(Đề tài NCKH) nghiên cứu thiết kế và chế tạo máy in 3d delta

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH CƠNG TRÌNH NGHIÊN CỨU KHOA HỌC SINH VIÊN NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MÁY IN 3D DELTA MÃ SỐ:SV2019-21 SKC006838 Tp Hồ Chí Minh, tháng 06/2019 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐH SƯ PHẠM KỸ THUẬT TPHCM BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CỦA SINH VIÊN NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MÁY IN 3D DELTA SV2019-21 Thuộc nhóm ngành khoa học: TP Hồ Chí Minh, Tháng Năm 2019 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐH SƯ PHẠM KỸ THUẬT TPHCM BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CỦA SINH VIÊN NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MÁY IN 3D DELTA SV2019-21 Thuộc nhóm ngành khoa học: SV thực hiện: Nguyễn Danh Cát Nam, Nữ: Nam Dân tộc: Kinh Lớp, khoa: Cơ Khí Chế Tạo Máy Năm thứ: /Số năm đào tạo:4 Ngành học: Công Nghệ Chế Tạo Máy Người hướng dẫn: Th.S Đặng Minh Phụng TP Hồ Chí Minh, Tháng Năm 2019 LỜI CẢM ƠN  - Lời đầu tiên, em xin chân thành gửi lời cảm ơn đến BGH Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM, giảng viên, Thầy Đặng Minh Phụng; giáo viên hướng dẫn đồ án chúng em; nhiệt tình giúp đỡ tạo điều kiện thuận lợi cho em học tập, hướng dẫn cho chúng em để hoàn thành đề tài nghiên cứu khoa học Và người xung quanh ủng hộ, giúp đỡ việc xây dựng ý tưởng, thiết kế hoàn thiện máy đến sản phẩm tốt Em khơng biết nói hơn, xin gửi lời cảm ơn chân thành lời chúc sức khỏe chân thành nhất, sâu sắc đến quý Thầy(Cô), Bạn người chia kiến thức giúp đỡ cho chúng em suốt trình thực đề tài Trong trình thực đề tài này, chúng em cố gắng nỗ lực để hoàn thành nhiên thời gian kiến thức có hạn khơng thể tránh khỏi nhiều thiếu sót, kính mong thầy bạn giúp đỡ góp ý kiến để chúng em hoàn thành đề tài tốt Mọi ý kiến đóng góp xin liên hệ với địa sau: Nguyễn Danh Cát Trần Lê Xuyên i TÓM TẮT ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MÁY IN 3D DELTA Để học tập hay làm việc dễ dàng cần có mơ hình cụ thể, cấu giống với thực tế để nghiên cứu hay tìm lỗi sai sản phẩm dựa mơ hình 3d Trong học tập: Các mơn cơng nghệ chế tạo máy cần mơ hình đồ gá… Trong xây dựng: Có thể tạo in tịa nhà thu nhỏ giống với thực tế để kiểm tra sai sót cấu Chính vậy, nhóm em định nghiên cứu thiết kế chế tạo máy in 3D với giá thành thấp để tạo sản phẩm có tính ứng dụng cao học tập làm việc Máy in gồm phần: Phần khí phần điều khiển Kết quả: Nhóm em hoàn thành máy in 3d delta, máy in sản phẩm đẹp, đảm bảo dung sai hay độ bóng độ nhám RESEARCHING DESIGN AND MANUFACTURING OF A 3D DELTA PRINTING MACHINE To study or work more easily requires specific models, the most realistic mechanisms for studying or finding errors in products based on 3D models In education: Subjects such as machine manufacturing technology needs jig models In construction: We can print out a miniature building that looks like reality to check up errors So, my group decided to research, design and manufacture 3D printing machine with low cost in order to create products with high applicability served in education and pro to type The printing machine consists of two parts: mechanical part and control system Results: my group completed the 3d delta printing machine which printed out the high quality products ii MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN i TÓM TẮT ĐỀ TÀI ii DANH SÁCH CÁC TỪ VIẾT TẮT vi DANH SÁCH CÁC BẢNG BIỂU vii DANH MỤC SƠ ĐỒ, HÌNH VẼ viii CHƯƠNG I: TỔNG QUAN .2 1.Máy in 3d gì? 2.[3]Công nghệ in 3D giới .2 3.[2] Công nghệ in 3D Việt Nam 4.Công nghệ in 3D tương lai CHƯƠNG II: CÁC BƯỚC PHÁT TRIỂN CỦA TẠO MẪU VÀ CÁC CÔNG NGHỆ IN 3D 2.1 Công nghệ tạo mẫu nhanh .5 2.1.1 Khái niệm: 2.1.2 Ba thời kì trình tạo mẫu 2.1.3 Lịch sử hình thành phát triển cơng nghệ tạo mẫu nhanh 2.1.4 Quá trình tạo mẫu nhanh 11 2.1.5 Phân loại: 11 2.1.6 [4]Một số loại công nghệ in 3D 12 2.1.7 Tầm quan trọng ứng dụng công nghệ tạo mẫu nhanh: 13 2.2 Phương pháp tạo mẫu nhanh FDM (Fused Deposition Modeling ) .16 2.2.1 Khái niệm nguyên lý hoạt động: 16 2.2.2 Vật liệu dùng FDM 17 2.2.3 Ưu – nhược điểm phương pháp FDM 19 CHƯƠNG III: LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ 21 3.1.[5] Lựa chọn kết cấu máy in: 21 3.1.1 Máy in 3D loại Cartesian 21 3.1.2 Máy in 3D loại Delta 22 3.1.3 Máy in 3D loại Polar 23 3.2 Lựa chọn truyền động mặt phẳng Oxyz 24 3.2.1 Truyền động cánh tay tính tiến 24 3.2.2 Truyền động đai kết hợp dẫn hướng 25 3.3 Các loại truyền đai 26 3.3.1 Đai dẹt 26 3.3.2 Đai thang 26 3.3.3 Đai hình lược 26 3.3.4 Đai 26 iii 3.5 Lựa chọn điều khiển 3.5.1 Hệ thống relay – timer – contactor: 3.5.2 PLC 3.5.3 Vi điều khiển 3.6 Lựa chọn động 3.6.2 Động DC servo CHƯƠNG IV: TÍNH TỐN, THIẾT KẾ CƠ KHÍ 4.1 Mơ hình động học máy in 3D cấu delta thực 4.2 Lựa chọn truyền đai 4.3 Bộ phận đùn nhựa 4.3.1 Cụm tời nhựa 4.3.2 Đầu phun gia nhiệt 4.4 Tính tốn thiết kế phần điện CHƯƠNG V: HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN 5.1 Sơ đồ hệ thông điều khiển 5.2 Các linh kiện cần thiết cho hệ thống điểu khiển 5.3 Vi điều khiển 5.4 Board kết nối 5.5 Driver 5.6 Cơng tắc hành trình 5.7 Màn hình LCD CHƯƠNG VI: THIẾT LẬP THÔNG SỐ PHẦN CỨNG 6.1 Thiết lập thông số phần cứng máy 6.1.1 [6]Thiết lập firmware nạp chương trình 6.1.2 Phần mềm điều khiển 6.2 Danh sách phần mềm điểu khiển máy in 6.2.1 Phần mềm in 3D Cura 6.2.2 Phần mềm in 3D CraftWare 6.2.3 Phần mềm in 3D cắt lớp GCode chuyên nghiệp Simplify3D 6.2.4 Phần mềm điều khiển in 3D Repetier 6.2.5 Phần mềm phân tích chỉnh sửa file STL Netfabb Basic CHƯƠNG VII: CÁCH VẬN HÀNH MÁY IN 7.1 cài đặt thông số phần mềm cura 7.1.1 Cài đặt máy in Cura 7.1.2 Thao tác chuột Cura 7.1.3 [7] Cài đặt thông số in 3D Cura 7.2 Xuất liệu in (gcode) CHƯƠNG VIII: KẾT QUẢ VÀ CÁCH KHẮC PHỤC LỖI KHI IN 8.1 Tổng quan máy iv Một số sản phẩm 68 8.2 Các lỗi in cách khắc phục 70 8.2.1 Thiếu nhựa bắt đầu in 70 8.2.2 Vật in khơng dính vào bàn in 70 8.2.3 Nhựa in không đủ 71 8.2.4 Mặt sản phẩm khơng khít, có khe hở 72 8.2.5 Bề mặt chi tiết bị cong vênh 73 8.2.6 tắc nhựa in 74 8.3 Một số lưu ý in 74 8.4 Kết in 75 CHƯƠNG IX: KẾT LUẬN 76 I Hướng phát triển 76 II Khuyến nghị 77 TÀI LIỆU THAM KHẢO 78 v DANH SÁCH CÁC TỪ VIẾT TẮT CAD CAM CNC LAM SLA SLS LOM 3DP FDM PLA ABS : Computer Aided Design : Computer Aided Manufacturing : Computer Numerical Control : Laser Additive Manufacturing : Stereolithography : Selective Laser Sintering : Laminated Object Manufacturing : Three Dimensional Printing : Fused Deposition Modeling : Polylactic Axit : Acrylonitrile Butadiene Styrene vi DANH SÁCH CÁC BẢNG BIỂU Trang Bảng 4.1 Quan hệ khớp 30 Bảng 4.2 Quan hệ tọa độ trục A,B,C 31 Bảng 4.3: Một số loại đai 31 Bảng 4.4: Bảng kê chi tiết cụm đầu đùn 34 Bảng 4.5: Một số linh kiện điện 36 Bảng 5.1: Thông số arduino mega 2560 45 Bảng 6.1: Danh sách phần mềm điểu khiển máy in 55 vii Hình 7.8: Chọn print from SD để lấy file ìn tử thẻ nhớ Hình 7.9: Chọn file in – Khi chọn file in xong máy bắt đầu tăng nhiệt độ đến nhiệt độ cài cura Nếu nhựa PLA khoảng 192 độ, nhiệt độ hình LCD tăng đến 150 độ xịt lớp keo để tăng độ liên kết mặt in sản phẩm sau in xong sản phẩm mặt in dính chặt khó gở, dùng dao hay dùi chuyên dụng để cạy sản phẩm ra, sau gở support cần thiết làm bóng bề mặt - Nếu nhựa ABS dùng axeton - Nếu nhựa PLA tetrahydroteran 65 CHƯƠNG VIII: KẾT QUẢ VÀ CÁCH KHẮC PHỤC LỖI KHI IN 8.1 Tổng quan máy Hình 8.1: Khung máy in 3D hồn chỉnh Số liệu máy: Kích thước máy: 372x372x774 mm Kích thước làm việc: 180x180x240 mm Cân nặng: 20kg Tốc độ in: 60mm/s 66 Hình 8.2: Máy in thiết kế máy in thực tế 67 Một số sản phẩm Hình 8.3: Sản phẩm in bình hoa tượng 68 Hình 8.4: Sản phẩm đồ gá in từ máy 69 8.2 Các lỗi in cách khắc phục 8.2.1 Thiếu nhựa bắt đầu in Các đường in vật nhựa không ra, không Đây lỗi in 3D thường gặp sử dụng máy in 3D Lỗi tưởng chừng không ảnh hưởng nhiều thực chất gây bong tróc vật in khỏi bàn in Hình 8.5: Thiếu nhựa in Nguyên nhân khắc phục Do gia nhiệt, nhựa đầu phun bị thất thoát phần (do chảy xuống khỏi đầu phun) + Sử dụng tính PRIMED phần mềm in 3D (tính tự động kích hoạt phần mềm 3DMaker cung cấp) Tính Primed cho phép vẽ đường nháp nhựa tiến hành in vật thể – Do đầu phun sát bàn in, nhựa không đủ không gian để chả Một số trường hợp cịn gây nghẹt nhựa móp đầu phun + Cân chỉnh lại bàn in theo hướng dẫn nhà sản xuất + Nghẹt đầu phun 8.2.2 Vật in khơng dính vào bàn in Hình 8.6: Vật in khơng dính vào bàn in Lớp in lớp in quan trọng nhất, đặt tảng nhiều in sau Vì lớp in khơng dính vào bàn in, bạn in 70 *Các nguyên nhân cách khắc phục – Bàn in chưa cân chỉnh + Hãy cân chỉnh bàn in thật kỹ trước in, đừng tiếc vài phút cân chỉnh làm hỏng hàng chục in nhựa in bạn – Đầu phun xa bàn in + Hãy giữ khoảng cách đầu phun bàn in theo hướng dẫn nhà sản xuất.Thông thường, khoản cách tương đương độ dày card visit (name card) – In lớp nhanh + Đừng in lớp nhanh, kiên nhẫn để có lớp đế hồn hảo – Nhiệt độ khơng phù hợp + Thơng thường, in lớp đầu tiên, khyên khách hàng nên tăng nhiệt độ thêm 10% so với lớp khác tắt quạt tản nhiệt Như giúp cho nhựa dính vào bàn in tốt – Mặt bàn in không phù hợp + Mỗi loại vật liệu in dính lên loại bề mặt khác Ví dụ, PLA, lớp phủ tốt Blue Tape, ABS lại ABS GLUE.Do lựa chọn xác lớp phủ bàn in + Có thể dùng lớp keo xịt tóc phủ lên bề mặt bàn in để tang độ kết dính 8.2.3 Nhựa in khơng đủ Khi nhựa khơng đủ mong muốn, đường in hở thay dính chặt vào làm cho vật in trở nên dễ bong tách mịn màng Hình 8.7: Nhựa in khơng đủ Nguyên nhân cách khắc phục – Nhựa in khơng xác + Đường kích nhựa in xác vật in đẹp khắc phục tình trạng thiếu, thừa nhựa Nhựa in 3D thơng dụng thị trường có loại 71 1.75 3.0 Hãy xác định xác loại nhựa in bạn dùng nhập thông số vào phần mềm in + Hãy mua nhựa in từ nhà cung cấp tin tưởng, nhựa in chất lượng thường có đường kính khơng 1.75 3.0 Sai số đường kính ảnh hưởng lớn đến kết in – Tăng giảm lượng nhựa đầu phun + Bạn tăng giảm lượng nhựa chảy vào đầu phun chức extrusion multiplier có phần mềm 3DMaker cung cấp Ví dụ, extrusion multiplier PLA 0.9, chưa đủ, tăng lên 0.95 Điều có nghĩa lượng nhựa thêm 5% so với trước Đối với ABS extrusion multiplier 1.0, tăng lên 1.05 1.1 để tăng lượng nhựa chảy tạo kết dính lớp tốt 8.2.4 Mặt sản phẩm khơng khít, có khe hở Các vật thể in 3D chia làm phần bề mặt (vỏ) ruột Dể tiết kiệm vật liệu thời gian, ruột bên vật thể tạo lưới với độ đặc 20-40% rỗng phần cịn lại Hình 8.8: Chất lượng bề mặt khơng tốt Nguyên nhân cách khắc phục – Lưới bên ruột thưa Bề mặt vật thể lớp nhựa tựa vào lớp lưới bên ruột Do lớp lưới thưa, lớp nhựa khơng có chỗ dựa chắn, dễ biến dạng tạo nên bề mặt sần sùi, nhiều khe hở + Tăng mật độ lớp lưới (INFILL) cải thiện bề mặt sản phẩm Thông thường mật độ vừa phải để in vật thể không chịu lực lớn 20% Đối với vật thể cần độ cứng gia tăng lớp lưới lên 40-50% 72 – Lớp vỏ mỏng Đối với vật thể in 3D, lớp vỏ chia thành loại Vỏ xung quanh (shell) vỏ dưới-bề mặt (bottom face) vỏ trên- bề mặt (top face) Khi lớp phủ đặc (solid layer) bottom face va top face ít, bề mặt vật thể có khe hở lỗ li ti + Tăng số lớp phủ đặc bottom va top face Thông thường đối bới lớp in 0.2, top face cần lớp phủ đặc từ 4-6 lớp, lớp in 0.12 tương ứng 6-8 lớp 8.2.5 Bề mặt chi tiết bị cong vênh Hình 8.9: Sản phẩm bị cong vênh Nguyên nhân cách khắc phục – Do bàn máy khơng cân q trình co rút nhựa + Dùng bàn nhiệt + Cân lại bàn máy + Nhỏ keo dán sắt lên bề mặt đáy 73 8.2.6 tắc nhựa in Hình 8.10: Tắc nhựa in Nguyên nhân cách khắc phục – Do nhiệt độ in không đủ – Do nhiệt độ in cao làm hóa lỏng đoạn nhựa gần đầu nhiệt khiến q trình đùn nhựa khó khan gây kẹt nhựa – Do vật liệu in không đủ chất lượng – Thay đầu in 8.3 Một số lưu ý in – Đặt máy in 3D nơi kín gió hoạt động Có điều cần lưu ý nhựa ABS bị đun nóng có mùi khó chịu độc hại Bởi bạn cần đặt máy in 3D in nhựa ABS nơi kín gió phải vắng người để không làm ảnh hưởng đến người khác – Tránh đặt máy in 3D phòng máy lạnh Nhiều bạn đặt máy in 3D văn phịng làm việc nơi có máy lạnh hoạt động làm giảm nhiệt độ xung quanh máy in 3D dễ gây lỗi in nhựa Hơn nữa, phịng máy lạnh thường nơi có nhiều người sinh hoạt nên khơng thích hợp để đặt máy in 3D in – Đặt máy in 3D phịng có nhiệt độ cao in Điều thực dễ dàng vào mùa nắng nóng Bạn chọn phịng nóng mà đặt máy in 3D in nhựa PLA nhiệt độ 190 - 200 độ C –Tăng tốc độ in: Thời gian in 3D lâu làm tăng nguy sản phẩm bị lỗi hỏng Bởi vậy, in vật thể lớn, nên xem xét đến giải pháp gia tăng tốc độ cho máy in 3D Một giải pháp thực mà khơng cần nâng cấp máy in 3D là…giảm chất lượng in (tăng độ dày lớp) 74 8.4 Kết in Hình 8.11: Ren in với layer 0.2 Hình 8.12: Ren in với layer 0.12 Kết luận: ren in với layer 0.2 khơng vặn cịn ren in với layer 0.12 vặn khơng nên bề dày lớp in (layer height) quan trọng, nên cân nhắc xem yêu cầu sản phẩm cần in mà chọn thơng số cho hợp lí để tránh việc in lại thời gian phí phát sinh 75 CHƯƠNG IX: KẾT LUẬN Từ yếu tố nhóm thiết nghĩ sản phẩm có ưu nhược điểm riêng biệt nhiên có mục đích chung phục vụ nhu cầu khách hàng, lợi ích doanh ngiệp Việc nhanh chóng tiếp nhận nhận xét trực tiếp từ người dùng góp phần to lớn vào việc cải tiến, phát triển sản phẩm góp phần đem lại lợi nhuận cho doanh nghiệp người tiêu dùng Với việc chế tạo thành công máy in 3d góp phần vào phát triển cơng nghệ nước nói chung người tiêu dùng nói riêng: đảm bảo an tồn, suất cao, tiết kiệm chi phí… khơng cịn việc tự chủ công nghệ không phụ thuộc vào cơng nghệ nước ngồi góp phần khơng nhỏ việc phát triển chế biến thủy sản, đưa sản phẩm nước ta đến với nước giới, đặc biệt thị trường tiềm như: châu Âu, Mỹ Sản phẩm nghiên cứu kết đề tài thực bám sát theo nội dung đăng ký, gồm: – Chế tạo thành cơng máy có kích thước 372x372x774 (mm) – Trọng lượng máy 20 Kg – Công suất đạt 60 mm/s – Mẫu in đẹp – Cho suất cao – In sản phẩm có cấu phức tạp I HƯỚNG PHÁT TRIỂN Mặt dù hoàn thành thiết kế lắp đặt máy in 3D, nhiên đề tài nhiều mặt cần cải tiến nhằm đạt hiệu suất tối đa sản xuất Một số hướng phát triển nhóm muốn hướng đến: – Cải tiến hệ thống cân băng bàn máy tự động Với hệ thống cân bàn máy tự động giảm trình điều chỉnh máy ,máy hoạt động ổn định đạt suất cao – Hoàn thiện máy cho hướng sản xuất đại trà, giảm giá thành sản xuất đạt hiệu suất cao ổn định Do hạn chế đồ án tốt nghiệp, nên dùng lại sản xuất chi tiết nhỏ Nhóm hi vọng cải tiến máy để sản xuất đại trà với giá thành thấp hiệu suất độ ổn định nâng cao – Đơn giản cấu trúc, khối lượng, quy mơ máy – Tích hợp thêm số tính (hiện đại máy hơn) như: cảm biến cân chỉnh bàn máy ,cảm biến hụt sợi nhưa, đo khối lượng nhựa, hệ thống hút mùi tốt – Tối ưu hóa chất lượng sản phẩm (yêu cầu chất lượng, hao hụt…) – Có thể in đa sắc (tích hợp thêm nhiều đầu đùn) – Có thể in nhựa dẻo 76 AI KHUYẾN NGHỊ Là đề tài có tính ứng dụng thực tiễn cao phục vụ cho tạo mẫu tạo đồ gá cho môn công nghệ chế tạo máy hay đồ án công nghệ chế tạo máy, in đồ chơi tượng Với hiệu tích cực việc sản xuất mẫu in với chất lượng tốt với giá thành thấp nhiều lần so với in khác Với hạn chế tránh khỏi từ nguyên nhân khách quan chủ quan đề tài tốt nghiệp, mong góp ý chân thành từ phía thầy hội đồng để chúng em có học kinh nghiệm phục vụ cho công việc sau 77 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng việt [1] Trần Quốc Hùng, “Sách dung sai – kỹ thuật đo”, nhà xuất ĐHQG tp.HCM Các tài liệu khác [2] https://tinhte.vn/threads/cong-nghe-in-3d-tai-viet-nam-cong-nghe-cuatuong-lai.2607426/ [3] https://bizlive.vn/nha-dep/anh-toa-nha-xay-dung-bang-cong-nghe-in-3d-dau-tientren-the-gioi-1754596.html [4] http://in3dcongnghiep.com/tim-hieu-cong-nghe-in-3d.html [5] https://www.technologymag.net/so-sanh-cac-loai-may-in-3d/ [6] http://mayin3d.xyz/vi/news/Cong-cu-dieu-khien-may-in-3d/Thiet-lapfirmware-Marlin-may-in-3D-292/ [7] https://tamnhincongnghe.com/cach-cai-thong-trong-phan-mem-cura-2/ 78 ... QUAN Máy in 3d gì? Máy in 3D thiết bị tạo đối tượng chiều Giống máy in truyền thống khác, máy in 3D nhận liệu dạng số từ máy tính làm đầu vào Tuy nhiên thay in giấy, máy in 3D xây dựng tạo mơ... Hồ Chí Minh, Tháng Năm 2019 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐH SƯ PHẠM KỸ THUẬT TPHCM BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CỦA SINH VIÊN NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MÁY IN 3D DELTA SV2019-21...BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐH SƯ PHẠM KỸ THUẬT TPHCM BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CỦA SINH VIÊN NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MÁY IN 3D DELTA SV2019-21 Thuộc nhóm