5.2.2.4 Bàn 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 cơng xơn, giá thành lại hợp lý. Sử dụng lị 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.
5.2.3 Thiết kế, tính tốn sống trượt dẫn hướng
Thông số cụm trục XY:
- Khối lượng trục Y: m = 5 kg - Khối lượng trục X: m = 1 kg
- Chiều dài làm việc: 𝑆𝑥 = 200 mm, 𝑆𝑦 = 200 mm - Vận tốc tối đa: 𝑉𝑚𝑎𝑥 = 150 mm/s
- Vận tốc khi in: 𝑉1 = 100 mm/s
61
- Tốc độ động cơ: N = 1500 (vịng/phút) Tính tốn sống trượt dẫn hướng:
Phần lớn chuyển động trong quá trình in là của cụm trục XY. Sử dụng sống trượt dẫn hướng cho cụm trục XY để tăng độ chính xác và thời gian làm việc. Chọn sống trượt dẫn hướng phụ thuộc vào độ chính xác của máy, độ cứng vững, thời gian làm việc, tính kinh tế.
Tính tốn tải trọng tối đa đặt lên sống trượt.
Khoảng cách giữa 2 con trượt khác ray: c = 340 (mm) Khoảng cách giữa 2 con trượt cùng ray: d = 0 (mm) Lực tác dụng lên trục: F = 0 (N)
Khoảng cách từ lực đến trọng tâm trục theo phương Y: a = 0 (mm) Khoảng cách từ lực đến trọng tâm trục theo phương X: b = 0 (mm) Lực tối đa đặt lên sống trượt: 𝑃1 = 𝑤
4 +𝐹 4+𝐹.𝑎 2.𝑐 +𝐹.𝑏 2.𝑑 𝑃2 = 𝑤 4 +𝐹 4+𝐹.𝑎 2.𝑐 −𝐹.𝑏 2.𝑑 𝑃3 = 𝑤 4 +𝐹 4−𝐹.𝑎 2.𝑐 +𝐹.𝑏 2.𝑑 𝑃4 = 𝑤 4 +𝐹 4−𝐹.𝑎 2.𝑐 −𝐹.𝑏 2.𝑑
Do khơng có ngoại lực tác dụng vào hệ thống trượt trục Y nên
𝑃1~𝑃4 = 𝑤
4
Ở đây sử dụng 2 con trượt:
𝑃1 = 𝑃2 = 𝑤 4 = 𝑚. 𝑔 4 = 5.10 4 = 25𝑁 Hệ số an toàn tĩnh: 𝑓𝑠𝑙 = 𝐶0 𝑃 =2,55.1000 25 = 102 Với 𝐶0 là hệ số tải tĩnh 2,55kN
62 P là lực tối đa đặt lên sống trượt 25N Tuổi thọ danh nghĩa của sống trượt:
𝐿 = (𝑓ℎ. 𝑓𝑡. 𝐶 𝑓𝑤. 𝑃 ) 3 . 50 = (1.0,9.1,86.1000 1,2.25 ) 3 . 50 = 350116 (𝑘𝑚) Với: 𝑓ℎ = 1 là hệ số độ cứng 𝑓𝑡 = 0,9 là hệ số nhiệt độ C = 1,86kN là hệ số tải động 𝑓𝑤 = 1,2 là hệ số tải
Thời gian hoạt động của sống trượt:
𝐿ℎ = 𝐿. 10 3 𝑉𝑒. 60 = (𝐶𝑃). 50. 103 𝑉𝑒. 60 = (1,86.100025 ) . 50. 103 9.60 = 172222,2ℎ Với 𝑉𝑒 = 𝑉𝑚𝑎𝑥 = 150 (mm/s) = 9 (m/phút)
5.2.4 Thiết kế các chi tiết bộ gá
- Gá đầu đùn:
63 - Gá dẫn động Y
Hình 5.8 Gá dẫn động trục Y
- Gá động cơ X
64 - Gá động cơ Y
Hình 5.10 Gá động cơ trục Y
- Gá ròng rọc trái
65 - Gá ròng rọc phải
Hình 5.12 Gá rịng rọc phải
- Gá trượt trục Z
66
5.2.5 Lựa chọn các linh kiện khác
5.2.5.1 Lựa chọn bàn nhiệt
Bàn nhiệt của máy in là bộ phận gia nhiệt cho bàn in lên đến một nhiệt độ nhất định đối với một loại nhựa nhất định. Đối với phần lớn nhựa in, nhiệt độ bàn in thường khơng vượt q 120oC, ta có thể tính tốn lượng nhiệt cần thiết để gia nhiệt của bàn in:
𝑄 = 𝐺 × 𝐶𝐴𝑙𝑢 × ∆𝑇 = 𝑆 × 𝛿 × 𝐷 × 𝐶𝐴𝑙𝑢 × ∆𝑇
Với: Q: là nhiệt lượng cần cung cấp để gia nhiệt cho bàn nhiệt (J). G: khối lượng bàn nhiệt (kg).
CAlu: Nhiệt dung riêng của nhôm (880 J/(kgK)). ∆𝑇: Độ chênh lệch nhiệt độ (K).
S: Diện tích bề mặt bàn nhiệt (𝑚2). 𝛿: Độ dầy bàn in (m).
67
Hình 5.14 Bàn in nhiệt nhơm MK3
Từ thơng số kích thước, độ dày, cơng suất gia nhiệt, chúng em xin lựa chọn bàn nhiệt MK3. Các thông số kĩ thuật của bàn nhiệt nhơm MK3:
- Kích thước: 210mmx210mm. - Độ dầy: 3mm.
- Hỗ trợ điện áp 12V, 24V.
- Công suất gia nhiệt: 144W ở 12V. - Kích thước lỗ vít: 3mm.
68
5.2.5.2 Màn hình LCD 2004
Hình 5.15 Màn hình LCD 2004
LCD text 2004 một sản phẩm quen thuộc giúp thực hiện các dự án về điện tử, lập trình. Sản phẩm khắc phục được nhược điểm kết nối cần đến 8 dây của các moduke led khác, sản phẩm dùng module Ì2C tích hợp nên việc kết nối trở nên đơn gỉan với chỉ 4 dây. LED 20X04 có khả năng hiển thị 4 hàng, mỗi hàng 20 kí tự, tương ứng với 4 hàng 20 cột. Để sử dụng được sản phẩm với chuẩn I2C cần thêm thư viện hỗ trợ và phải biết địa chỉ của sản phẩm trong đường truyền I2C. Sản phẩm có độ bền cao đồng thời có rất nhiều ví dụ mẫu được cộng đồng Arduino xây dựng sẵn sẽ giúp người mới sử dụng làm quen nhanh hơn cũng như tiết kiệm được thời gian trong việc phát triển ứng dụng của mình.
Thơng số kĩ thuật:
Điện áp hoạt động: 5VDC
69 Nhiệt độ hoạt động: -30°C đến 75°C.
Kích thước 96 x 60 mm, chữ đen, nền xanh lá.
Đèn Led nền có thể điều khiển bằng biến trở hoặc PWM. Có thể điều khiển bằng 6 chân tín hiệu.
Hỗ trợ hiển thị bộ kí tự tiếng Anh và tiếng Nhật. Sơ đồ chân
Sơ đồ chân của LED text 20x04 giống vối các sản phẩm LED text thông thường với 16 chân. nhưng module sửa dụng thêm IC tích hợp giao tiếp I2C do đó người dùng cần kết nối với 4 chân I2C.
VSS: tương đương với GND - cực âm
VDD: tương đương với VCC - cực dương (5V) Constrast Voltage (Vo): điều khiển độ sáng màn hình
Register Select (RS): lựa chọn thanh ghi (RS=0 chọn thanh ghi lệnh, RS=1 chọn thanh ghi dữ liệu)
Read/Write (R/W): R/W=0 ghi dữ liệu , R/W=1 đọc dữ liệu. Enable pin: Cho phép ghi vào LCD
D0 - D7: 8 chân dữ liệu, mỗi chân sẽ có giá trị HIGH hoặc LOW nếu bạn đang ở chế độ đọc (read mode) và nó sẽ nhận giá trị HIGH hoặc LOW nếu đang ở chế độ ghi (write mode)
Backlight (Backlight Anode (+) và Backlight Cathode (-)): Tắt bật đèn màn hình LCD.
70
5.2.6 Bộ phận đùn nhựa
5.2.6.1 Cụm tời nhựa
Bộ tời nhựa là một cơ cấu kéo sợi nhựa giúp nhựa được cung cấp liên tục, nó được điều khiển bởi một động cơ bước. Động cơ bước quay là quay bánh răng gắn trên động cơ sẽ đẩy sợi nhựa xuống bộ phân gia nhiệt.
Hình 5.16 Bộ tời nhựa
5.2.6.2 Đầu phun gia nhiệt
Đầu phun là nơi nung nóng sợi nhựa và đùn nhựa tạo mẫu in. Hầu hết các bộ phận ở đầu phun đều được chế tạo bằng hợp kim nhôm để đảm bảo tính tản nhiệt tốt. Một đầu phun bao gồm:
71
- Khối tản nhiệt: giảm nhiệt độ ở vùng phía trên đầu phun nhằm hạn chế nhựa bị chảy lỏng trước khi được phun ra làm tắc đầu phun nhựa, tràn nhựa làm ảnh hưởng đến chất lượng đầu phun nhựa.
- Lõi dẫn: định hướng đường đi của sợi nhựa vào đúng đầu phun, thường được chế tạo bằng nhơm bên trong có lót ống làm bằng nhựa teflon dùng dẫn hướng và cách nhiệt cho sợi nhựa.
- Cục nóng gồm điện trở có tác dụng gia nhiệt, cảm biến nhiệt độ để điều khiển độ nóng chảy của nhựa. Cần có biện pháp an tồn, tránh tiếp xúc trực tiếp bộ phận này gây bỏng.
- Đầu phun: định hình kích thước của nhựa lỏng khi được phun ra thường có các kích thước đầu phun từ 0,1 mm đến 0,5 mm. Kích thước đầu phun ảnh hưởng đến kích thước một lớp in.
5.3 Lắp ráp khung cơ khí
Lắp ráp khung cơ khí là phần lắp ráp cơ bản toàn bộ khung bao gồm toàn bộ trục Y, trục Z dựa vào các linh kiện đã chuẩn bị ở mục trên và mô phỏng thực hiện trên Solidwork.
Bước 1: Với 4 thanh nhơm định hình 20x40 làm chân máy, cùng 4 thanh nhơm định hình 20x20 gắn lại với nhau thành khung máy sơ bộ như hình 5.17.
72