Ảnh hưởng thông số in 3d của công nghệ xử lý ánh sáng kỹ thuật số (dlp) đến độ bền kéo của sản phẩm

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ NGUYỄN TRUNG TÍN ẢNH HƯỞNG THƠNG SỐ IN 3D CỦA CÔNG NGHỆ XỬ LÝ ÁNH SÁNG KỸ THUẬT SỐ (DLP) ĐẾN ĐỘ BỀN KÉO CỦA SẢN PHẨM NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ – 60520103 SKC006687 Tp Hồ Chí Minh, tháng 05/2020 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ NGUYỄN TRUNG TÍN ẢNH HƯỞNG THÔNG SỐ IN 3D CỦA CÔNG NGHỆ XỬ LÝ ÁNH SÁNG KỸ THUẬT SỐ (DLP) ĐẾN ĐỘ BỀN KÉO CỦA SẢN PHẨM NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ – 60520103 Tp Hồ Chí Minh, tháng 05/2020 i BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ NGUYỄN TRUNG TÍN ẢNH HƯỞNG THƠNG SỐ IN 3D CỦA CƠNG NGHỆ XỬ LÝ ÁNH SÁNG KỸ THUẬT SỐ (DLP) ĐẾN ĐỘ BỀN KÉO CỦA SẢN PHẨM NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ – 60520103 Hướng dẫn khoa học: TS LÊ MINH TÀI Tp Hồ Chí Minh, tháng 05/2020 ii i ii iii iv v vi vii viii LỜI CAM ĐOAN Tên đề tài: “Ảnh hưởng thông số in 3D công nghệ xử lý ánh sáng kỹ thuật số (DLP) đến độ bền kéo sản phẩm” – GVHD: TS Lê Minh Tài – Họ tên học viên: Nguyễn Trung Tín – MSHV: 1920422; – Số điện thoại liên lạc: 0764.031.945 Lớp: CKM19A Tôi xin cam đoan luận văn tốt nghiệp cơng trình tơi nghiên cứu thực Tôi không chép từ viết cơng bố mà khơng trích dẫn nguồn gốc Các số liệu, kết nêu luận văn trung thực chưa công bố cơng trình khác TP Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2020 Ký tên NGUYỄN TRUNG TÍN ix LỜI CẢM ƠN Sau q trình học tập nghiên cứu, tơi hồn thành đề tài xin bày tỏ lòng biết ơn đến: TS Lê Minh Tài người hướng dẫn khoa học, theo sát giúp đỡ suốt thời gian thực đề tài PGS TS Phạm Sơn Minh tận tình góp ý kiến, định hướng cho tơi q trình thực nghiên cứu đề tài Ban Giám hiệu, phòng đào tạo Sau đại học, khoa Cơ khí Chế tạo máy trường Đại học Sư phạm kỹ thuật Tp Hồ Chí Minh, q Thầy, Cơ truyền đạt kiến thức cho tơi suốt q trình học trường Các bạn học viên tập thể lớp CKM19A chia sẻ buồn vui, khó khăn nhiệt tình giúp đỡ tơi suốt q trình học Các bạn đồng nghiệp đóng góp giúp đỡ tơi q trình thực luận văn Gia đình anh chị em động viên giúp đỡ vật chất lẫn tinh thần để vượt qua khó khăn để hồn thành luận văn Và cuối cùng, xin gửi lời chúc sức khỏe, hạnh phúc thành công đến quý Thầy (Cô), người thân, bạn bè đồng nghiệp Tôi xin chân thành cảm ơn! x TĨM TẮT Hiện nay, cơng nghệ in 3D ứng dụng vào tất lĩnh vực sống, phát triển công nghệ in 3D ngày nhiều, sản phẩm tạo từ cơng nghệ in 3D đa dạng Trong đó, công nghệ in DLP đáp ứng yêu cầu tốc độ in, độ xác độ láng mịn sản phẩm Nhưng chất lượng sản phẩm mặt tính cơng nghệ in DLP cịn cần phải nghiên cứu cải tiến thêm để đáp ứng nhu cầu sử dụng Đề tài trình bày kết nghiên cứu ảnh hưởng thông số in 3D công nghệ xử lý ánh sáng kỹ thuật số (DLP) đến độ bền kéo sản phẩm Các thông số nghiên cứu độ dày lớp, độ phơi sáng, góc hình thành sản phẩm Sử dụng máy in 3D dùng công nghệ DLP để in mẫu theo tiêu chuẩn ASTM – D638 dùng máy thử kéo để kiểm tra độ bền kéo sản phẩm Sau sử dụng phân tích ANOVA để đánh giá mức độ ảnh hưởng thông số đến độ bền kéo sản phẩm Để xác định thơng số đầu vào, thí nghiệm thăm dị đơn yếu tố tiến hành với thông số: độ dày lớp (D), thời gian phơi sáng (t) góc hình thành sản phẩm góc anpha (α), góc beta (β) Kết thực nghiệm đơn yếu tố cho cho thấy hai thông số độ dày lớp (D) góc beta (β) có ảnh hưởng nhiều đến độ bền kéo nên tác giả chọn hai thông số để làm thí nghiệm đa yếu tố để xác định số thích hợp thông số đầu vào nhằm đạt độ bền kéo cao Kết xác định được: - Ảnh hưởng độ dày lớp D (mm) góc beta β (độ) đến độ bền kéo BK (MPa) sản phẩm biểu diễn qua phương trình sau: BK = 26.1058 + 320.076*D + 0.1037*β - 4304.63*D^2 + 0.4*D*β - 0.001405* β^2 Dựa kết thực nghiệm giải toán tối ưu cho thấy thông số tối ưu cho độ bền kéo sản phẩm đạt giá trị cao độ dày lớp D = 0.039155 (mm) góc beta β = 42.4755o đạt số tối ưu độ bền kéo BK = 34.5739 (MPa) xi ABSTRACT Currently, 3D printing technology is apply into all fields of the life, the development of 3D printing technology is many, products are made from 3D printing technology are very diverse In particular, DLP printing technology meets the requirements of print speed, accuracy and smoothness of the product But the mechanical product quality of DLP printing technology still needs to be further researched and improved to meet the needs of use The thesis presents the results of researching the influence of 3D printing parameters of digital light processing technology (DLP) on the tensile strength of the product The parameters studied are layer thickness, exposure, angle of product formation 3D printer using DLP technology is performed to print out the samples according to ASTM - D638 and use the tensile testing machine to check the tensile strength of the product Then use ANOVA analysis to assess the influence of the parameters on the tensile strength of the product In order to determine the input parameters, the single-element probe experiment was conducted in turn with the parameters: layer thickness (D), exposure time (t) and angle alpha (α) and beta angle (β) The single-factor experimental results show that the two parameters, layer thickness (D) and beta angle (β), have the most influence on tensile strength, so the author only chose these two parameters for multiweak testing factors to determine the appropriate index of the input parameters to achieve the highest tensile strength Determined results: - The influence of thickness of layer D (mm) and angle beta β (degree) on tensile strength BK (MPa) of the product is expressed through the following equation: BK = 26.1058 + 320.076*D + 0.1037*β - 4304.63*D^2 + 0.4*D*β - 0.001405* β^2 Based on experimental results and solving the optimal problem, it shows that the optimal parameters for the tensile strength of the product reach the highest value when the layer thickness is D = 0.039155 (mm) and the beta angle β = 42.4755o then achieve optimum tensile strength BK = 34.5739 (MPa) xii MỤC LỤC Trang tựa TRANG QUYẾT ĐỊNH GIAO ĐỀ TÀI LVTN i LỜI CAM ĐOAN ix LỜI CẢM ƠN x TÓM TẮT xi ABSTRACT xii MỤC LỤC xiii DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT xvi DANH SÁCH CÁC HÌNH xvii DANH SÁCH CÁC BẢNG .xx MỞ ĐẦU 1 Đặt vấn đề Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài 2.1 Ý nghĩa khoa học 2.2 Ý nghĩa thực tiễn Mục tiêu nghiên cứu đề tài 3.1 Mục tiêu chung 3.2 Mục tiêu cụ thể Đối tượng phạm vi nghiên cứu 4.1 Đối tượng nghiên cứu 4.2 Phạm vi nghiên cứu Điểm luận văn Kết cấu luận văn Chương TỔNG QUAN VỀ LĨNH VỰC NGHIÊN CỨU .5 Giới thiệu công nghệ in 3D Các công nghệ in 3D phổ biến 16 1.2.1 Công nghệ in 3D FDM (Fused Deposition Modeling) 16 1.2.2 Công nghệ SLA (Stereo Lithography Aparatus) 17 xiii 1.2.3 Công nghệ DLP (Digital Light Processing) 18 1.2.4 Công nghệ in 3D JP 18 1.2.5 Cơng nghệ tạo hình liên tục CLIP (Continuous Liquid Interface Production) 19 1.2.6 Công nghệ in 3D SLS 20 1.2.7 Công nghệ in 3D 3DP 21 1.2.8 Công nghệ in 3D LOM 21 Các nghiên cứu nước 22 1.3.1 Nghiên cứu nước 22 1.3.2 Các kết nghiên cứu nước 22 Chương NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU .24 Nội dung nghiên cứu 24 Phương pháp nghiên cứu 24 2.2.1 Phương pháp kế thừa 24 2.2.2 Phương pháp thu thập thông tin 24 2.2.3 Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm 25 Chương CƠ SỞ LÝ THUYẾT 30 Nguyên lý chung công nghệ in 3D 30 Công nghệ in 3D DLP 31 3.2.1 Nguyên lý in công nghệ DLP 31 3.2.2 Ưu nhược điểm công nghệ DLP 33 3.2.3 Ứng dụng công nghệ in 3D phương pháp DLP 33 Nguyên lý đóng rắn nhựa epoxy tia UV 36 3.3.1 Cơng thức hóa học nhựa epoxy 36 3.3.2 Tia UV 38 3.3.3 Nguyên lý đóng rắn tia UV 39 Các thông số kỹ thuật máy in 3D (DLP) 40 3.4.1 Vật liệu tạo mẫu 40 3.4.2 Độ dày lớp (Layer Thickness) 42 xiv 3.4.3 Thời gian phơi sáng (Exposure Time) 43 3.4.4 Góc hình thành sản phẩm 43 3.4.5 Cấu trúc in bên đối tượng (Infill Pattern) 44 3.4.6 Vật liệu hỗ trợ 45 Chương THỰC NGHIỆM VÀ KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU 48 Các thông số tiến hành in 48 4.1.1 Độ dày lớp (Layer Thickness) 48 4.1.2 Thời gian phơi sáng (Exposure Time) 49 4.1.3 Góc hình thành sản phẩm 49 Thiết kế thí nghiệm 50 4.2.1 Kích thước chi tiết mẫu đề xuất 50 4.2.2 Các bước thực nghiệm 50 Kết thực nghiệm 52 4.3.1 Kết thí nghiệm đơn yếu tố 52 4.3.2 Kết thí nghiệm đa yếu tố 61 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 69 Kết luận 69 Kiến nghị 70 TÀI LIỆU THAM KHẢO 71 PHỤ LỤC 76 xv DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT AM Additive Manufacturing Công nghệ bồi đắp vật liệu FDM Fused Deposition Modeling In lắng đọng American Society for Testing Hiệp hội vật liệu thử nghiệm Materials Mỹ SLA Stereo Lithography Aparatus In lập thể DLP Digital Light Processing Xử lý ánh sáng kỹ thuật số ASTM xvi DANH SÁCH CÁC HÌNH Hình 1.1: Một sản phẩm cơng nghệ in 3D Hình 1.2: Máy in 3D in mạch điện tử [4] Hình 1.3: Bộ váy in 3D diễn sàn catwalk [5] Hình 1.4: Xe Urbee [3] .9 Hình 1.5: Xe “Divergent Microfactories Blade”[6] Hình 1.6: Máy bay chim ưng biển MV-22 Mỹ[6] .10 Hình 1.7: Tên lửa in 3D[4] 10 Hình 1.8: Máy in 3D Made in Space thử nghiệm tàu giả lập không trọng lượng Vomit Comet[4] 11 Hình 1.9: Thức ăn làm từ máy in 3D[4] 12 Hình 1.10: Cơng nghệ in 3D cơng cụ hỗ trợ đắc lực cho y học [7] .12 Hình 1.11: Hình ảnh tai, tay, hàm chế tạo cơng nghệ in 3D[4] .13 Hình 1.12: Căn biệt thự “in” công nghệ in 3D [6] 13 Hình 1.13: Cầu xây dựng công nghệ in 3D [6] 14 Hình 1.14: Tạo mơ hình kiến trúc sử dụng công nghệ in 3D 14 Hình 1.15: Cơng nghệ in 3D khơi nguồn sáng tạo cho trẻ em [7] 15 Hình 1.16: In 3D cách mạng lớp học [4] 15 Hình 1.17: Những chi tiết đồ vật tạo nhờ in 3D[4] .16 Hình 1.18: Máy in FDM 17 Hình 1.19: Sản phẩm máy in FDM 17 Hình 1.20: Máy in SLA[10] .17 Hình 1.21: Máy in 3D Digital Light Processing (DLP)[1] 18 xvii Hình 1.22: Cơng nghệ in 3D JP [12] 19 Hình 1.23: Cơng nghệ tạo hình liên tục (CLIP)[10] 20 Hình 1.24: Một số dạng sản phẩm SLS .20 Hình 1.25: Cơng nghệ in 3D 3DP 21 Hình 1.26: Hình dáng máy in 3D cơng nghệ LOM 22 Hình 2.1: Nhựa lỏng Anycubic[29] 25 Hình 2.2: Máy in 3D Anycubic LCD photon 26 Hình 2.3: Máy thử nghiệm kéo nén vạn 1000PC[27] .27 Hình 2.4: Mơ hình tốn hộp đen mơ tả trình nghiên cứu 28 Hình 3.1: Nguyên lý công nghệ DLP [30] .33 Hình 3.2: Tạo mẫu ngành kiến trúc 34 Hình 3.3: Tạo mẫu nghệ thuật 34 Hình 3.4: Tạo mẫu kim hoàn 35 Hình 3.5: Tạo mẫu y khoa 35 Hình 3.6: Tạo mẫu phức tạp .35 Hình 3.7: Cơng thức hóa học nhựa Epoxy (preolyme monome) 36 Hình 3.8: Cơng thức hóa học nhựa Epoxy Bisphenol – A 37 Hình 3.9: Cơng thức hóa học Bisphenol A 37 Hình 3.10: Cơng thức hóa học Epichlorohydrin 37 Hình 3.11: Cơng thức hóa học nhựa Epoxy Bisphenol – F .37 Hình 3.12: Cơng thức hóa học nhựa epoxy phenol novolac (EPN) 38 Hình 3.13: Cơng thức hóa học nhựa epoxy cresol novolac (ECN) 38 Hình 3.14: Nguyên lý đóng rắn tia UV 40 xviii S K L 0 ... hưởng thông số in 3D công nghệ xử lý ánh sáng kỹ thuật số (DLP) đến độ bền kéo sản phẩm Các thông số nghiên cứu độ dày lớp, độ phơi sáng, góc hình thành sản phẩm Sử dụng máy in 3D dùng công nghệ. .. SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ NGUYỄN TRUNG TÍN ẢNH HƯỞNG THƠNG SỐ IN 3D CỦA CÔNG NGHỆ XỬ LÝ ÁNH SÁNG KỸ THUẬT SỐ (DLP) ĐẾN ĐỘ BỀN KÉO CỦA SẢN PHẨM NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ... Tên đề tài: ? ?Ảnh hưởng thông số in 3D công nghệ xử lý ánh sáng kỹ thuật số (DLP) đến độ bền kéo sản phẩm? ?? – GVHD: TS Lê Minh Tài – Họ tên học viên: Nguyễn Trung Tín – MSHV: 1920422; – Số điện thoại