(Đồ án tốt nghiệp) khảo sát thông số gia công nhiệt độ ảnh hưởng đến tính chất vật liệu poly (lactic acid) bằng kỹ thuật in 3d

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH CÔNG NGHỆ VẬT LIỆU KHẢO SÁT THÔNG SỐ GIA CƠNG NHIỆT ĐỘ ẢNH HƯỞNG ĐẾN TÍNH CHẤT VẬT LIỆU POLY(LACTIC ACID) BẰNG KỸ THUẬT IN – 3D GVHD: NGUYỄN THÁI HÒA SVTH: TRƯƠNG VĂN TÂY MSSV: 16130058 SKL007587 Tp Hồ Chí Minh, tháng 09/2020 TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA KHOA HỌC ỨNG DỤNG BỘ MÔN CÔNG NGHỆ VẬT LIỆU KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP KHẢO SÁT THƠNG SỐ GIA CƠNG NHIỆT ĐỘ ẢNH HƯỞNG ĐẾN TÍNH CHẤT VẬT LIỆU POLY(LACTIC ACID) BẰNG KỸ THUẬT IN – 3D GVHD: THS NGUYỄN THÁI HỊA SVTH: TRƯƠNG VĂN TÂY MSSV: 16130058 KHĨA: 2016 TP Hồ Chí Minh, tháng 09 năm 2020 TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA KHOA HỌC ỨNG DỤNG BỘ MÔN CÔNG NGHỆ VẬT LIỆU KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP KHẢO SÁT THƠNG SỐ GIA CƠNG NHIỆT ĐỘ ẢNH HƯỞNG ĐẾN TÍNH CHẤT VẬT LIỆU POLY(LACTIC ACID) BẰNG KỸ THUẬT IN – 3D GVHD: THS NGUYỄN THÁI HỊA SVTH: TRƯƠNG VĂN TÂY MSSV: 16130058 KHĨA: 2016 TP Hồ Chí Minh, tháng 09 năm 2020 TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HCM CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM KHOA KHOA HỌC ỨNG DỤNG Độc lập - Tự – Hạnh phúc BM CƠNG NGHỆ VẬT LIỆU TP Hồ Chí Minh, ngày 31 tháng 08 năm 2020 NHIỆM VỤ KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP Giang viên hướng dẫn: Ths Nguyễn Thái Hòa Cơ quan công tác giang viên hướng dẫn: Trường Đại học Bách Khoa TP Hồ Chí Minh Sinh viên thực hiện: Trương Văn Tây MSSV: 16130058 Tên đề tài: Khảo sát thông số gia công nhiệt độ ảnh hướng đến tính chất vât liệu Poly(lactic acid) kỹ thuật in 3D Nội dung khóa luận: - Tìm hiểu tính chất vật liệu nhiệt dẻo, vật liệu sinh học Poly(lactic acid); tìm hiểu cơng nghệ in – 3D FDM; xây dựng quy trình thử nghiệm phân hủy sinh học vật liệu môi trường dung dịch SBF (Simulated body fluid) - Thiết kế mẫu cấu trúc xốp scaffold và mẫu khối đặc (quả tạ và trụ) phần o mềm Solidwords và chế tạo mẫu với thông số gia công nhiệt độ 190 – 210 C kỹ thuật in – 3D - Xác định tính chất vật liệu trước và sau chế tạo mẫu kỹ thuật in – 3D FDM và khả phân hủy sinh học PLA dung dịch SBF với thời gian – 168 Các sản phẩm dự kiến: Bài báo cáo khóa luận tốt nghiệp Ngày giao đồ án: 09/03/2020 Ngày nộp đồ án: 31/08/2020 Ngơn ngữ trình bày: Bản báo cáo: Trình bày bảo vệ: TRƯỞNG BỘ MÔN (Ký, ghi rõ họ tên) Tiếng Anh Tiếng Anh Tiếng Việt   Tiếng Việt GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN (Ký, ghi rõ họ tên) i KHOA KHOA HỌC ỨNG DỤNG BỘ MÔN CÔNG NGHỆ VẬT LIỆU NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN Họ và tên Sinh viên: Ngành: Tên đề tài: Họ và tên Giáo viên hướng dẫn: Cơ quan công tác GV hướng dẫn: Địa chỉ: NHẬN XÉT Về nội dung đề tài và khối lượng thực hiện: Tinh thần học tập, nghiên cứu sinh viên: Ưu điểm: Khuyết điểm: Đề nghị cho bảo vệ hay không? Điểm: (Bằng chữ: ) Tp Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 20 Giáo viên hướng dẫn (Ký & ghi rõ họ tên) ii KHOA KHOA HỌC ỨNG DỤNG BỘ MÔN CÔNG NGHỆ VẬT LIỆU NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN Họ và tên Sinh viên: Ngành: Tên đề tài: Họ và tên Giáo viên phản biện: Cơ quan công tác GV phản biện: Địa chỉ: NHẬN XÉT Về nội dung đề tài và khối lượng thực hiện: Ưu điểm: Khuyết điểm: Kiến nghị và câu hỏi: Đề nghị cho bảo vệ hay không? Điểm: (Bằng chữ: ) Tp Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 20 Giáo viên hướng dẫn (Ký & ghi rõ họ tên) iii LỜI CẢM ƠN Lời đầu tiên, xin gửi lời cảm ơn đến toàn thể quý thầy cô trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP Hồ Chí Minh truyền đạt những kiến thức quý báu để tơi có được tảng trí thức hơm nay, thực đề tài lần này và vận dụng những kiến thức vào thực tế Đặc biệt, tơi xin chân thành cảm ơn đến: - Giảng viên hướng dẫn, Ths Nguyễn Thái Hòa – Giảng viên Trường Đại học Bách Khoa TP Hồ Chí Minh tận tình hướng dẫn, chia sẽ, quan tâm, truyền đạt những kỹ năng, kiến thức và kinh nghiệm cho suốt trình thực khóa luận tốt nghiệp - Trung tâm Polyme – Phịng thí nghiệm TS Phạm Trung Kiên Trong suốt q trình làm khóa luận nhận được hỗ trợ thiết bị, vật tư từ phịng thí nghiệm (trung tâm Polyme) - Viện khoa học vật liệu ứng dụng giúp chúng tơi phân tích những kết luận văn này - Các thầy cô khoa Khoa học Ứng dụng tạo điều kiện tốt và giúp đỡ tơi q trình thực khóa luận - Ba mẹ, anh, chị, em, và người giúp đỡ, động viên, tạo điều kiện tốt từ vật chất đến tinh thần cho học tập và nghiên cứu thời gian học tập - Ngoài ra, xin gửi lời cám ơn đến tác giả, đồng tác giả bài viết khoa học mà tơi đọc và tham khảo q trình làm khóa luận Trong q trình thực khóa luận, được trau dồi và học hỏi những kiến thức và kinh nghiệm, nhiên tránh khỏi những thiếu sốt Vì vậy, tơi mong nhận được đóng góp ý kiến quý thầy cô để nâng cao kiến thức, kinh nghiệm cho trình học tập và cơng việc sau này Tơi xin chân thành cảm ơn! Trương Văn Tây iv LỜI CAM ĐOAN Với hướng dẫn và tài trợ Ths Nguyễn Thái Hịa, tơi xin cam đoan kết nghiên cứu bài báo cáo khóa luận này là rõ ràng, trung thực và chưa được công bố luận văn, bài báo trước TP Hồ Chí Minh, ngày 31 tháng 08 năm 2020 Trương Văn Tây v LỜI MỞ ĐẦU Trong thời kỳ “cách mạng công nghiệp 4.0”, khoa học, kỹ thuật phát triển không ngừng và nhu cầu tạo sản phẩm nhanh cần thiết Hiện nay, công nghệ tạo mẫu nhanh và đặt biệt là công nghệ FDM, là xu phát triển giới Công nghệ này được ứng dụng nhiều lĩnh vực y sinh, kỹ thuật khí, khn mẫu, cơng nghệ giải trí, kiến trúc và xây dựng, tơ, quốc phịng, hàng khơng vũ trụ…Đặc biệt là ứng dụng y sinh, giàn giáo ni cấy mơ Do đó, để đáp ứng được nhu cầu tạo mẫu nhanh là thách thực lớn Ngoài ra, việc nâng cao chất lượng sản phẩm từ công nghệ tạo mẫu nhanh FDM là vấn đề cần giải nhà nghiên cứu lĩnh vực này Cùng với công nghệ 4.0, cần quan tâm đến môi trường và sử dụng vật liệu tái chế, phân hủy sinh học,… để giảm thiểu ảnh hưởng xấu mơi trường sống xung quanh Trong q trình tạo mẫu máy FDM, sử dụng vật liệu PLA là nhựa poly ester nhiệt dẻo có khả phân hủy sinh học và có nguốc gốc từ nguồn tài nguyên tái tạo tinh bột ngô (ở Hoa Kỳ và Canada), rễ sắn, khoai tây tinh bột (chủ yếu châu Á) mía (ở phần lại giới) Với vật liệu Poly(lactic acid) đề xuất phương pháp khảo sát: tính o chất học, tính chất nhiệt dẻo trước và sau gia công nhiệt độ đùn 190 – 210 C, tính chất phân hủy sinh học cấu trúc vật liệu scaffold PLA môi trường giả nồng độ ion thể người (SBF) Thông qua phần mềm Solidworks, thiết kế chế tạo mẫu để khảo sát: Mẫu cấu trúc xốp scaffold (20x15x5mm); Mẫu đặc: tạ (ASTM D638) và khối trụ (ASTM D695) Với những ý nghĩa thực triển và ứng dụng trên, định chọn đề tài: “Khảo sát thơng số gia cơng nhiệt độ ảnh hưởng đến tính chất vật liệu Poly(lactic acid) kỹ thuật in – 3D” để làm đề tài bảo vệ luận văn Đối tượng nghiên cứu: Tính chất vật liệu sinh học PLA dùng công nghệ in 3D FDM; tác động thơng số nhiệt độ in 3D Mục đích nghiên cứu: Ảnh hưởng thông số gia công nhiệt độ đến tính chất vật liệu Poly(lactic acid) Báo cáo này bao gồm chương: Chương 1: Tổng quan Giới thiệu vật liệu nhiệt dẻo và vật liệu sinh học; đặt vấn đề; phạm vi nghiên cứu; nghiên cứu tham khảo đề tài này trước Chương 2: Thực nghiệm - Nguyên vật liệu, thiết bị, cách thiết kế và chế tạo mẫu vi Khảo sát tính chất học (ứng suất nén) và phân hủy sinh học PLA dung dịch SBF - Các phương pháp phân tích nhiệt DSC, MFI; cấu tạo hóa học và khối lượng phân tử FTIR – GPC; kiểm tra kích thước sợi kính hiển vi quang học Chương 3: Kết bàn luận - Tính chất tính – gia cơng và tính chất nhiệt dẻo - Cấu tạo hóa học và khối lượng phân tử - Cấu trúc vật liệu scaffold - Tính chất phân hủy sinh học môi trường SBF - vii Bảng PL 1.6 Ứng suất nén mẫu cấu trúc xốp scaffold theo phương Y Nhiệt o độ ( C) Tốc độ (mm/s) 190 200 210 Phụ lục Kết phân hủy sinh học Bảng PL 2.1 Giá trị pH sau khảo sát phân hủy sinh học dung dịch SBF Thời gian(h) 24 168 53 Bảng PL 2.2 Mật độ lỗ xốp mẫu scaffold phương pháp cân thủy tĩnh Nhiệt độ (oC) Time(h) 190 24 168 200 24 168 210 24 168 54 Bảng PL 2.3 Độ giảm khối lượng (%) mẫu scaffold sau khảo sát phân hủy sinh Nhiệt Thời o độ ( C) gian (h) 190 200 210 học 55 Phụ lục Kết phân tích  Phân tích nhiệt – DSC Hình PL 3.1 Đường cong DSC mẫu PLA – Hình PL 3.2 Đường cong DSC mẫu PLA – 200 56 Phân tích phổ hồng ngoại – FTIR Hình PL 3.3 Phổ hồng ngoại IR mẫu PLA – Day Hình PL 3.4 Phổ hồng ngoại IR mẫu PLA – 7Days 57 Phân tích sắc ký gel – GPC Hình PL 3.5 Sắc ký gel – GPC mẫu PLA – Hình PL 3.6 Sắc ký gel – GPC mẫu PLA – 190 58 Hình PL 3.7 Sắc ký gel – GPC mẫu PLA – 200 Hình PL 3.8 Sắc ký gel – GPC mẫu PLA – 210 59  Kính hiển vi quang học Hình PL 3.9 Kính thước sợi PLA – 190 Hình PL 3.10 Kính thước sợi PLA – 200 60 Hình PL 3.11 Kính thước sợi PLA – 210 61 Bảng PL 3.1 Kết kính hiển vi quang học Mẫu Time 0,530 0,513 Kích thước 0,516 sợi 0,548 0,565 0,554 AVERAGE 0,538 STD 0,021 SD 3,986 0,243 0,270 Khoảng cách sợi 0,284 0,267 0,243 AVERAGE 0,261 STD 0,018 SD 6,838 62 ... tài: Khảo sát thông số gia công nhiệt độ ảnh hướng đến tính chất vât liệu Poly( lactic acid) kỹ thuật in 3D Nội dung khóa luận: - Tìm hiểu tính chất vật liệu nhiệt dẻo, vật liệu sinh học Poly( lactic... tài: ? ?Khảo sát thông số gia công nhiệt độ ảnh hưởng đến tính chất vật liệu Poly( lactic acid) kỹ thuật in – 3D? ?? để làm đề tài bảo vệ luận văn Đối tượng nghiên cứu: Tính chất vật liệu sinh học... thay đổi thông số nhiệt độ gia công ảnh hưởng nào đến tính chất vật liệu PLA Để hiểu rõ ảnh hưởng này, với nhiệt độ khảo sát có số lượng mẫu khảo sát nhau, thơng số nhiệt độ và tốc độ có mẫu