(Đề tài NCKH) nghiên cứu thiết kế phần cơ khí máy in 3d vật liệu lỏng

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 PHẦN CƠ KHÍ MÁY IN 3D VẬT LIỆU LỎNG MÃ SỐ:SV2019_103 SKC006800 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 PHẦN CƠ KHÍ MÁY IN 3D VẬT LIỆU LỎNG SV2019_103 Thuộc nhóm ngành khoa học: Cơng nghệ kỹ thuật khí SV thực hiện: Nam, Nữ: Dân tộc: Lớp, khoa: Năm thứ: Số năm đào tạo: 2015 - 2019 Ngành học: Người hướng dẫn: Nguyễn Văn Minh MỤC LỤC Lời cảm ơn TP Hồ Chí Minh, 6/2019 Chương : Giới thiệu 1.1 Tính cấp thiết đề tài 1.2 Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài 1.3 Mục tiêu nghiên cứu 1.4 Đối tượng phạm vi nghiên cứu 1.5 Cơ sở phương pháp luận 1.6 Phương pháp nghiên cứu Chương 2: Tổng quan công nghệ in 3D vật liệu lỏng (DLP) 2.1 Giới thiệu công nghệ 2.2 Quy trình in 2.3 Ứng dụng công nghệ 2.4 Một số công nghệ in 3D vật liệu lỏng 2.5 Giới thiệu số máy in 3D 2.6 Kết luận Chương : Cơ lý thuyết 3.1 Khái quát chung máy in 3D 3.2 Động bước 3.3 Truyền động vít me – đai ốc 3.4 Sống trượt dẫn hướng 3.5 Truyền động đai 3.6 Kết luận Chương : Phân tích lựa chọn phương án thiết kế 4.1 Nguyên lý hoạt động 4.2 Cấu trúc thành phần máy 4.3 Phân tích, lựa chọn phương án Chương : Tính tốn, thiết kế khí 5.1 Khung máy 5.2 Cụm cấp nguồn sáng 5.3 Cụm nâng hạ trục Z 5.4 Tính tốn chọn động trục Z 5.5 Trục dẫn hướng bạc dẫn hướng 5.6 Khớp nối 39 5.7 Thiết kế bàn nâng trục Z 41 Chương : Bản vẽ chi tiết 42 1.Bàn máy 42 2.Cục vit me 44 3.Khớp gắn bàn in 46 4.Khớp visai gắn với bàn in 48 Khay đựng nhựa 50 Khung 51 LCD 53 Lỗ vi sai 54 Mặt trước 55 10 Miếng gắn 57 11 Bàn in 58 12 Nam châm 59 13 Thanh trượt 60 14 Nắp khí 61 15 Thanh Vit me 62 16 Vỏ hộp 63 17 Máy in hoàn chỉnh 65 Chương : Kết luận 66 Tài liệu tham khảo 66 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐH SƯ PHẠM KỸ THUẬT TPHCM THÔNG TIN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI Thông tin chung: - Tên đề tài: Nghiên cứu thiết kế phần khí máy in 3D vật liệu lỏng - SV thực hiện: Nguyễn Ngọc Ti Mã số SV: 1514471 - Lớp: 15144CL2 Khoa: Chất lượng cao - Năm thứ: Số năm đào tạo: 2015 -2019 - Người hướng dẫn: Nguyễn Văn Minh Mục tiêu đề tài: - Nội dung báo cáo dễ hiểu, yêu cầu thông tin phải rõ ràng, hiểu rõ công nghệ in 3D vật liệu lỏng, hoàn thành đề tài thời gian quy định Tính sáng tạo: góp phần cải thiện để chế tạo hồn chỉnh máy in 3D vật liệu lỏng với chi phí rẻ Kết nghiên cứu: hoàn thành phần nghiên cứu khí máy in vật liệu 3D lỏng vẽ chi tiết Đóng góp mặt giáo dục đào tạo, kinh tế - xã hội, an ninh, quốc phòng khả áp dụng đề tài: Công bố khoa học SV từ kết nghiên cứu đề tài (ghi rõ tên tạp chí có) nhận xét, đánh giá sở áp dụng kết nghiên cứu (nếu có): Ngày tháng năm SV chịu trách nhiệm thực đề tài (kí, họ tên) Nhận xét người hướng dẫn đóng góp khoa học SV thực đề tài (phần người hướng dẫn ghi): năm tháng Ngày Người hướng dẫn Xác nhận Trường (kí tên đóng dấu) (kí, họ tên) LỜI CẢM ƠN Khi hoàn thành nghiên cứu khoa học lúc nhóm gần kết thúc thời gian học tập trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP Hồ Chí Minh Khoảng thời gian học tập nghiên cứu Trường giúp cho nhóm hiểu yêu quý nơi nhiều Nhà trường Thầy Cơ khơng truyền đạt cho nhóm kiến thức chuyên môn mà giáo dục cho em lý tưởng, đạo đức sống Đây hành trang thiếu cho sống nghiệp nhóm sau Nhóm xin bày tỏ lịng biết ơn sâu sắc đến tất Quý Thầy Cô tận tình bảo, dẫn dắt nhóm đến ngày hơm để vững bước đường học tập làm việc sau Nghiên cứu khoa học đánh dấu việc hoàn thành năm tháng miệt mài học tập nhóm Và đánh dấu trưởng thành đường học tập nhóm Qua nhóm xin gửi lời cảm ơn đến gia đình bạn bè ln động viên tạo điều kiện để nhóm hồn thành khóa học Cuối cùng, nhóm xin bày tỏ lịng biết ơn sâu sắc đến Thầy Nguyễn Văn Minh với nhiệt tình giúp đỡ, tạo điều kiện thuận lợi định hướng đắn kịp thời Thầy giúp nhóm nhiều q trình thực nghiên cứu MỞ ĐẦU CHƯƠNG : GIỚI THIỆU 1.1 Tính cấp thiết đề tài - Góp phần tạo máy in 3D vật liệu lỏng Việt Nam với chi phí thấp - Đáp ứng hài lòng nhu cầu người dân thời đại 4.0 - Là giải pháp tối ưu hóa tốt so với máy khác thị trường 1.2 Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài Đề tài có ý nghĩa khoa học thực tiễn: - Thiết kế mẫu máy in 3D với chất lượng mẫu in tốt phục vụ cho công việc nghiên cứu giảng dạy trường lớp - Phát triển chất lượng mẫu in, kết cấu máy so với dòng máy in 3D truyền thống thị trường từ phải đảm bảo mức giá hợp lý 1.3 Mục tiêu nghiên cứu - Đề tài nhằm mục đích nghiên cứu thiết kế chế tạo máy in 3D sử dụng công nghệ in DLP, thay đổi số thiết kế so với số dòng máy in 3D truyền thống, nâng cao chất lượng mẫu in, tốc độ mẫu in - Hiểu rõ công nghệ in 3D vật liệu lỏng 1.4 Đối tượng phạm vi nghiên cứu 1.4.1 Đối tượng nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu: Nghiên cứu, thiết kế nhằm chế tạo máy in 3D công nghệ DLP 1.4.2 Phạm vi nghiên cứu Phạm vi nghiên cứu đề tài sau: - Nghiên cứu tổng quan công nghệ in 3D - Nghiên cứu, thiết kế cấu truyền động máy 1.5 Cơ sở phương pháp luận Từ cở tài liệu, nghiên cứu, đề tài trước, mẫu máy có thị trường để phân tích ưu điểm nhược điểm dòng máy có trước từ lựa chọn thiết kế mẫu máy tốt 1.6 Phương pháp nghiên cứu Nghiên cứu lý thuyết: - Tìm kiếm, tổng hợp tài liệu liên quan đến đề tài - Nghiên cứu lý thuyết tạo mẫu nhanh với công nghệ DLP - Tổng hợp tài liệu tính tốn, thiết kế cấu truyền động đảm bảo độ xác, tối ưu hóa chuyển động CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN CƠNG NGHỆ IN 3D VẬT LIỆU LỎNG (DLP) 2.1 Giới thiệu công nghệ Công nghệ in 3D hay công nghệ tạo mẫu nhanh cách thức để thực việc in 3D, hay cách thức để máy in 3D hoạt động Ngày công nghệ in 3D phát triển đa dạng, với sản phẩm 3D in với nhiều loại vật liệu khác nhau, vật liệu dạng khối, dạng lỏng, dạng bột bụi Với loại vật liệu có nhiều phương thức để in sử dụng tia laser, dụng cụ cắt, đùn ép nhựa … Cách thức in có in từ lên, in từ đỉnh xuống Công nghệ Resin tên gọi chung loạt công nghệ in 3D dựa loại mực in 3D resin lỏng Gồm có, cơng nghệ SLA, DLP IN 3D liên tục - Ưu điểm: Cơng nghệ in3D RESIN cho sản phẩm có độ mịn cao - Nhược điểm: Quy trình in resin phức tạp, nên dùng để in mẫu bé tinh xảo - Ứng dụng: Tạo mẫu 3D đồ trang sức, nha khoa, mơ hình minature Cơng nghệ in 3D DLP – Công nghệ in 3D Digital Light Processing công nghệ in 3D gần giống SLA (Stereolithography), sử dụng chất liệu nhựa Photopolymer Điểm khác biệt lớn công nghệ in 3D nguồn sáng DLP sử dụng đèn hồ quang, có khả quét qua toàn khay vật liệu lần qt Hình 2.1 Cơng nghệ in 3D DLP Đặc điểm kỹ thuật: - Tốc độ in nhanh SLA - Sản xuất chi tiết xác với độ phân giải chất lượng cao - Yêu cầu tương tự SLA hệ thống support xử lý hậu kỳ in 3D 2.2 Quy trình in  Bồn nguyên liệu Photopolymer tiếp xúc với ánh sáng từ máy chiếu máy in DLP  Máy chiếu DLP chiếu hình ảnh mơ hình 3D CAD lên ngun liệu polymer lỏng theo dạng cắt lớp  Nguyên liệu polymer lỏng đông cứng lại, bàn vật liệu hạ xuống (hoặc bàn in nâng lên), sau lớp nhựa tiếp xúc với ánh sáng  Quá trình lặp lại đối tượng in 3D hoàn thành bồn in hết nguyên liệu, để lộ sản phẩm in hồn thiện DLP thay sữ dụng đầu phát laser đơng kết điểm bàn in dùng hình máy chiếu kỹ thuật số, pixel hình đóng vai trị đầu phát ánh sáng có trạng thái tắt mở (0 1), với hình hồn tồn in lớp Resin Hình 7.1 Bản vẽ 2D LCD Hình 7.2 Bản vẽ 3D LCD Lỗ vi sai 54 Hình 8.1 Bản vẽ 2D Lỗ vi sai Hình 8.2 Bản vẽ 3D Lỗ vi sai Mặt trước 55 Hình 9.1 Bản vẽ 2D mặt trước 56 Hình 9.2 Bản vẽ 2D mặt trước Hình 9.3 Bản vẽ 2D mặt trước 57 10 Miếng gắn Hình 10.1 Bản vẽ 2D miếng gắn Hình 10.2 Bản vẽ 3D miếng gắn 58 11 Bàn in Hình 11.1 Bản vẽ 2D bàn in Hình 11.2 Bản vẽ 3D bàn in 59 12 Nam châm Hình 12.1 Bản vẽ 2D nam châm Hình 12.2 Bản vẽ 3D nam châm 60 13 Thanh trượt Hình 13.1 Bản vẽ 2D trượt Hình 13.2 Bản vẽ 3D trượt 14 Nắp khí 61 Hình 14.1 Bản vẽ 2D nắp khí Hình 14.2 Bản vẽ 3D nắp khí 15 Thanh Vit me 62 Hình 15.1 Bản vẽ 2D vit me Hình 15.2 Bản vẽ 3D vit me 16 Vỏ hộp 63 Hình 16.1 Bản vẽ 2D vỏ hộp 64 Hình 16.2 Bản vẽ 2D vỏ hộp Hình 16.3 Bản vẽ 3D vỏ hộp 17 Máy in hoàn chỉnh 65 CHƯƠNG 7: KẾT LUẬN 66 Trên chúng tơi trình bày tổng quan lịch sử, tầm quan trọng, đồng thời trình bày đường lối tính tốn thiết kế máy in 3D theo công nghệ DLP Và cuối đưa kết tính tốn thiết kế Cần tiếp tục nghiên cứu chuyên sâu như: - Sự ảnh hưởng thông số công nghệ đến chất lượng mẫu in kích thước - Độ bền mẫu loại vật liệu khác - Nghiên cứu nâng cao độ xác mẫu in,… TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Terry Wohlers History of additive manufacturing, 2014 [2] Paulo Jorge Bártolo, Stereolithography Materials Processes and Applications, Springer, 2011 [3] Philip Mark Hackney An Investigation into the Characteristics of Material and Processes, for the Production of Accurate Direct Parts and Tools using 3D Rapid Prototying Technologies University of Northumbria, 2007 [4] Lê Văn Uyển, Vũ Lê Huy Phương pháp tính tốn thiết kế lựa chọn truyền động vitmebi Tuyển tập công trình Hội nghị Cơ học tồn quốc tần thứ VIII - Hà Nội, 12/2007 [5] PGS.TS Nguyễn Hữu Lộc Cơ Sở Thiết Kế Máy NXB Đại Học Quốc Gia TP Hồ Chí Minh, 2008 [6] Design Considerations for Mask Projection Microstereolithography Systems [7] Reinout Holtrup Design and construction of a multi-material 3D DLP printer University of Twente, 2015 Nguồn khác [8]Ball screw catalouge, PMI, link www.pmi-amt.com/en/support [9]HIWIN Linear guideway catalouge, link www.hiwin.com/downloads.html [10]www.us.misumi-ec.com/ [11]www.reprap.org [12]www.orientalmotor.com 67 ... hồn chỉnh máy in 3D vật liệu lỏng với chi phí rẻ Kết nghiên cứu: hoàn thành phần nghiên cứu khí máy in vật liệu 3D lỏng vẽ chi tiết Đóng góp mặt giáo dục đào tạo, kinh tế - xã hội, an ninh, quốc... tượng nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu: Nghiên cứu, thiết kế nhằm chế tạo máy in 3D công nghệ DLP 1.4.2 Phạm vi nghiên cứu Phạm vi nghiên cứu đề tài sau: - Nghiên cứu tổng quan công nghệ in 3D - Nghiên. .. TPHCM BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CỦA SINH VIÊN NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ PHẦN CƠ KHÍ MÁY IN 3D VẬT LIỆU LỎNG SV2019_103 Thuộc nhóm ngành khoa học: Cơng nghệ kỹ thuật khí SV thực hiện: