Công nghệ in 3 chiều (3D Printing Technology) là sản phẩm của hãng Zcoporation của Mỹ đây là hãng chuyên cung cấp, sản xuất và cung cấp các thiết bị tạo mẫu nhanh với công nghệ in 3 chiều có tốc độ nhanh nhất hiện nay.Công nghệ này có thể chế tạo ra các sản phẩm mẫu nhanh, dễ dàng với chi phí thấp từ dữ liệu dạng CAD và các dạng kỹ thuật số khác.
Thiết bị in 3 chiều sử dụng công nghệ kết dính vật liệu bột là một phát minh sáng chế của Ely Sachs học viện công nghệ Massachusetts (MIT) của mỹ để chế tạo ra các chi tiết trực tiếp từ các file dữ liệu số.
81
* Nguyên lý làm việc.
Phương pháp 3D Printing hoạt động theo nguyên tắc in “phun mực”. Một loại mực keo đặc biệt được phun lên lớp bột nhựa đã được trải phẳng và hoá cứng. Như thế là chúng đã tạo ra một lớp và từng lớp dần dần tạo ra vật thể.
Hình 4.7: Cấu tạomáy in 3 chiều
Công nghệ này được thực hiện qua 5 bước : - Đầu tiên thiết bị trải ra một lớp bột mỏng
- Sau đó đầu phun ra các chất dính kết để tạo ra mặt tiết diện ngang của chi tiết hoặc sản phẩm.
- Lúc này piston giữa hạ xuống một bậc tạo không gian cho lớp (mặt tiết diện mới) hình thành.
- Quá trình được lặp lại cho đến khi toàn bộ chi tiết hoặc sản phẩm hình thành.
- Sau khi hoàn thành chi tiết hoặc sản phẩm sẽ được bao bọc một lớp bột thừa, lúc này chỉ việc rung hoặc lắc và nới lỏng bột để lấy chi tiết hoặc sản phẩm ra. Bột thừa có thể tái sử dụng.
* Một số ưu nhược điểm của công nghệ in 3D.
- Ưu điểm:
+ Tốc độ hình thành sản phẩm rất nhanh, có thể gấp 5-10 lần so với công nghệ khác
+ Chi phi đầu tư sở hữu thấp nhất trong lĩnh vực công nhgệ tạo mẫu nhanh.
+ Chi phí nguyên vật liệu và chi phí sản xuất thấp. + Đa dạng về vật liệu chế tạo và các ứng dụng.
+ Có thể in các vật có cấu tạo hình học phức tạp mà không cần giá đỡ. + Dễ dàng chuẩn bị, sử dụng, và bảo dưỡng.
+ Là công nghệ tạo mẫu có đầy đủ màu sắc lên đến hàng triệu màu.
+ Công nghệ in 3D cho phép chế tạo các sản phẩm đa dạng từ các vật liệu khác nhau, màu sắc khác nhau, khối lượng và kích thước với các tỷ lệ khác nhau so với chi tiết hoặc sản phẩm thật.
Ngoài ra còn có các phương pháp khác: 3DP, DSPC, BPM, DFL, SDM, MSDM, FDM.
83
CHƯƠNG V: ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ TẠO MẪU NHANH ĐỂ CHẾ
TẠO MỘT SỐ SẢN PHẨM TRÊN MÁY TẠO MẪU SPECTRUM Z510 5.1. Các chỉ tiêu kỹ thuật của máy
5.1.1. Thông số kỹ thuật của máy Z510
- Độ dày lớp cắt mẫu: 0,089 – 0,203 mm. - In 3 chiều màu sắc thực. - Tốc độ in màu: 2 lớp/phút. - Kích thước mẫu lớn nhất: 254 x 356 x 203 mm . - Độ phân giải: 600 x 540 DPI. - Có thể tạo được nhiều mẫu cùng một lúc. - Số đầu tia phun 1216.
- In màu: RGB full colour, 16 triệu màu.
5.1.2. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của máy Spectrum Z510
Hệ thống pitton cấp bột và chế tạo
Hình 5.2 : Cấu tạo thiết bị tạo mẫu nhanh Spectrum Z510 3D Printer
85
* Nguyên lý hoạt động.
- Thiết bị tạo mẫu nhanh Spectrum Z510 được dùng để tạo chi tiết mẫu có màu sắc thực và khuôn đúc kim loại. Thiết bị được chế tạo dựa trên phương pháp in 3 chiều. Phương pháp này được hình thành như sau:
- Đầu tiên con lăn gạt để rải đều bột trên mặt nền chế tạo. Đầu in sẽ phun chất kết dính nhằm liên kết các hạt bột với nhau để tạo mặt cắt ngang của vật thể. Sau đó piston cấp bột nâng lên còn piston chế tạo lùi xuống một khoảng
đúng bằng chiều dày lớp in. Quá trình tiếp tục cho đến khi chi tiết được tạo xong.
Hình 5.4: Sơđồ nguyên lý hoạt động của thiết bị Spectrum Z510
- Kết hợp với việc ứng dụng công nghệ CAD trong thiết kế 3D chúng ta có thể chế tạo được các chi tiết có hình dạng phức tạp bất kỳ, mà nếu gia công bằng phương pháp khác sẽ rất khó khăn thậm chí là không thể. Đặc biệt nó có thể chế tạo các cấu trúc bên trong phức tạp, thành mỏng hoặc các chi tiết lắp ghép với nhau trong một lần gia công. Nó cho phép sửa đổi thiết kế chi tiết đơn giản.
- Thiết bị sử dụng phương pháp in 3 chiều, do không làm biến đổi trạng thái của vật liệu nên độ chính xác chế tạo đạt được rất cao.
- Đặc biệt, kết hợp với việc ứng dụng thiết bị đo 3 chiều CMM chúng ta có thể chế tạo được chi tiết có hình dạng giống chi tiết mẫu với độ chính xác rất cao.
5.2. Tạo mẫu một số sản phẩm
Bước 1: Thiết lập mô hình CAD của chi tiết mẫu (chính là mô hình kết quảđược xây dựng ở chương II)
Hình 5.5 : Mô hình CAD của chi tiết dùng để tạo mẫu
Bước 2: Chuẩn bị máy tạo mẫu nhanh
1. Cho bột trong buồng cấp bột 2. Cho keo kết dính vào bình
87
4. Cho chất tẩy rửa vào bình 5. Vệ sinh trạm rửa đầu in
6. Chuyển máy sang chế độ làm việc online.
Hình 5.6 : Các bược chuẩn bị cho máy tạo mẫu nhanh
Bước 3: Khởi động phần mềm Zprint
Bước 4: Nhập mô hình CAD đã tạo và hiệu chỉnh lại mô hình.
Hình 5.8 : Mô hình CAD được gọi vào phần mềm
Bước 5: Thiết lập chếđộ in cho máy.
Nhấn chuột trái vào File chọn 3D Print Setup →Hộp thoại xuất hiện
Chọn loại máy in trong mục Printer bằng cách kích chuột trái vào Select Printer →cửa số thứ 2 hiện ra chọn máy trong mục Offline là Spectrum →
Chọn OK →chọn độ dày cho mỗi lượt in trong mục Layer Thickness → Kích chọn OK kết thúc việc thiết lập chếđộ in.
89
Bước 6: In chi tiết mẫu.
Nhấn chuột trái vào File chọn Print 3D
Hình 5.6 : In chi tiết
Hình 5.10 : In chi tiết
Bước 7: Lấy mẫu và hoàn thiện lần cuối.
5.3. Một vài sản phẩm được in trên máy Spectrun Z510 ( Z – Zcorp )
*Sản phẩm trong lĩnh vực cơ khí.
Hình 5.12 : Một vài sản phẩm cơ khí được in trên máy tạo mẫu nhanh
* Sản phẩm trong lĩnh vự kiến trúc.
91
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ.
Sau hơn 3 tháng thực hiện đồ án, được sự hướng dẫn tận tình của các thầy tại bộ môn Thiết Kế Máy chúng em đã hoàn thành được đồ án đúng theo thời gian được qui định … Đối chiếu kết quả đạt được với bản nhiệm vụ đồ án, em đánh giá chung kết quảđạt được như sau:
1. Đã hoàn thành được hiệm vụ đặt ra: Đó là tìm hiểu và nắm bắt được công nghệ thiết kế ngược, các công cụ và thiết bị hỗ trợ cho quá trình thiết kế, chế tạo ngược. Và áp dụng được các thiết bị và công cụ này vào quá trình tạo mẫu ra sản phẩm .
2. Đồ án đã thực hiện đầy đủ nội dụng quy định. Bao gồm:
- Tìm hiểu về khái niệm, quy trình, ứng dụng của công nghệ thiết kế
ngược trong sản xuất.
- Tìm hiểu và sử dụng thiết bị số hóa ATOS I
- Sử dụng phần mềm thiết kế ngược XOR để xây dựng lại mô hình CAD cho mẫu sản phẩm từ dữ liệu số hóa.
- Tìm hiểu được cấu tạo, nguyên lý hoạt động của một số phương pháp tạo mẫu nhanh điển hình .
- Quy trình tạo ra sản phẩm trên máy tạo mẫu nhanh SPECTRUM Z510. 3.Hạn chế của đồ án
Mặc dù đã cố gắng tìm hiểu nghiên cứu kỹ song do đây là một lĩnh vực khá mới mẻ, thiếu trang thiết bị và hạn chế kiến thức nên có một số vấn đề em
đánh giá chưa sâu như việc đánh giá sai số thiết kế bằng phương pháp đo trực tiếp. Sản phẩm được tạo ra đạt độ bóng chưa cao, chưa sử dụng được (Do chưa có vật liệu phù hợp).
Kiến nghị : Là sinh viên chuẩn bị tốt nghiệp, đồ án tốt nghiệp thực sự đã mang lại cho em nhiều kiến thức và kinh nghiệm quý báu. Thông qua đồ án em học được nhiều điều mới mẻ, có được cái nhìn sâu sắc và tổng quan hơn về
chế tạo, sản xuất sản phẩm trong thực tế. Đồ án " Nghiên cứu công nghệ thiết kế
ngược và ứng dụng vào quá trình tạo mẫu nhanh ". Đã giúp em tổng hợp được kiến thức nhiều môn học như chi tiết máy, dung sai, công nghệ kim loại,
CAD/CAM/CAE… Đây sẽ là cơ sở quan trọng trong công tác nghiên cứu, chế
tạo và ứng dụng CAD/CAM/CAE vào sản xuất công nghiêp hiện nay. Sản xuất theo công nghệ tạo mẫu nhanh thực sự có nhiều ứng dụng thực tế và đang trở
thành một trong các xu hướng của sản xuất hiện tại. Do vây mà nó cần được quan tâm, phát triển hơn nữa để có thể góp phần đưa công nghệ Việt Nam bắt kịp thế giới.
Mặc dù đã nỗ lực cố gắng song do thời gian hạn chế nên đồ án của em sẽ không tránh khởi được những thiếu xót, tuy nhiên em cũng tự đánh giá đã hoàn thành nhiệm vụ đặt ra.
93
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] PGS.TS. Trương Tất Đích, Chi tiết máy (Tập 1 và tập 2) (2001), Nhà xuất bản Giao thông vận tải, Hà Nội.
[2] PGS.TS. An Hiệp, PGS.TS. Trần Vĩnh Hưng, KS Nguyễn Văn Thiệp (2003), Phần mềm thiết kế công nghiệp Autodesk Inventor, Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật, Hà Nội- Năm 2007.
[3] PGS.TS. An Hiệp, PGS.TS Trần Vĩnh Hưng, Dung sai và đo lường Cơ Khí, Nhà xuất bản Giao thông vận tải, Hà Nội.
[4] PGS.TS .An Hiệp , PGS.TS Trần Vĩnh Hưng, Thiết kế chi tiết máy trên máy vi tính , Nhà xuất bản Giao thông vận tải, Hà Nội, Năm 2006.
[5] Tài liệu công nghệ đo 3D, Công nghệ Scan 3D của hang GOM –
http: www.gom.com
[6] Tài liệu phần mềm thiết kế ngược Reverse Engineerung của hãng Rapidform – http : www.rapidform.com
[7] Tài liệu máy in 3D Spectrum Z510 của hãng Zcorp – http: www.Zcorp.com