14
Chế tạo dụng cụ
Người ta ứng dụng công nghệ tạo mẫu nhanh trong chế tạo dụng cụ như điện cực trong gia công tia lửa điện, chế tạo các khe hở hoặc ruột của khuôn phun nhựa, ống dẫn hệ thống điều hòa nhiệt độ…
Hiện nay, để thiêt kế và chế tạo máy in 3D trên thế giới và ở Việt Nam có thể cần có máy cơng cụ CNC, máy khắc laser. Việc chế tạo ra máy cơng cụ tự động CNC đã đạt tới trình độ rất cao. Máy CNC được nghiên cứu và đầu tư để tạo ra các loại máy móc thiết bị, dây chuyền sản xuất để phục vụ tất cả các ngành cơng nghiệp khác. Có thể phân loại các máy CNC như sau:
Các máy CNC dùng để cắt gọt kim loại bằng dụng cụ cắt (theo công nghệ truyền thống): máy phay CNC, máy tiện CNC, các trung tâm tiện và phay CNC, máy mài CNC
Các máy CNC dùng để gia công theo công nghệ phi truyền thống: máy xung tia lửa điện, máy cắt dây tia lửa điện, máy cắt bằng Plasma, cắt bằng Laser, máy tạo mẫu nhanh RP
Các máy CNC dùng để gia công biến dạng bằng áp lực: máy đột tự động theo chương trình, máy cán, máy p, máy dập điều khiển số
Các máy CNC chuyên dụng phục vụ cho các ngành công nghiệp sản xuất hàng loạt hoặc đặc biệt: sản xuất phụ tùng ô tô, đồ tiêu dùng, sản xuất vũ khí, hố chất độc hại…
Ứng dụng CNC để gia công là rất cần thiết để phát triển cơ khí giúp thỏa mãng cơng nghệ và tự động hóa sản xuất nâng cao năng suất sản xuất.
15
2.4 Vấn đề tồn tại
Vấn đề tồn tại lớn nhất ở các máy cơ khí là độ chính xác cao thì giá thành cũng cao, không thể kết hợp nhiều chức năng trên một máy trong khi chức năng và phương pháp gia coong gần như tương tự. Kết cấu các máy CNC còn khá phức tạp cần có máy gọn nhẹ phù hợp cho nghiên cứu học tập và sản xuất vừa thực hiện tạo mẫu, kết hợp khắc laser nhưng vẫn có thể thực hiện việc gia cơng cơ khí một cách cơ bản.
16
CHƢƠNG 3. PHƢƠNG PHÁP GIẢI QUYẾT 3.1. Hƣớng giải quyết 3.1. Hƣớng giải quyết
Từ những vấn đề tồn tại, đề tài nghiên cứu phải có các mục tiêu cơ bản sau: Chế tạo mơ hình có chức năng như một máy in 3D có thể in ra vật thể bằng nhựa PLA từ các bản thiết kế trên các phần mềm mô phỏng và thiết kế 3D bằng phương pháp FFF (Fused Filament Fabrication). Máy in 3D điều khiển bằng chương trình số NC (Numerical control), máy có thể đọc được G-code để vừa thực hiện chức năng in 3D, vừa khắc khi kết hợp đầu khắc laser công suất 2000mW để khắc vật liệu mềm, vừa chức năng như máy phay CNC khi thay đầu phun mực máy in thành đầu cắt quay tốt độ cao.
Ứng dụng thuật toán điều khiển robot song song vào điều khiển máy in 3D để đạt được độ chính xác u cầu khi gia cơng in 3D có sai số từ 0.05 đến 0.1mm.
Khả năng gia cơng tạo hình in 3D, khắc laser hay cắt CNC được các chi tiết kích thước từ dài x rộng x cao trong khoảng từ 150x150x200mm.
Thiết kế và thi cơng phần cơ khí để hồn thiện mơ hình máy đảm bảo các chức năng in, khắc cắt các vật liệu nhẹ. Tiến hành chế tạo và lắp ráp hồn thiện mơ hình máy in 3D với độ chính xác cao.
Thiết kế, ứng dụng mạch điện và hệ thống mã nguồn mở Ardiuno cơ sở để thực hiện q trình điều khiển các động cơ các trục cơng tác X,Y, Z và đầu đùn nhựa E để tạo hình vật thể theo thuật tốn của robot song song.
17
Thiết kế thi công hệ thống điện điều khiển, lắp đặt các cử hành trình an tồn khi vận hành, hệ thống kiểm soát nhiệt độ cho đầu phun và đế nhiệt, hệ thống quạt làm mát đầu phun..v..v…
Ứng dụng các phần mềm cắt lớp sẵn có như Slic3r, CURA…để xuất mã G- code cho máy in hoạt động, các phần mềm Match3 để xuất chương trình điều khiển máy in 3D thành máy khắc laser hay cắt phay CNC.
Máy chế tạo nên có khả năng kết hơp được nhiều chức năng in 3D, khắc laser trên cùng máy. Ngồi ra máy cịn dễ dàng tháo lắp và sửa chữa do có cấu tạo đơn giản.
Thiết kế cơ khí đảm bảo thực hiện ba chức năng và kết cấu đầu điều khiển linh hoạt, có thể tháo lắp đễ dàng và thay đổi 3 chức năng: in 3D, khắc laser và phay CNC một cách nhanh gọn, đễ dàng
Kết cấu máy dạng robot Scara được ứng dụng trong cơng nghiệp có ưu điểm thực hiện nội suy tốt và có khả năng nội suy đường th ng, đường cong và đạt độ chính xác cao.
Giá thành chế tạo phù hợp, chi phí đầu tư thấp nhưng làm được nhiều chức năng là ưu tiên hàng đầu.
Việc chế tạo máy in 3D rất thuận lợi cho quá trình học tập, nghiên cứu cho sinh viên, học sinh, doanh nghiệp sản xuất. Bên cạnh những ưu điểm đặc biệt của máy in 3D cũng có những khuyết điểm như: sản phẩm in ra chưa được sắc n t, kích thước vật thể in ra cịn nhỏ, hiệu suất khơng cao, thời gian tạo mẫu lâu.
Để khắc phục được những khuyết điểm của máy in 3D và có những tính năng ưu việt không xa lạ với chúng ta là máy khắc laser. Máy khắc laser gia công ra những sản phẩm chi tiết đạt độ chính xác cao, thời gian gia cơng nhanh, tiết kiệm
18
được chi phí. Một điều cần quan tâm là máy in 3D và máy khắc laser có cùng nguyên l hoạt động là điều khiển qua lập trình máy tính, sự di chuyển các trục Ox, Oy và Oz kết hợp đầu phun (máy in 3D) và đầu khắc (máy khắc laser) cũng gần như máy CNC là gia công là sản xuất ra các sản phẩm bề mắt 3D phức tạp, chi tiết có kích thước nhỏ, độ chính xác cao, khối lượng gia cơng cắt gọt lớn do đầu dao cắt có hiệu suất cao.
Những tưởng nghiên cứu, thiết kế, chế tạo một chiếc máy có thể kết hợp những ưu điểm ba chức năng của máy in 3D, máy khắc laser và máy phay CNC là rất khả thi và hồn tồn có thể thực hiện được. Trong tương lai, cánh tay máy 3 trong 1 có thể ứng dụng để thực hiện gia cơng các chi tiết có kích thước lớn, đòi hỏi yêu cầu thẩm mỹ, kỹ thuật cao, hạ chi phí sản xuất và giá thành sản phẩm mang lại nhiều giá trị cho xã hội và ngành cơng nghiệp của nước ta trong thời kì hiện đại hóa đất nước.
Do vậy, chúng tơi quyết định chọn đề tài:
“NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO CÁNH TAY SCARA ỨNG DỤNG TẠO MẪU IN 3D, KẾT HỢP PHAY CNC VÀ KHẮC LASER”
3.2. Phƣơng pháp nghiên cứu
Xác định rõ đối tượng nghiên cứu của đề tài là máy in 3D điều khiển bằng chƣơng trình số dựa trên G-code, khơng chỉ thực hiện chức năng in 3D
mà cịn có thể khắc laser và cắt như một máy CNC cỡ nhỏ.
Máy phải chắc chắn để tránh việc mất thăng bằng khi quay quanh trục. Người nghiên cứu tập trung nghiên cứu thiết kế, thi cơng hệ thống cơ khí, hệ thống điều khiển cho máy in 3D, nhưng phù hợp chức năng khắc laser và cắt CNC.
19
Phương pháp xây dựng mơ hình trên phần mềm thiết kế Solidwork. Nghiên cứu lập trình và ứng dụng kho mã nguồn mở để Ardiuno xây dựng và phát triển hệ thống điều khiển chính xác vị trí đầu đùn nhựa PLA cho máy in 3D, nghiên cứu ứng dụng khả năng cắt vật liệu của tia laser và chọn đầu khắc tốc độ phù hợp đảm bảo khối lượng không quá nặng để cắt vật liệu như máy CNC.
20
CHƢƠNG 4. QUY TRÌNH THIẾT KẾ SẢN PHẨM 4.1 Thiết kế mơ hình sản phẩm 4.1 Thiết kế mơ hình sản phẩm
4.1.1 Nghiên cứu, tính tốn phần động học của máy Thơng số hình học của máy Thơng số hình học của máy
Robot Scara với cơ cấu chấp hành tịnh tiến và quay quanh trục với các thơng số được cho trong hình bên dưới.