Cảm biến là một thiết bị điện tử có chức năng nhận biết các yếu tố vật lý hoặc yếu tố hóa học nơi nó được đặt vào sau đó chuyển thành dạng thơng tin mã hóa và chuyển về màn hình hoặc máy tính, hệ thống PLC để có thể điều khiển các thiết bị khác từ xa. Các đại lượng cần đo thường khơng có tính chất điện như nhiệt độ, áp suất,… tác động lên cảm biến cho ta một đại lượng đặc trưng mang tính chất điện như điện tích, điện áp, dịng điện,… chứa đựng thông tin cho phép xác định giá trị của đại lượng đo.
Như chúng ta đã biết, cảm biến là một bộ phận khơng thể thiếu trong tự động hóa. CB trong IoT cũng như hệ thần kinh của chúng ta vậy, con người cảm giác được thế giới xung quanh nhờ cảm giác, khứu giác, vị giác, vv… Thì IoT đo lường và tiếp nhận thông tin từ môi trường từ các CB. IoT( Internet of Things ) thông qua các bộ CB để nhận biết các thay đổi của mơi trường, từ đó đưa ra các thơng số và lưu trữ ở Big Data, cung cấp thông tin cho người dùng hoặc tự động điều chỉnh máy móc hoạt động ở chế độ phù hợp.
Hình 2.8: Kiến trúc Sensors (Nguồn internet)
Trong thời đại cách mạng công nghiệp 4.0 và nhất là trong tự động hóa, người ta ứng dụng CB hầu hết trong tất cả các loại máy móc. Ví dụ như CB quang học, nhiệt, âm tần, độ ẩm và cảm biến áp suất, vv…Các loại cảm biến:
Nhiệt độ Tiệm cận Gia tốc kế
26 Hồng ngoại (cảm biến hồng ngoại) Áp suất Ánh sáng Sóng siêu âm Khói, khí và rượu Chạm Màu Độ ẩm Độ nghiêng Lưu lượng và mức 2.8 Tổng quan về sản phẩm
Lĩnh vực lao động và việc làm đang trải qua những thay đổi lớn ở quy mơ chưa từng có do sự chuyển dịch của một số yếu tố như sự cải tiến của công nghệ, sự thay đổi đặc tính sản xuất. Sự cải tiến cơng nghệ một cách nhanh chóng thơng qua việc tang cường sử dụng truyền thông di động và kết nối Internet, dữ liệu lớn, trí tuệ nhân tạo, cơng nghệ robot, phương tiện tự điều khiển, cơng nghệ in 3D…Vì vậy trong sản xuất với cơng nghệ tự động, tự điều khiển và lưu giữ lượng dữ liệu lớn, việc chọn lựa sản phẩm hàng hoá để đưa vào sản xuất dây chuyền tự động cũng rất cần thiết và quan trọng.
Từ những năm 1960, nhựa trở nên phổ biến và được sử dụng rộng rãi trong đời sống. Cho đến nay nhựa đã trở thành một vật liệu không thể thiếu hàng ngày. Từ truyền thông, giải trí, sức khỏe, đến bảo tồn năng lượng trong vận tải và sử dụng năng lượng mặt trời, nguồn nước và sức gió, nhựa đang đóng vai trị chính trong cuộc sống hằng ngày của chúng ta và phúc lợi xã hội trong tương lai
Ngày nay nhựa là một vật liệu quan trọng trong đời sống sinh hoạt cũng như sản xuất. Đâu đâu chúng ta cũng thấy sự có mặt của nhựa, từ những chi tiết nhỏ như ghế,
27
nón bảo hiểm, bàn chải đánh răng,… cho đến các bộ phận lớn như máy móc, thiết bị,… Nhựa công nghiệp đã mang đến cho cuộc sống chúng ta những sản phẩm tiêu dùng tiện dụng mà lại ít tác động xấu đến mơi trường.
Phân tích nhựa các loại nhựa phổ biến:
1. Nhựa ABS.
Tấm nhựa ABS là một loại vật liệu mới trong ngành công nghiệp nhựa kỹ thuật. Tên đầy đủ của nó là tấm Acrylonitrile Butadiene Styrene. Đây là một polymer được sử dụng rộng rãi và là sự kết hợp các tính chất cơ học tuyệt vời của độ bền, độ cứng và cân bằng pha cứng. Nhựa ABS sở hữu những đặc tính khác nhau của các loại nhựa PS, SAN và BS.
Nhựa ABS đạt tỉ trọng 1,060–1,080g/cm3 là một loại nhựa nhiệt dẻo thông dụng dùng để làm các sản phẩm nhẹ, cứng, dễ uốn như ống, dụng cụ âm nhạc, đầu gậy đánh golf, các bộ phận tự động, vỏ bánh răng, lớp bảo vệ đầu hộp số, đồ chơi.
28 Ưu điểm:
Khả năng chống va đập tốt, độ bền cơ học cao. Hiệu suất cách điện tốt.
Chịu nhiệt tốt, có thể chịu lực tốt dù ở nhiệt độ thấp. Chống ăn mịn hóa học tốt, khơng độc hại và không mùi. Tấm nhựa ABS có thể sơn tĩnh điện, sơn phun màu, hàn. Kích thước ổn định.
Nhược điểm:
Khả năng chống chịu thời tiết kém, dễ tạo ra sự xuống cấp dưới tác động của tia cực tím.
Nhiệt độ biến dạng thấp, dễ cháy. Cường độ uốn và cường độ nén kém. Thơng số kỹ thuật chung:
Kích thước tấm: 1250×2000mm. Độ dày: 1mm - 120mm.
Thanh tròn: Ø15 - 200mm.
Màu sắc: tự nhiên (ngà), đen, trắng. Đặc tính chung của tấm nhựa ABS
Tấm nhựa ABS dễ bị tác động từ bên trong và bị biến dạng trong quá trình xử lý nên cần được giảm ứng suất trước khi sử dụng.
29
Phương pháp nhận dạng đốt: đốt liên tục sẽ có ngọn lửa màu vàng xanh, khói màu đen, ánh sáng màu vàng nhạt.
Thử dung mơi: cyclohexanone có thể làm mềm, dung mơi thơm khơng có tác dụng.
Điều kiện sấy: 80-90°C trong 2 giờ. Co rút khuôn: 0,4-0,7%.
Nhiệt độ khuôn: 25-70°C (nhiệt độ khuôn sẽ ảnh hưởng đến độ mịn của các bộ phận bằng nhựa, nhiệt độ thấp hơn sẽ dẫn đến kết thúc thấp hơn).
Nhiệt độ nóng chảy: 210-280° C (nhiệt độ khuyến nghị: 245°C). Nhiệt độ đúc: 200-240 °C.
Tốc độ phun: tốc độ trung bình và cao.
Ngồi ra, tấm ABS có độ trong suốt rất tốt, đặc tính đánh bóng cực tốt, là một lựa chọn hàng đầu để thay thế vật liệu PC tấm. So với PMMA (Mica), độ dẻo của nó rất tốt, có thể đáp ứng được các sản phẩm có sự gia cơng chi tiết, tỉ mỉ.
Phạm vi ứng dụng
Sử dụng trong ngành kỹ thuậtt điện - điện tử và xây dựng: Nhựa ABS được sử dụng khá nhiều vì tính cứng, khó biến dạng, khơng thấm nước nên được sử dụng để chế tạo ống nước, ống gen,…Các vật liệu điện tử như vỏ ổ điện, bảng điện, hay một số phụ kiện cách điện khác vì loại nhựa này có tính cách điện rất tốt. Với những đặc tính vượt trội nên các xưởng sản xuất ô tô, xe máy hay các cơ sở
sản xuất đồ công nghệ thường ứng dụng nhựa ABS để chế tạo các linh kiện chịu nhiệt như lưới tản nhiệt, cửa thốt điều hịa, vịi phun chống đông, cần gạt nước, …
Tấm nhựa ABS thường làm các mơ hình, mẫu vật trưng bày. Làm các bộ phận, dụng cụ, tủ lạnh công nghiệp.
30
Bàn phím, các loại xe giải trí như xe Golf và xe trượt tuyến bằng phản lực. Đồ chơi cho trẻ em: Nhựa ABS không mùi, khơng độc hại, lại có tính bền và
khơng bị loang màu khi sử dụng, tính an tồn cao nên được lựa chọn sản xuất đồ chơi cho các bé. Có thể cho bé thoải mái chơi đùa mà khơng sợ ảnh hưởng đến sức khỏe. Một số mặt hàng đồ chơi hay gặp như Lắp ghép LEGO, Mơ hình xe hơi, Mơ hình dụng cụ xây dựng,…
2. Nhựa PLA.
Nhựa PLA là tên viết tắt của Polylactic Acid. Đây là một loại nhựa nhiệt dẻo phân hủy sinh học có nguồn gốc từ các nguồn tái tạo.
Thành phần của nhựa này gồm nhiều phụ gia như bột ngơ, mía, củ sắn hoặc thậm chí tinh bột khoai tây.
Nhựa in PLA là một trong những nhựa in 3D FDM phổ biến trên thị trường. Loại nhựa này có giá thành khá thấp, dễ in và có nhiều màu sắc rực rỡ.
PLA có nhiều ưu điểm vượt trội hơn các sản phẩm nhựa hóa dầu trên mạng khác như ABS hay PVA (Polyvinyl Alcohol).
Với khả năng tự phân hủy trong môi trường. Nhựa PLA được sử dụng rộng rãi để sản xuất các đồ dùng hàng ngày. Các sản phẩm như bao bì để đựng thực phẩm, khay đựng hoặc là cốc chén, màng thực phẩm,…
Tính chất cơ học và vật lý của PLA:
PLA là một loại nhựa nhiệt dẻo. Vì vậy nó có nhiệt độ nóng chảy trong khoảng 190oC – 220oC
Cũng giống với các loại nhựa nhựa in khác. PLA có khả năng sử dụng tốt cho mọi loại máy in
31
Vật liệu in 3D này cũng có độ đàn hồi khá tốt. Ngồi ra nó cịn có tính mềm, dẻo vượt trội.
Màu sắc in của vật liệu này đa dạng. Khách hàng có thể tùy ý lựa chọn sao cho phù hợp.
Đặc biệt là khả năng lặp lại nhiều lần quá trình chảy mềm dưới tác dụng nhiệt và trở nên rắn khi được làm nguội. Trong quá trình tác động nhiệt, nó chỉ thay đổi tính chất vật lý và khơng bị thay đổi tính chất hóa học. Do đặc tính như vậy nên là nó có khả năng tái sinh nhiều lần. Vì vậy những phế phẩm phát sinh trong q trình sản xuất đều có khả năng tái chế được.
Ưu điểm
PLA được sản xuất từ các thành phần có nguồn gốc từ nguyên liệu tái tạo tự nhiên. Ví dụ như là tinh bột ngơ, củ sắn, mía và cả tinh bột khoai tây,… Nó rất thân thiện với mơi trường, an tồn cho người sử dụng. Vì vậy PLA rất thích hợp để sản xuất ra các đồ dùng hàng ngày. Các sản phẩm trong lĩnh vực y tế.
Vì là loại ngun liệu tái sinh. Do đó sau q trình sử dụng thì các sản phẩm tạo thành từ hạt nhựa PLA sẽ được các vi sinh vật phân hủy thành các sinh khối. Sau đó từ các nơi xử lý rác thải chúng được dùng như là phân bón vi sinh trên cây
Loại nhựa PLA chuyển hóa thành phân bón sinh học sau khi được xử lý phân hủy sinh học công nghiệp. Bề mặt nó thẩm thấu tốt giúp cho vi sinh vật dễ xâm nhập để thúc đẩy quá trình phân hủy tự nhiên. Ở điều kiện thích hợp, dưới tác động của các loại vi sinh vật. PLA có thể phân hủy thành Carbon Dioxide(CO2), nước và mùn sinh học. Các chất này rất tốt cho cây và đặc biệt là không gây ô nhiễm môi trường. Loại nhựa này không tạo ra các chất bay hơi độc hại khi đốt. Các loại nhựa truyền
32
PLA có thời gian phân hủy ngắn, có thể chỉ vài tháng hoặc là vài năm. Trong khi đó thời gian phân hủy của nhựa truyền thống có thể lên đến hàng trăm năm, có thể là hàng nghìn năm.
Nhược điểm:
Việc sản xuất phụ thuộc nhiều vào nguồn nguyên liệu. Các nhà máy sản xuất nhựa phân hủy sinh học cần được đặt gần vùng nguyên liệu như những cánh đồng bắp, sắn, mía hoặc củ cải đường,…
Vật liệu PLA chỉ có thể phân hủy trong điều kiện xử lý công nghiệp. Đa phần các sản phẩm có thành phần PLA đều có đặc điểm này. Chúng sẽ phân hủy ở điều kiện nhiệt độ, điều kiện vi sinh vật,… đạt tiêu chuẩn nhất định.
Nếu xử lý khơng đúng cách có thể gây ảnh hưởng đến chất lượng nhựa tái chế. Nếu bị lẫn với các nguyên liệu tái chế sẽ gây ảnh hưởng lên chất lượng sản phẩm sau khi tái chế.
Do sản phẩm mang tính đặc thù của ngành nhựa cao. Vì vậy sản lượng PLA hiện nay thấp do thiếu đơn vị sản xuất. Ngoài ra đây là một loại nhựa thân thiện với mơi trường. Vì vậy quy trình sản xuất PLA trong quy mơ cơng nghiệp địi hỏi cơng nghệ cao. Chi phí lớn nên giá thành cao hơn các loại nhựa có nguồn gốc hóa thạch như là PA,PE,PP,…
Ứng dụng của nhựa PLA
PLA không độc với cơ thể người nên được ứng dụng rất nhiều trong đa dạng lĩnh vực như sau:
33
Thành phần PLA có trong các vật liệu được sử dụng để làm khay, hộp đựng thức ăn. Sản xuất các màng phim mỏng đóng gói thực phẩm, túi đựng đồ siêu thị, ly, muỗng,…
Đặc biệt PLA biến tính được gia cường bằng thành phần Bentonite, phủ một lớp Microcrystalline Cellusose, Silicate. Nhờ đó nó có khả năng kháng tia UV và ánh sáng khả kiến (nguyên nhân gây biến tính chất lượng sản phẩm). Vì vậy nó cịn được dùng để làm bao bì bảo quản thực phẩm. Ngồi ra, loại bao bì này cịn có tính kháng khuẩn. Thích hợp với việc bảo quản thực phẩm sống như rau củ quả và thịt cá,…
Ứng dụng trong lĩnh vực nông nghiệp
PLA được sử dụng trong các ứng dụng làm màng phủ sinh học. Các màng phủ này có tác dụng tăng tốc độ chín của quả trên cây trồng, giữ phân bón, giữ độ ẩm, ức chế nhiễm nấm. Hơn nữa còn làm giảm sự phát triển của cỏ dại cũng như là sự phá hoại của cơn trùng. Ngồi ra, cịn có loại màng phủ sinh học có khả năng giúp cho cây trồng chống chịu được với sự thay đổi của thời tiết
Bên cạnh đó, các sản phẩm có thành phần PLA được sản xuất làm dây buộc, chậu cây và một số vật dụng khác
Ứng dụng trong lĩnh vực ô tô vận tải
Các thương hiệu sản xuất ô tô trên thế giới thường ứng dụng PLA như:
- Toyota đã sử dụng Composite nền PLA và các sợi khác làm lốp xe dự phòng. Ngồi ra hãng cịn nghiên cứu để sản xuất tấm trải sàn, tay cầm và ghế ngồi. - Fiat (Italy) nghiên cứu vật liệu Polymer “xanh” để chế tạo ra các bộ phận bên
trong của ô tô.
- Ford dùng Composite nền PLA để nghiên cứu và làm hệ thống vòm xe và tấm thảm trải
34
Ứng dụng trong lĩnh vực điện tử
Hiện nay mỗi năm có khoảng trên 50 triệu tấn rác thải điện tử. Vì vậy các loại nhựa phân hủy sinh học được ứng dụng rất nhiều để sản xuất các sản phẩm trong lĩnh vực điện tử. Dưới đây là một số sản phẩm mà các thương lớn ứng dụng PLA vào.
Năm 2002, Mitsubishi chế tạo ra vật liệu PLA chịu nhiệt để làm vỏ cho máy nghe nhạc.
Năm 2004, NEC Corp của Nhật gia cường sợi Kenaf cho vật liệu Composite nhựa nền PLA. Giúp tăng khả năng chịu nhiệt và làm Dummy cắm trực tiếp vào Laptop chống bụi bẩn tác động và làm vỏ điện thoại (năm 2006).
Năm 2005, Fujitsu dùng Composite nền PLA vào thiết bị chống cháy trong nhà ở. Họ còn dùng hỗn hợp Blend PLA/PC/Phosphorus làm hệ thống khung cho máy tính.
Năm 2007, Samsung dùng PLA/ có khả năng chịu nhiệt, chịu va đập tốt. Ứng dụng vào sản xuất các vỏ linh kiện điện tử như là vỏ máy tính, vỏ điện thoại…
Nhựa PLA còn được sử dụng để làm chai lọ đựng thuốc viên, bề mặt chiếu, in ấn 3D…
Ứng dụng trong kỹ thuật cấy mô
Phương pháp cấy mô liên kết các tế bào sống với hệ thống khung thơng qua vật liệu sinh học. Nhờ đó, các tế bào sống có thể sinh sơi, nảy nở theo các chiều hướng khác nhau giúp tái tạo được các mô sống.
Vật liệu sinh học giúp thay thế các mô sống đồng thời mang lại lợi ích cho việc cấy ghép nội tạng. Biopolymer, đặc biệt là nhựa PLA chính là lựa chọn tối ưu nhất.
35 3. Nhựa PETG.
Trong ngành đúc sản phẩm nhựa, PET là chất liệu dẻo được sử dụng phổ biến nhất thế giới! Bạn có thể thấy PET khắp mọi nơi: chai nước ngọt, ly nước… Bởi vậy, khi tìm tới dịch vụ in 3D PLUS, khách hàng thường hỏi về loại chất liệu có tính chất gần giống PET nhất có thể. Tiếc rằng, chưa có loại vật liệu in 3D nào là PET. Giải pháp là dùng vật liệu PETG thay thế với nhiều ưu điểm vượt trội.
PETG là PET được bổ sung một thành tố Glycol (chữ G). Thành tố hóa học này giúp ngăn sự kết tinh ở nhiệt độ cao hay xảy ra với nhựa PET. Nhờ đó, sản phẩm có độ bền nhiệt cao hơn! Màu sắc của PETG hơi đục. Ngồi ra, cơ tính cũng tỏ ra vượt trội PET.