ĐỀ tài NCKH thiết kế và chế tạo máy in 3d khớp cổ chân

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH CƠNG TRÌNH NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CỦA SINH VIÊN THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MÁY IN 3D KHỚP CỔ CHÂN MÃ SỐ: SV2020-95 SKC007401 Tp Hồ Chí Minh, tháng 08/2020 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 ĐỀ TÀI : THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MÁY IN 3D KHỚP CỔ CHÂN Mã số đề tài : SV2020-95 Chủ nhiệm đề tài: Phạm Đình Tuyên TP Hồ Chí Minh, Tháng 08 Năm 2020 i 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 ĐỀ TÀI : THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MÁY IN 3D KHỚP CỔ CHÂN Mã số đề tài : SV2020-95 Thuộc nhóm ngành khoa học: Kỹ thuật y tế SV thực hiện: Phạm Đình Tuyên Nam, Nữ: Nam Nguyễn Đỗ Minh Tuấn Nam, Nữ: Nam Trịnh Công Vinh Nam, Nữ: Nam Đặng Quang Thăng Nam, Nữ: Nam Đặng Thành Vịnh Nam, Nữ: Nam Dân tộc: Kinh Lớp, khoa: 16143CL1 – Khoa CLC Năm thứ: Số năm đào tạo: Ngành học: Công Nghệ Chế Tạo Máy Người hướng dẫn: Th.S Phan Thế Nhân TP Hồ Chí Minh, Tháng 08 Năm 2020 ii LỜI NÓI ĐẦU Đề tài THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MÁY IN 3D KHỚP CỔ CHÂN đề tài lạ, chí hình thức cơng nghiệp chế tạo, sản xuất phát triển nhiều thị trường giới Việt Nam Nhóm chúng em định chọn đề tài để làm đồ án tốt nghiệp có tính thực tiễn cao áp dụng vào đời sống Trong trình thực đồ án giúp chúng em biết thiết kế chế tạo sản phẩm, hoàn thiện kỹ làm việc nhóm kỹ sử dụng phần mềm khí chuyên dùng Autocad, Solidwork, Cura, Bên cạnh chúng em rút kinh nghiệm biết lựa chọn phương án gia công hợp lý, phù hợp với khả điều kiện kinh tế Trong thời gian thực đề tài này, nhóm gặp nhiều khó khăn với giúp đỡ tận tình giáo viên hướng dẫn Phan Thế Nhân giúp nhóm em hồn thành đề tài Do thời gian trình độ có giới hạn nên đồ án cịn nhiều sai sót, mong Thầy (Cơ) nhận xét để nhóm sửa chữa rút kinh nghiệm TP.HCM, ngày tháng năm 20 Nhóm sinh viên thực đề tài i LỜI CẢM ƠN Chúng em theo đuổi hồn thành đề tài khơng có tạo điều kiện giúp đỡ người thân, bạn bè Thầy (Cơ) Vì vậy, chúng em vơ biết ơn trân trọng giúp đỡ dành cho chúng em thời gian qua Chúng em xin gửi lời cảm ơn đến người thân gia đình, bạn bè xung quanh hết lòng quan tâm, giúp đỡ để chúng em có điều kiện tốt hoàn thành đồ án Chúng em xin chân thành cảm ơn đến tất q Thầy Cơ Khoa Cơ khí Chế tạo máy, Bộ mơn Cơ khí chế tạo máy quý thầy cô khoa thuộc trường Ðại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM trang bị cho chúng em kiến thức bản, kinh nghiệm thực tiễn kiến thức chuyên môn nhiệt tình hướng dẫn giúp đỡ chúng em suốt khóa học thời gian thực đề tài Chúng em xin chân thành cảm ơn giáo viên hướng dẫn Phan Thế Nhân, người tận tình giúp đỡ, dẫn việc thực đồ án giúp chúng em hoàn thành báo cáo để đạt kết tốt Em xin chân thành cảm ơn Thầy (Cơ)! Tp Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 20 Nhóm sinh viên thực đề tài ii TÓM TẮT ĐỀ TÀI THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MÁY IN 3D KHỚP CỔ CHÂN In 3D công nghiệp gọi TMN (tạo mẫu nhanh), ngành công nghệ phát triển mạnh mẽ Công nghệ in 3D tạo sản phẩm thật, vật thể thật mà ta cầm tay, sờ mó, quan sát cách xác giúp ta cảm nhận chúng dễ dàng mà không cần phải suy nghĩ mơ hồ, tưởng tượng Trên giới, tầm ảnh hưởng In 3D thị trường công nghệ ngày tăng, với việc ứng dụng in 3D xuất ngày nhiều lĩnh vực khác : y học, sản xuất, chế tạo công cụ … Hiện Việt Nam, in 3D dần phổ biến giới nghiên cứu TMN, việc tự nghiên cứu thiết kế chế tạo máy in 3D ngày quan tâm nhóm nghiên cứu … Trên giới, ứng dụng xuất bắt đầu tiêu thụ rộng rãi thị trường, lúc với xuất công ty chuyên ngành, phát triển không ngừng Đề tài thực bối cảnh ngành công nghệ in 3D nước giới phát triển mạnh mẽ, nhiều trường đại học công ty lớn tự chế tạo, sản xuất đưa thị trường sử dụng ngày rộng rãi, ứng dụng nhiều ngành thiết kế Ở đề tài này, nhóm đặt mục tiêu thiết kế chế tạo máy in 3D hoàn chỉnh in vật thật với yêu cầu phải thiết kế phần cứng khí với độ xác cao Thiết kế chế tạo máy in với cấu trúc trục vít me - trượt vng Nhóm sinh viên thực đề tài iii PROJECT ABSTRACT 3D printing in the industry, called TMN (rapid prototyping), is one of the burgeoning new technology industries 3D printing technology creates real products, real objects that we can hold in our hands, touch and observe accurately so that we can feel them more easily without having to think vaguely…, imagine it In the world, the influence of 3D printing in the technology market is increasing, with the application of 3D printing appearing more and more in different fields such as medicine, manufacturing, and tool making Currently in Vietnam, 3D printing is also gaining popularity among TMN researchers, and therefore the self-study of 3D printer design and manufacturing is also getting more and more attention by research groups In the world, these applications have appeared and started to be widely consumed in the market, at the same time with the appearance of specialized companies, which have been growing constantly This project is implemented in the context of the 3D printing industry in the country and the world is growing strongly, many universities and large companies have self-produced, produced and brought to use in the market extensively, and applied extensively in design industries In this project, the team set a goal of designing and manufacturing a complete 3D printer that can print real objects with the requirement that mechanical hardware must be designed with high precision with 3-axis structure is square slider me-screw Group of students implementing project iv LỜI NÓI ĐẦU LỜI CẢM ƠN TÓM TẮT ĐỀ TÀI DANH MỤC HÌNH ẢNH DANH MỤC BẢNG THÔNG TIN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI CHƯƠNG GIỚI THIỆU VỀ ĐỀ TÀI 1.1Tính cấp thiết đề tài 1.2Tình hình nghiên cứu ngồi nước 1.2.1Trong nước 1.2.2Ngoài nước 1.3Ý nghĩa khoa học thực tiễn máy in 3D khớp cổ chân 1.4Mục tiêu đề tài 1.5Phương pháp nghiên cứu 1.5.1Phương pháp thu thập tổng hơp tài liệu 1.5.2Phương pháp phân tích thực nghiệm 1.6Kết cấu đồ án tốt nghiệp CHƯƠNG TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI 2.1Giới thiệu công nghệ TMN (Tạo mẫu nhanh-in 3D) 2.1.1Nguyên lý chung 2.1.2Đặc điểm 2.2Sự đời phát triển phương pháp TMN 2.2.1Thời kỳ đầu: Tạo mẫu tay 2.2.2Thời kỳ thứ hai: Phần mềm tạo mẫu hay tạo mẫu ảo 2.3Một số công nghệ tạo mẫu nhanh 2.3.1 Công nghệ SLA 2.3.2 Công nghệ LOM (Laminated Object M 2.4Ứng dụng TMN v 2.4.1 Phát triển sản phẩm 2.4.2 Kiểm tra chức làm việc sản p 2.4.3 Tạo khuôn nhanh 2.4.4 Ứng dụng y học CHƯƠNG CƠ SỞ LÝ THUYẾT 3.1 Giới thiệu số mẫu máy in 3D 3.1.1 Máy in 3D prusa i3 3.1.2 Máy in 3D delta Kossel 3.1.3 Máy Ember 3.2 Khái quát chung máy in 3D 3.3 Động bước 3.3.1 Cấu tạo động bước 3.3.2 Cách hoạt động 3.3.3 Phân loại động bước: 3.3.3.1 Động bước nam châm vĩnh cữu 3.3.3.2 Động biến từ trở 3.3.3.3 Động bước pha 3.3.4 3.4 Các phương pháp điều khiển động b Cơ cấu truyền động vít me-đai ốc 3.4.1 Cơ cấu vitme-đai ốc trượt 3.4.2 Cơ cấu vitme đai ốc bi 3.5 Ray trượt dẫn hướng 3.6 Truyền động đai CHƯƠNG PHƯƠNG HƯỚNG VÀ CÁC GIẢI PHÁP THIẾT KẾ 4.1 Thông số máy in 4.2 Các phương án thiết kế kế kết cấu máy in 4.2.1 Phương án 1: Truyền động Cartesian X 4.2.2 Phương án 2: Truyền động Delta, tr vi 4.3 Lựa chọn phương án 4.4 Trình tự thực CHƯƠNG TÍNH TỐN VÀ THIẾT KẾ CƠ KHÍ 5.1 Thiết kế khung máy 5.2 Thiết kế cụm khí trục Z 5.2.1 Tính tốn truyền động vít me - đai ốc t 5.2.2 Tính tốn truyền đơng vitme - đai ốc tr 5.2.3 Tính tốn truyền động vitme - đai ốc tr 5.2.4 Tính tốn cơng suất động chọn s 5.3 Khớp nối 5.4 Ổ lăn 5.5 Bộ phận đùn nhựa 5.5.1 Bộ tời nhựa 5.5.2 Bộ đầu phun gia nhiệt nhựa 5.5.3 Chất lượng sợi nhựa 5.6 Tính tốn thiết kế phần điện 5.6.1 Nguồn điện 5.6.2 Phần điều khiển 5.7 Thiết lập thông số phần cứng 5.8 Phần mềm CAM CHƯƠNG KẾT LUẬN-ĐỀ NGHỊ 6.1 Kết luận 6.2 Quy trình lắp ráp máy in 6.3 Quy trình vận hành máy 6.4 Các lỗi cách khắc phục in 6.5 Hướng phát triển TÀI LIỆU THAM KHẢO vii _ Initial layer line width (%): Bề rộng lớp vật liệu in đầu tiên, đặt 100% _ Cut off…: Đặt _ Dual extrusion overlap (mm): Bề rộng lớp vật liệu in chồng lên Đặt 0.15 _ Travel speed: Tốc độ giới hạn in Đặt 100 nhựa PLA _ Bottom layer speed: Tốc độ in lớp phía Đặt 20 đến 30 Càng nhỏ in đẹp _ Infill speed: Tốc độ fill, không cần đẹp, đặt 45 đến 55 _ Top/bottom speed: Tốc độ in lớp phía trên, đặt 35 đến 45 _ Outer shell speed: Tốc độ in lớp vật liệu phía ngồi: cần đẹp, đặt 20 đến 30 _ Inner shell speed: Tốc độ in lớp vật liệu phía trong: tùy nhu cầu chất lượng bề mặt, đặt 20 đến 50 _ Cool: Minimal layer time (sec) – thời gian delay lớp in, đặt đến 10 s Chọn enable cooling fan để bật quạt làm nguội nhanh vật liệu in Machine setting Hình 5.43 Thơng số machine 65 CHƯƠNG KẾT LUẬN-ĐỀ NGHỊ 6.1 Kết luận Sau trình nghiên cứu, tính tốn thiết kế, nhóm chế tạo thành cơng mơ hình máy in 3D tạo mơ hình khớp cổ chân, với dung sai chi tiết dao động từ 0,03 ~ 0,05 mm Vật liệu sử dụng trình in nhựa PLA Thơng số kỹ thuật: Thơng số Kích thước máy Khơng gian làm việc Không gian in tối ưu Tốc độ in tối đa Tốc độ in tối ưu Nguồn điện Bảng 6.1 Thông số kỹ thuật máy in Thông số Giá trị Kích thước chi tiết chuẩn 220x52x55 mm Kích thước chi tiết sau in thử nghiệm 220.3x52.3x55.3 mm Bảng 6.2 Thông số chi tiết in 6.2 Quy trình lắp ráp máy in _ Bước 1: Lắp ráp khung máy 66 Hình 6.1 Khung máy _ Bước 2: Lắp ráp trục Y bàn in Hình 6.2 Lắp khung máy trục Y 67 _ Bước 3: Lắp ráp trục Z Hình 6.3 Lắp ráp trục Z _ Bước 4: Lắp ráp trục X đầu phun Hình 6.4 Lắp ráp trục X đầu phun 68 Mô hình vẽ Hình 6.5 Mơ hình vẽ Mơ hình thực tế máy in Hình 6.6 Mơ hình máy in thực tế 69 Sản phẩm khớp cổ chân in Hình 6.7 Sản phẩm khớp cổ chân in 6.3 Quy trình vận hành máy Quy trình vận hành máy thể qua sơ đồ khối: Hình 6.8 Sơ đồ khối q trình in 70 Để xuất file mơ hình dạng STL sang file Gcode ta vào phần mêm cura nhấn Load file, nhập thông số bàn in, thông số chi tiết in thông số in Sau nhấn Save file lưu vào thẻ nhớ cắm vào Module điều khiển LCD Hình 6.9 Các thơng số in Để điều khiển máy in ta sử dụng module LCD để điều khiển _ Sử dụng nút xoay phía trước LCD để lựa chọn chức sử dụng _ Một số chức sử dụng LCD gồm: _ Di chuyển trục X, Y, Z, E với bước dịch chuyển 0,1mm, 1mm, 10mm  Ta nhấn vào lệnh Prepare Move axit Màn hình lên sau: Hình 6.10 Điều khiển di chuyển trục 71 _ Gia nhiệt cho đầu phun  Ta nhấn vào lệnh Prepare Preheat PLA (hoặc Preheat ABS) Màn hình sau: Hình 6.11 Gia nhiệt đầu phun _ Autohome trục  Ta nhấn vào lệnh Prepare Autohome Hình 6.12 Điều khiển trục home _ Thiết lập thông số tốc độ in, nhiệt độ gia nhiệt, …   Ta nhấn vào lệnh Control Temperature Nozzle để gia nhiệt Hình 6.13 Gia nhiệt thủ cơng 72  Ta nhấn vào lệnh Control Montion để thiết lập tốc in in Hình 6.14 Thiết lập tốc độ in Sơ đồ thư mục Module LCD Hình 6.15 Sơ đồ thư mục Module LCD 73 6.4 Các lỗi cách khắc phục in Đầu đùn – vòi đùn bị tắc Hình 6.16 Đầu đùn bị tắc _ Giải pháp 1: Rút sợi nhựa khỏi máy in Tiếp theo, làm nóng Đầu đùn đến điểm nóng chảy sợi nhựa mà bạn sử dụng nhiều sử dụng lần cuối Sau cẩn thận dùng kim dụng cụ khác đủ nhỏ để vừa với vòi phun khoảng 4mm qua lỗ Điều vài lần thử hoạt động tốt cho PLA _ Giải pháp 2: Kéo nguội cách phổ biến khác để làm Đầu đùn bị tắc, hoạt động tốt với sợi dẻo nylon Bắt đầu cách nung nóng Đầu đùn đến nhiệt độ sợi nhựa, sau đẩy tay nhiều sợi dây thơng qua vịi phun mà khơng dùng q nhiều lực Sau để đầu đùn nguội xuống nhiệt độ khoảng 100C, sau bạn kéo sợi nhựa khỏi Đầu đùn Điều kéo cản trở với sợi nhựa Kẹp đoạn cuối sợi nhựa đẩy nhựa vào lại để bắt đầu in Nhựa in khơng bám dính vào bàn in 74 Hình 6.17 Nhựa khơng dính vào bàn in _ Giải pháp 1: Xử lý bàn in chất kết dính keo xịt tóc keo dính Ngồi ra, thử phủ lên lớp giấy dính giấy vẽ, giấy thợ sơn _ Giải pháp 2: Kiểm tra để đảm bảo bàn in bạn mức cao vịi phun bạn khơng q xa không gần bàn in _ Giải pháp 3: Làm chậm tốc độ in xuống cho vài lớp chúng thời gian nguội ổn định Nếu bạn gặp cố, thử giảm nhiệt độ Đầu đùn Các dây nhựa bị phản phất Hình 6.18 Sợi nhựa bị phản phất 75 _ Giải pháp 1: Điều cần làm đảm bảo Retraction kích hoạt phần mềm slice ( phần mềm in3d) bạn Điều kéo sợi nhựa trở lại vào vịi phun trước di chuyển qua mơ hình cho khơng có sợi cịn sót lại rút điểm _ Giải pháp 2: Khi tick reaction ( rút lại sợi nhựa) bạn gặp phải cố, thử tăng tốc độ di chuyển đầu phun (khác với tốc độ in) Khi vòi phun di chuyển nhanh khu vực mơ hình, có thời gian cho dây hình thành _ Giải pháp 3: Nếu phương pháp thất bại, thử làm chậm tốc độ in giảm nhiệt độ Đầu đùn chút thời điểm Sản phẩm bị cong vênh Hình 6.19 Sản phẩm bị cong vênh _ Giải pháp 1: Sợi nhựa nhiệt độ cao, ABS, yêu cầu bàn gia nhiệt để tuân thủ cách Ngay PLA hưởng lợi từ việc sử dụng bàn gia nhiệt Bàn gia nhiệt không hỗ trợ độ bám dính mà cịn giữ phần đáy in khỏi nguội nhanh (và cong vênh) trước hồn thành mơ hình Nếu bạn sử dụng bàn in có gia nhiệt, đảm bảo nhiệt độ giữ nhiệt độ suốt trình in _ Giải pháp 2: Máy in có khung mở bán kèm theo chịu ảnh hưởng môi trường chúng nhiều luồng gió làm thay đổi chất lượng mơ hình Tự ráp mua khung bao cho máy in bạn giữ nhiệt độ in ổn định cách ly môi trường xung quan 76 6.5 Hướng phát triển _ Xây dựng máy in in nhiều màu sắc _ Cải thiện tốc độ in cao _ Nghiên cứu vật liệu in khác có chất lượng cao 77 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Trần Quốc Hùng, Thiết kế máy cắt kim loại, đại học sư phạm kỹ thuật Hổ Chí Minh [2] Trần Quốc Hùng, giáo trình dung sai kỹ thuật đo, NXB đại học quốc gia thành phốHồ Chí Minh, 2013 [3] Trịnh Chất – Lê Văn Uyển, Tính tốn thiết kế hệ dẫn động khí tập 1, tập 2, NXB giáo dục Việt Nam, 2010 [4] PGS TS Đặng Thiện Ngơn, Giáo trình trang bị - điện điện tử máy công nghiệp, NXB đại học quốc gia thành phố Hồ Chí Minh, 2013 [5] Giáo Ninh Đức Tốn (2009), “Sổ tay Dung Sai Lắp Ghép”, Nhà Xuất Bản Dục 78 ... tiễn máy in 3D khớp cổ chân Nhằm mục đích học tập nghiên cứu lĩnh vực in 3D nhóm chọn đề tài ? ?Thiết Kế Chế Tạo máy in 3D khớp cổ chân? ?? với mục tiêu: _ Tham gia nghiên cứu ,chế tạo máy in 3D với... cáo để đạt kết tốt Em xin chân thành cảm ơn Thầy (Cơ)! Tp Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 20 Nhóm sinh viên thực đề tài ii TÓM TẮT ĐỀ TÀI THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MÁY IN 3D KHỚP CỔ CHÂN In 3D công nghiệp... DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐH SƯ PHẠM KỸ THUẬT TPHCM BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CỦA SINH VIÊN ĐỀ TÀI : THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MÁY IN 3D KHỚP CỔ CHÂN Mã số đề tài : SV2020-95 Chủ nhiệm đề