Trong máy in 3D, tuy trục Z ít di chuyển nhất trong quá trình làm việc nhưng nó lại có yếu tố quyết định đến chất lượng sản phẩm rất lớn vì nó liên quan đến thông số chiều dày in, điều này ảnh hưởng đến độ bóng, cũng như dung sai kích thước vè chiều cao của chi tiết.
Đối với đồ án này, nhóm sử dụng truyền động vít me – đai ốc bi cho trục Z do truyền động có hiệu suất cao, ít gây ra hiện tượng trượt và vận hành êm.
3.2.2.1Truyền động vít me – đai ốc bi trục Z Thông số:
Khối lượng bàn in: m = 1 kg
Vận tốc di chuyển khi in: V2 = 5 mm/s.
Gia tốc tốc hoạt động lớn nhất của hệ thống: a = 2 mm/s2. Tốc độ vòng quay của động cơ: N = 1000 vòng/phút. Thời gian làm việc: Tl = 21900 h (5 năm, 12h mỗi ngày). Lựa chọn kiểu lắp trục vít:
Có 3 kiểu lắp trục vít thường được sử dụng là kiểu fixed – fixed (hai đầu vít me được cố định), fixed – support (một đầu vít me được gắn ổ bi), fixed – free (một đầu vít me để tự do).
Do kết cấu bàn in của máy trong đồ án này có khoảng dịch chuyển nhỏ, tải trọng đặt trên bàn máy nhỏ nên chịu tải trọng tương đối thấp và độ cứng vững không cần quá cao, vì vậy ta lựa chọn kiểu fixed – free có kết cấu đơn giản và dễ lắp đặt.
Hình 3. 3 Sơ đồ khối trục Z
Yếu tố chính xác của vít me khá quan trọng vì nó ảnh hưởng đến chất lượng làm việc của trục vít. Để lựa chọn cấp độ chính xác ta có thể tra trong catalouge của hãng. Trong đồ án này nhóm sử dụng vít me của hãng PMI. Với yêu cầu độ chính xác ta có thể chọn cấp chính xác là C7.
Trong đó là vận tốc lớn nhất (mm/s)
là tốc độ vòng quay lớn nhất (vòng/s) Từ đó tính được:
Chọn bước ren 2,5 mm.
Điều kiện làm việc và các thông số được tính chọn. Lực chống trượt: Tính toán lực dọc trục: Tăng tốc: Chạy đều: Giảm tốc: Lực dọc trục trung bình: Tính toán tải trọng: Tải trọng tĩnh: Trong đó: là tải trọng tĩnh
là hệ số bền tĩnh, đối với máy thông thường , ở đây chọn lực lớn nhất tác dụng lên vít me.
Với bước ren , số vòng quay danh nghĩa là = (vòng/phút). là hệ số tải, trục Z di chuyển với tốc độ (m/phút) nên lấy . Tải trọng động tính được:
Hình 3. 4 Thông số vít me – đai ốc bi
Chọn bán kính trục vít:
Tổng chiều dài trục vít = khoảng cách dịch chuyển + chiều dài đai ốc + khoảng thoát = 200 + 30 + 30 = 260 mm.
Kiểu lắp fixed – free có Bán kính trục vít:
Chọn vít me có bán kính 4 mm. Dựa trên catalouge của hãng PMI ta chọn loại vít me: FSM0801 – C3 – 1R – 0248.
Kiểm tra sơ bộ: Tuổi thọ làm việc:
Tốc độ quay cho phép: (vòng/phút)
Độ dịch do thay đổi nhiệt độ.
Trong đó:
là hệ số giãn nở khi thay đổi nhiệt độ () là nhiệt độ thay đổi của trục vít
L là chiều dài trục vít
Như vậy thời gian hoạt động và số vòng quay đều đạt yêu cầu. 3.2.2.2Động cơ trục Z
Căn cứ vào momen tải quy đổi, momen quán tính và số vòng quay tối đa, ta lựa chọn động cơ bước phù hợp. Để đơn giản trong quá trình tính toán ta sử dụng công cụ tính toán động cơ bước có sẵn trên trang orientalmotor.com.
Hình 3. 6 Thông số tính toán động cơ
Trong đó:
Total mass of load and table: Khối lượng của bàn máy và phôi, m = 1,5 kg Friction coefficent of guide: hệ số ma sát của thiết bị dẫn hướng
Dianmeter: đường kính của trục vít D = 8 mm
Total length: Tổng chiều dài của trục vít L = 270 mm Lead: Bước vít, p = 2,5 mm
Efficient: hiệu suất, đối với vít me bi có hiệu suất là 95% Material: vật liệu là thep không gỉ
Safety factor: hệ số an toàn
Hình 3. 7 Kết quả tính toán động cơ
Qua kết quả tính toán trên ta đã thu được các thông số cần thiết như: Momen quán tính:
Momen tải quy đổi: :
Số vòng quay tối đa: : (vòng/phút) Với tiêu chí:
tốc độ định mức của động cơ lớn hơn tốc độ yêu cầu của vít me momen định mức động cơ lớn hơn momen cần thiết
trong đó là momen quán tính định mức của động cơ
Dựa vào các tiêu chí trên, giá thành và độ chính xác motor, ta lựa chọn động cơ bước mã 42H47HM – 0504A – 18.
Hình 3. 8 Động cơ bước 42H47HM – 0504A – 18 [6]
Dưới đây là các thông số của động cơ. Góc bước nhỏ nhất:
Momen xoắn Momen quán tính
Khối lượng motor m = 367 (g) Dòng định mức I = 1,7 (A) Momen hãm T = 37. 3.2.2.3Khớp nối
Để truyền chuyển động, truyền momen giữa 2 trục với nhau ta sử dụng khớp nối gồm: nối trục, ly hợp và ly hợp tự động. Khớp nối là chi tiết tiêu chuẩn vì vậy trong thiết kế thường dựa vào momen xoắn tính toán Tt, được xác định theo công thức :
Với:
T là momen xoắn danh nghĩa k là hệ số chế độ làm việc, k = 4
Đối với máy in 3D, ta dùng loại khớp nối đàn hồi bằng hợp kim nhôm do kích thước khớp nối nhỏ gọn, khả năng truyền momen xoắn cao. Đồ án sử dụng khớp nối loại PC1 với đường kính motor 5mm, kích thước 2 đầu trục 5 – 8.
Hình 3. 9 Khớp nối
3.2.2.4Bàn nâng trục Z
Đối với bàn nâng trục Z sử dụng vật liệu mica với ưu điểm khối lượng nhẹ hạn chế hiện tượng bàn máy bị công xôn, giá thành lại hợp lý. Sử dụng lò xo và đai ốc để cân bằng bàn máy. Phía trên cùng sử dụng một tấm kính dày khoảng 3 – 5mm để in trực tiếp lên tấm kính.