thị trường Ngoài ra, đến năm 2014, sáng chế cho công nghệ nung kết sử dụng laser (Selective Laser Sintering-SLS) bắt đầu hết hạn, tạo hội cho sáng chế phát triển ngành sản xuất đắp dần, mở đường cho thời kỳ phát triển mạnh mẽ ngành công nghiệp tương lai gần Năm 2013, ngành công nghệ sản xuất đắp dần trị giá khoảng 3,1 tỷ USD/năm, tăng 35% so với năm 2012 Trong vòng sáu năm tới, tốc độ tăng trưởng trung Hình 2.48 Kết sau Slice mơ hình Trong thư mục DLP Printer.slice chứa ảnh lớp in sau: Hình 2.49 Thư mục chứa ảnh lớp in sau Slice 2.4.2 Phần mềm điều khiển trình in: Kudo3D - Titan 2.4.2.1 Kết nối phần mềm với máy chiếu mạch điều khiển  Bước 1: Kết nối phần mềm với máy chiếu mạch điều khiển Arduino Mega 2560 - Tại cửa sổ làm việc phần mềm chọn thẻ Control (1) - Vùng (2) vùng quản lý kết nối phần mềm với máy mạch điều khiển: - Port: Lựa chọn cổng kết nối qua USB mạch với cổng COM máy tính(để xem máy tính mạch điều khiển kết nối với qua cổng COM ta vào Computer Management => Device 46 Manager Cụ thể sau kiểm tra ta thấy máy tính mạch kết nối qua cổng COM Hình 2.50 Giao diện phần mềm Kudo3D - Titan Hình 2.51 Cổng kết nối mạch điều khiển với máy tính  Thơng số sau kí hiệu “@” tốc độ đường truyền phần mềm với mạch điều khiển, thống số phải đặt xác với thơng số lập trình.(để xem tốc độ đường truyền ta truy cập tập tin Configuration mã nguồn Marlin => Tìm đến dịng #define BAUDRATE 115200) Hình 2.52 Dịng lệnh cài đặt tốc độ truyền Ở tốc độc truyền đặt 11520 nên lựa chọn ô bên ta phải đặt giá trị 115200 tương tự - Vùng (3) quản lý kết nối phần mềm với máy chiếu 47  Tương tự quản lý kết nối với mạch điều khiển, ta chọn cổng COM kết nối máy chiếu với máy tính qua chuẩn RS 232  Chọn loại máy chiếu mục Projector  Click Power on để khởi động máy chiếu Sau kết nối hồn tất, ta thấy dịng thơng báo trạng thái sau:  Đối với máy tính: Printer is now online  Đối với máy chiếu: Projector is on Hình 2.53 Thơng báo kết nối phần mềm hồn tất  Bước 2: Di chuyển đế in điểm gốc Bật chế độ điểm cho máy Hình 2.54 Bật chế độ điểm cho máy 48 Do máy DLP thuộc loại đế in di chuyển từ lên nên mặc định phần mềm hướng theo chiều xuống trục Z (Các giá trị (1) mang dấu âm) Hình 2.55 Các giá trị di chuyển điểm Hoặc muốn di chuyển đế in lên phía ta “Disable Z-zero” sử dụng nút điều hướng lên xuống tương ứng vùng (2) Lưu ý: đơn vị di chuyển mm 2.4.2.2 Sử dụng phần mềm để điều khiển trình in máy  Bước 1: Load file Slice phần mềm Creation Workshop thực q trình in Hình 2.56 Load mơ hình Slice vào phần mềm - Chọn thẻ Print Vào menu file chọn Load model Sau chọn Load model xuất cửa sổ yêu cầu mở thư mục chứa file hình ảnh xuất từ Creation Workshop 49  Bước 2: Hiệu chỉnh/ cài đặt thông số trước in Bước quan bới ảnh hưởng trực tiếp đến chế độ in, thời gian chất lượng sản phẩm sau Chình thơng số bước cần cài đặt cho hợp lý, phù hợp với giai đoạn trình in Hình 2.57 Hiệu chỉnh/ cài đặt thông số trước in -  Các thông số cần hiệu chỉnh/ cài đặt: Begin slice no: Bắt đầu in từ lớp thứ (Nếu in từ đầu đặt mặc định 1) Slice thickness: Chiều dày lớp slice (Bắt buộc phải đăt với chiều dày dùng Creation Workshop để slice mơ hình) Buile Size: Sau nhập Slice thickness phần mềm tự tính tốn dựa chiều dày + số lớp in input vào X (px): độ phân giải theo phương X Y (px): độ phân giải theo phương Y Ở mục Specifications cho phép người dùng hiệu chỉnh thông số From layer – To layer: số lượng layer muốn in Exposure (s): Thời gian phơi sáng Lift (mm): Sau phơi sáng, đế bám di chuyển lên phía mm Up speed (mm/m): Tốc độ nâng đế bám Down speed (mm/m): Tốc độ hạ đế bám xuống 50 - Delays (s): Thời gian trễ lần nâng hạ đế bám Để trình in tối ưu khử sai số độ song song ban đầu, cần tách toàn trình in thành nhiều giai đoạn với thời gian phơi sáng khác Thời gian phơi sáng lưu ý trình bày cụ thể chương Ngoài việc setup tay lớp, phần mềm hỗ trợ import hiệu chỉnh nâng cao dạng file csv Hình 2.58 Import file hiệu chỉnh csv Để sử dụng chức ta làm sau: - Vào menu File Chọn Import Chon Import Basic Configuration …/ Import Advanced Configutation -  Bước 3: Sau hiệu chỉnh cài đặt thông số xong Click vào Run (1): để máy thực trình in Pause (2): Tạm dừng q trình in Stop (3): Dừng hồn tồn q trình in Hình 2.59 Menu điều khiển q trình in 51 CHƯƠNG NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC THÔNG SỐ CÔNG NGHỆ ĐẾN CHẤT LƯỢNG MẪU TẠO HÌNH 3.1 Thí nghiệm kiểm tra ảnh hưởng thời gian phới sáng độ dày lớp in đến chất lượng chi tiết Đối với công nghệ in 3D sử dụng nguồn sáng số hóa DLP Có thơng số ảnh hưởng mạnh đến chất lượng thời gian tạo sản phẩm, là: - Thời gian phơi sáng lớp - Chiều dày lớp in - Cường độ ánh sáng nguồn sáng phát - Hàm lượng tia UV phát từ nguồn sáng Do hạn chế mặt thiết bị nên phạm vi đề tài nghiên cứu này, thơng số lựa chọn thời gian phơi sáng lớp chiều dày lớp in Hình 3.1 Máy in 3D DLP 3.1.1 Thí nghiệm hiệu chỉnh tỉ lệ in Việc lựa chọn chế độ in gây ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng chi tiết sau in [8] Với thử nghiệm đây, xét đến hai thông số: độ dày lớp in L(mm) thời gian phơi sáng T(s) Xác định mối tương quan yếu tố gây ảnh hưởng đến trình in cụ thể chiều dày lớp in với thời gian phơi sáng quan trọng, thời gian tiếp xúc lâu gây biến dạng chi tiết đồng thời thời gian phơi sáng không đủ dài khiến nhựa không kịp đông kết lớp với Cả hai thơng số thiết lập kiểm sốt thơng qua phần mềm tách lớp điều khiển nêu Chương Trong thử nghiệm đây, ta sử dụng mẫu thử với kích thước sau: 30 x 20 x 1mm 52 Với chi tiết mỏng, bỏ qua co ngót trinh in, sản phẩm sau in lần có tỉ lệ theo phương X Y 1.96 Qua kết này, ta xác định sai lệch tỉ lệ phần mềm tách lớp Creation Workshop gây nên cài đặt thơng số để cắt lát mơ hình in tỉ lệ mơ hình thay đổi lại để đạt kích thước thiết kế 3.1.2 Mơ hình thí nghiệm Hình 3.2 Cụm trục Z bồn chứa nhựa quang hóa Bảng 3.1 Thơng số sử dụng trình in Thời gian phơi sáng T(s) Chiều dày lớp in L(mm) 30 0.10 40 0.20 50 0.30 60 - 80 - 100 - Vật liệu nhựa quang hóa dùng thí nghiệm là: CTC – Xitong, loại vật liệu nhựa có độ bền cao, chuyển từ dạng lỏng sang rắn tác động sóng ánh sáng có bước sóng 405nm Mẫu thử nghiệm tiêu chuẩn hóa với tham số quy trình mơ tả Bảng 3.1 Các kích thước mẫu thử nghiệm sử dụng theo tiêu chuẩn TCVN 9853: 2013, Hình 3.3 53 Hình 3.3 Mẫu thử: a – mẫu uốn, b - mẫu kéo Hình 3.4 Quá trình kiểm tra độ bền uốn Hình 3.5 Kiểm tra độ cứng mẫu thử Tốn q trình kiểm tra tiến hành phịng thí nghiệm vật liệu Polymer Composite Đại học Bách Khoa Hà Nội 3.2 Kết Kết kiểm tra thể qua bảng 3.2, 3.3 3.4 54 Bảng 3.2 Kết kiểm tra độ bền kéo Thời gian chiếu sáng T(s) Chiều dày lớp in 0.1 0.2 0.3 Độ bền kéo (MPA) 30 8.42 7.06 6.60 40 9.88 9.08 7.06 50 11.37 11.12 7.75 60 12.38 11.86 8.46 80 12.95 12.42 8.86 100 13.12 12.98 9.22 Hình 3.6 Biểu đồ kết kiểm tra độ bền kéo Bảng 3.3 Kết kiểm tra độ bền uốn Chiều dày lớp in Thời gian chiếu sáng T(s) 0.1 30 13.6 9.8 6.2 40 19.7 12.8 7.6 50 16.6 11.2 6.8 60 16.0 9.8 6.3 80 15.8 9.75 6.2 100 15.2 9.68 6.05 0.2 0.3 Độ bền uốn(MPA) 55 Hình 3.7 Biểu đồ kết kiểm tra độ bền uốn Bảng 3.4 Kết kiểm tra độ cứng Thời gian chiếu sáng T(s) Average Shore A 30 40 50 60 77.33 83.33 89.33 92.00 Hình 3.8 Biểu đồ kết kiểm tra độ cứng Dựa vào kết ta đến nhận định sau: 3.2.1 Ảnh hưởng độ dày lớp in Tăng độ dày lớp in làm giảm độ bền kéo độ bền uốn chi tiết Tuy nhiên, thời gian phơi sáng đủ dài, hiệu ứng giảm thực tế lớp dày có đủ thời gian quang hóa đơng kết Khi độ dày đạt 0,3mm, cường độ giảm đáng kể 56 Ngoài ảnh hưởng độ dày lớp in đến độ bền độ cứng mẫu thử, độ dày lớp in ảnh hưởng đến độ co rút mẫu vật đặc biệt dọc theo trục Z Độ dày phần đo thước kẹp kỹ thuật số kết cho thấy độ co dọc theo trục Z từ 3,5%, 3,8% 4,2% với độ dày lớp L = 0,1mm, L = 0,2mm L = 0,3mm 3.2.2 Ảnh hưởng thời gian phơi sáng Độ bền kéo uốn phận tăng tăng thời gian phơi sáng Tuy nhiên, lớp mỏng thời gian phơi sáng tăng từ 50 đến 60, độ bền phận khơng tăng lên rõ rệt Điều giải thích thực tế lớp mỏng nên thời gian phơi sáng 50 đủ để xử lý polymer đạt đến độ cứng cao vật liệu Hình 3.8 cho thấy tăng thời gian phơi sáng, độ cứng phần chi tiết tăng gần tuyến tính, thời gian phơi sáng 50 giây, độ cứng gần đạt đến độ cứng tối đa polymer, tốc độ tăng giảm dần 3.3 Kết luận sau thí nghiệm Sau thí nghiệm, ta đưa vài gợi ý vận hành máy: lớp dày, nên kéo dài thời gian phơi sáng Tuy nhiên, thời gian phơi sáng khơng nên q dài ngồi việc giảm suất, thời gian phơi sáng dài làm cho photopolyme xung quanh phận chiếu sáng đông cứng theo tán xạ ánh sáng làm tăng lỗi dọc theo trục X Y Thời gian phơi sáng điều chỉnh dựa đặc tính yêu cầu phận Độ co ngót sản phẩm in theo trục Z tăng độ dày lớp tăng Dưới bảng thống số khuyến nghị in loại nhựa CTC – Xitong tác động ảnh sáng phát từ máy chiếu Optoma sử dụng thí nghiệm Bảng 3.5 Bảng thông số khuyên dùng in Thời gian phơi sáng (s) Chiều dày lớp in (mm) 30 0.1 50 0.2 50 0.3 Trên khuyến nghị cho thời gian phơi sáng chiều dày lớp in Mỗi lần in tùy thuộc vào tính chất u cầu mơ hình điều chỉnh thời gian in lớp sap cho phù hợp Đặc biệt ý thời gian phơi sáng tầng khơng giống Sau lần thí nghiệm, đưa số nhận xét khác tầng in sau: - Tầng 1: Lớp Lớp gọi lớp dính, phần lớp quan trọng Thời gian phơi sáng lớp lần thời gian phơi sáng bình thường để đảm bảo tất khoảng trống xuất lớp in 57 đáy khay chứa vật liệu sửa lớp bám chắn vào Chiều cao nâng trục cần nâng cao đến mm dung in lớn mm dung in nhỏ tốc độ nâng 10mm/phút - Tầng 2: Phần cịn lại Bình thường lớp đặt trước lớp để hỗ trợ Độ dày lớp nên vào khoảng 0.3mm Thời gian phơi sáng cho phần 1/2 thời gian phơi sáng tầng đầu Số lớp tầng phụ thuộc vào độ dày lớp in Ví dụ lớp 0.3mm độ dày lớp 0.05 mm ta có lớp Chiều cao nâng trục cần nâng cao đến mm dùng in lớn mm dùng in nhỏ tốc độ nâng 10mm/phút - Tầng 3: Tầng hỗ trợ Thường tầng để hỗ trợ Tầng phần đế nên cần khỏe ổn định Thời gian phơi sáng 1/2 thời gian phơi sáng tầng Chiều cao nâng trục cần nâng cao đến mm dung in lớn 3.5 mm dung in nhỏ tốc độ nâng 15 mm/phút.Ví dụ với lớp có độ dày 0.1 mm có 20 lớp để có mm in với in lớn - Tầng đến tầng 7: Tầng có lớp hỗ trợ mơ hình Giảm dần thời gian phơi sáng từ tầng đến tầng để tránh đường ngang tao co bề mặt không Độ cao nâng trục Z dao động từ mm đến mm với tốc độ nâng 15mm/phút - Tầng 8: Tầng mơ hình Tầng bao gồm lớp mơ hình Dùng thời gian phơi sáng bình thường, độ cao nâng 2mm đến 5mm với tốc độ 15mm/phút 58 KẾT LUẬN Kết đạt - Thiết kế, chế tạo thành công mẫu máy in 3D DLP - Làm chủ công nghệ in 3D sử dụng nguồn sáng số DLP: Thử nghiệm tính tốn thời gian phơi sáng phù hợp với loại nhựa máy chiếu sử dụng cho máy Lựa chọn chế độ cơng nghệ hợp lý, sản phẩm q trình in đạt độ bề mặt, độ dày layer độ cứng yêu cầu mẫu - Thí nghiệm kiểm định ảnh hưởng yếu tố đến chất lượng mẫu đưa chế độ in khuyến cáo Định hướng phát triển đề tài - Phát triển hệ thống kết nối khơng dây cho máy in với máy tính điều khiển qua Wi-Fi - Do xảy hiệu ứng voxel sản phẩm nên cần phát triển thêm công nghệ hậu xử lý để sản phẩm đạt đến độ mịn bề mặt cao - Nghiên cứu chế tạo nguồn sáng riêng thay cho máy chiếu với chi phí thấp, cường độ UV cường độ sáng cao - Tính tốn đưa thơng số phù hợp với loại vật liệu 59 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] A Gebhardt, Understanding Additive Manufacturing Munich: Hanser Publication, 2012 [2] L Chen, Y He, Y Yang, S Niu, and H Ren, The research status and development trend of additive manufacturing technology,Int J Adv Manuf Technol., vol 89, no 9–12, pp 3651–3660, 2017 [3] A Ibrahim and M Ibrahim, Optimization of Process Parameter for Digital Light Processing (DLP) 3D Printing,no April, pp 19–22, 2017 [4] 3D Systems, “StereoLithography Interface Specification,” 1988 [5] Texas Instruments, “DLP3010 Mobile HD Video and Data Display Description & parametricsitle,” 2014 [6] J V Crivello and E Reichmanis, Photopolymer Materials and Processes for Advanced Technologies,Chem Mater., vol 26, no 1, pp 533–548, Jan 2014 [7] R Phillips, Photopolymerization,J Photochem., vol 25, no 1, pp 79–82, 1984 [8] B Raju, Vhandrashekar.u, d Drakshayani, and c Kunjan, determining the influence of layer thickness for rapid prototyping with stereolithography (SLA) process, vol 2010 [9] Nguyen Huy Ninh,"Bài giảng môn Cơ sở thiết kế Khuôn Mẫu" Bach Khoa Publishing House -Hanoi-2010 60 ... LUẬN VĂN Thiết kế chế tạo máy in 3D DLP nghiên cứu ảnh hưởng thông số cơng nghệ đến chất lượng mẫu tạo hình Nhiệm vụ đề tài: Thiết kế chế tạo máy in 3D sử dụng nguồn sáng số DLP với kết cấu sau:... ? ?Thiết kế chế tạo máy in 3D DLP nghiên cứu ảnh hưởng thông số công nghệ đến chất lượng mẫu tạo hình? ?? Tóm tắt nội dung luận văn Trong năm gần đây, công nghệ in 3D sử dụng nhiều sản phẩm công nghiệp... Kudo3D - Titan 46 CHƯƠNG NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC THÔNG SỐ CÔNG NGHỆ ĐẾN CHẤT LƯỢNG MẪU TẠO HÌNH 52 3.1 Thí nghiệm kiểm tra ảnh hưởng thời gian phới sáng độ dày lớp in đến chất lượng