4.2.1 Phương pháp kéo
Sử dụng máy kéo nén vạn năng để tiến hành thử kéo cho mẫu thử được chế tạo
bằng công nghệ in 3D SLS. Kẹp chặt mẫu vào 2 đầu máy kéo, tiến hành kéo cho đến khi mẫu đứt, sau đó ghi kết quả kéo là lực kéo đứt của mẫu.
4.2.2 Các bước tiến hành kéo
4.2.2.1 Chuẩn bị mẫu thử và thiết lập máy kéo
Mẫu thử được chế tạo theo tiêu chuẩn và đánh số theo các thông số cần thay đổi.
Hình 4.1 Mẫu thử đã được đánh số
Chuẩn bị máy kéo, lắp đặt ngàm cố định và ngàm di động vào máy, lắp đặt hệ
thống khí nén cho máy, khởi động máy và máy tính để bắt đầu q trình thử kéo cho các mẫu thử.
31 Máy kéo được sử dụng để tiến hành thử kéo cho các mẫu thử là máy kéo vạn
năng INSTRON 3369 với các thông số kỹ thuật sau: ● Lực tải: 50 kN
● Tốc độ tải tối đa: 500 mm/phút ● Khoảng thử nghiệm dọc: 1193 mm
32
Hình 4.3 Máy kéo trong trạng thái khơng làm việc
33
34
35
36
Hình 4.7 Bảng điều khiển
Sau khi đã chuẩn bị mẫu và lắp đặt cho máy kéo, khởi động phần mềm và bắt
đầu thử kéo. Phần mềm được sử dụng là Bluehill Lite để đo các thơng số kéo được
của q trình thử kéo, ở đây thông số cần đo là lực kéo đứt (trong qua trình thực
hiện thì khơng được phép chụp màn hình bằng phím PrntScr vì có thể xảy ra lỗi trong qua trình thử nghiệm).
37
4.2.2.2 Kẹp mẫu thử vào máy kéo và tiến hành kéo
Sau khi các bước chuẩn bị cho q trình kéo được hồn tất, bước kế tiếp là kẹp
mẫu thử trên máy kéo, tiến hành kéo và thu thập số liệu từ phần mềm Bluehill trên máy tính.
*Bước 1: Kẹp chặt mẫu thử trên máy kéo
Ở bước này, đưa mẫu thử lần lượt vào ngàm cố định và ngàm di động của máy kéo. Kẹp chi tiết bằng cơ cấu kẹp chặt của máy. Máy kéo INSTRON 3369 gồm 2 cơ cấu kẹp chặt, thứ nhất là kẹp bằng khí nén và cơ cáu kẹp thứ hai là kẹp bằng đai ốc. Chính vì mẫu thử có kích thước nhỏ, khơng phù hợp cho việc kẹp bằng khí nén nên chọn kẹp mẫu thử bằng đai ốc.
38 *Bước 2: Reset lại lực hiển thị trên màn hình về 0, để kết quả thu được là chính xác.
*Bước 3: Nhấn nút START trên phần mềm để tiến hành kéo mẫu. Mẫu được kéo
đến khi đứt và nhấn nút STOP để dừng quá trình kéo.
*Bước 4: Kết quả được hiển thị trên màn hình, ghi lại kết quả kéo được.
Hình 4.10 Mẫu thử bị kéo đứt trên máy kéo 4.3. Kết quả thu được sau thí nghiệm
Sau khi quá trình kéo đứt kết thúc, các kết quả thu là vị trí đứt của mẫu thử và
39
Hình 4.10 Mẫu thử sau khi bị kéo đứt
Hình 4.11 Biểu đồ thể hiện lực kéo đứt và độ biến dạng
40 Ghi kết quả thu được vào bản kết quả và tính tốn lực đứt trung bình cho mỗi loại mẫu kéo. Các bản kết quả thu được như sau:
Bảng 4.1 Kết quả lực kéo đứt theo thông số của phương pháp đơn biến
Trong đó: A – Cơng suất Laser (W); B – Tốc độ dịch chuyển các trục (mm/ph); C – Bề dày vỏ (mm); D – Bề dày mỗi lớp in (mm); E – Mật độ in (%) Lần 1, 2, 3 và TBC – Lực kéo mỗi lần thử và trung bình cộng (N)
SST A B C D E LẦN 1 LẦN 2 LẦN 3 TBC 1 2.1 460 1 0.5 50 15.544 14.399 15.789 15.244 2 2.2 16.382 15.856 16.814 16.351 3 2.3 19.265 17.645 16.329 17.746 4 2.4 18.649 18.470 16.993 18.037 5 2.5 20.276 27.296 10.915 23.786 6 2.3 450 1 0.6 45 17.91 16.654 17.843 17.469 7 455 21.699 18.171 17.124 18.998 8 460 20.473 20.844 20.596 20.638 9 465 26.998 24.668 25.83 25.832 10 470 27.762 25.851 25.263 26.292 11 2.3 465 0.5 0.7 50 15.481 15.323 15.825 15.543 12 0.8 16.031 17.296 17.459 16.929 13 1 17.623 17.368 17.528 17.506 14 1.3 18.098 17.64 19.869 18.536 15 1.5 16.329 23.516 19.487 19.777 16 2.4 465 1.5 0.4 50 48.233 45.326 41.865 45.141 17 0.5 32.760 33.745 29.363 31.956 18 0.6 21.942 22.703 22.232 22.292 19 0.7 21.865 22.267 20.158 21.430 20 0.8 17.049 13.064 14.116 14.743 21 2.5 470 1.3 0.6 30 22.384 21.987 23.582 22.651 22 40 19.224 15.646 17.588 17.486 23 45 15.936 16.779 15.906 16.207 24 50 19.275 20.167 19.475 19.639 25 60 22.459 23.410 23.223 23.031
41
Bảng 4.2 Kết quả lực kéo đứt theo thông số của phương pháp Taguchi *
STT A B C D E LẦN 1 LẦN 2 LẦN 3 TBC 1 2.3 460 1 0.6 45 20.473 20.844 20.596 20.638 2 2.3 460 1 0.6 50 25.815 27.809 26.328 26.651 3 2.3 460 1 0.6 60 28.664 27.013 29.352 28.343 4 2.3 465 1.3 0.7 45 15.787 17.833 14.759 16.126 5 2.3 465 1.3 0.7 50 18.098 17.640 19.869 18.536 6 2.3 465 1.3 0.7 60 19.611 19.399 18.426 19.145 7 2.3 470 1.5 0.8 45 7.950 9.142 8.778 8.623 8 2.3 470 1.5 0.8 50 10.956 12.176 10.948 11.360 9 2.3 470 1.5 0.8 60 13.588 13.053 12.371 13.004 10 2.4 460 1.3 0.8 45 11.349 11.992 11.648 11.663 11 2.4 460 1.3 0.8 50 12.829 11.992 12.583 12.468 12 2.4 460 1.3 0.8 60 13.432 13.078 13.583 13.364 13 2.4 465 1.5 0.6 45 21.588 20.979 21.651 21.406 14 2.4 465 1.5 0.6 50 21.942 22.703 22.232 22.292 15 2.4 465 1.5 0.6 60 23.182 22.527 25.215 23.641 16 2.4 470 1 0.7 45 21.066 21.847 22.51 21.808 17 2.4 470 1 0.7 50 24.141 22.54 20.92 22.534 18 2.4 470 1 0.7 60 24.087 24.429 23.501 24.006 19 2.5 460 1.5 0.7 45 18.554 19.031 18.622 18.736 20 2.5 460 1.5 0.7 50 18.828 19.174 20.05 19.351 21 2.5 460 1.5 0.7 60 21.432 22.071 21.668 21.724 22 2.5 465 1 0.8 45 14.641 15.648 15.529 15.273 23 2.5 465 1 0.8 50 16.866 16.454 17.032 16.784 24 2.5 465 1 0.8 60 19.055 16.728 16.305 17.363 25 2.5 470 1.3 0.6 45 15.936 16.779 15.906 16.207 26 2.5 470 1.3 0.6 50 19.275 20.167 19.475 19.639 27 2.5 470 1.3 0.6 60 22.459 23.410 23.223 23.031
42
4.4. Sự ảnh hưởng của độ bền kéo khi thay đổi các thông số in 3D
Các số liệu thu thập được cần được đối chiếu, so sánh để đưa ra nhận xét cho sự ảnh hưởng của thông số in 3D đến độ bền kéo của mẫu thử được chế tạo bằng công nghệ in 3D Laser bột. Trong phần này các số liệu được sử dụng lấy từ Bảng
4.1.
4.4.1 Ảnh hưởng của công suất Laser đến độ bền kéo của mẫu
Thông số công suất của đầu Laser được thay đổi từ 2,1W đến thơng số cịn lại
được giữ nguyên như nhau trong 5 loại mẫu: Tốc độ dịch chuyển của các trục (Feed)
là 460; bề dày vỏ (Shell) là 1; bề dày mỗi lớp in (Layer height) là 0,5; mật độ in
(Infill density) là 50%. Kết quả thu được của lực kéo đứt như sau:
Bảng 4.3 Ảnh hưởng của thông số Công suất đến độ bền kéo của mẫu
* Các ký hiệu và đơn vị như bảng 4.1
Dựa trên kết quả thu được, vẽ biểu đồ:
Hình 4.12 Biểu đồ ảnh hưởng của cơng suất đến độ bền kéo của mẫu
15.244 16.351 17.746 18.073 23.786 0.000 5.000 10.000 15.000 20.000 25.000 2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 L ực (N) Công suất (W)
Ảnh hưởng công suất đến lực kéo
SST A B C D E LẦN 1 LẦN 2 LẦN 3 TBC 1 2.1 460 1 0.5 50 15.544 14.399 15.789 15.244 2 2.2 16.382 15.856 16.814 16.351 3 2.3 19.265 17.645 16.329 17.746 4 2.4 18.649 18.47 16.993 18.037 5 2.5 20.276 27.296 10.915 23.786
43 Từ “Biểu đồ ảnh hưởng của công suất đến độ bền kéo của mẫu” rút ra được
nhận xét rằng:
▪ Một cách khái quát, khi tăng cơng suất từ 2,1W lên 2,5W thì lực kéo đứt của mẫu thử cũng tăng theo từ 15,244N lên 23,786N hay khi tăng cơng suất thì lực kéo
đứt cũng tăng. Lực kéo đứt tăng đều không bị giảm.
▪ Tăng công suất từ 2,1W lên 2,2W, thì lực kéo đứt tăng từ 15,244N lên
16,351N (tăng 7,3%)
▪ Tăng công suất từ 2,2W lên 2,3W, thì lực kéo đứt tăng từ 16,351N lên 17,797N (tăng 8,8%)
▪ Tăng công suất từ 2,3W lên 2,4W, thì lực kéo đứt tăng từ 17,797N lên 18,073N (tăng 1,6%)
▪ Tăng công suất từ 2,4W lên 2,5W, thì lực kéo đứt tăng từ 18,073N lên 23,786N (tăng 31,6%)
▪ Công suất ảnh hưởng đến độ bền kéo của mẫu theo tỉ lệ thuận, tăng công suất của Laser trong quá trình in sẽ giúp tạo mẫu có độ bền hơn vì cơng suất lớn sẽ làm cho bột kết dính, liên kết hơn với nhau từ đó độ bền cũng tăng lên. Chính vì thế khi các thông số được giữ nguyên, muốn tăng độ bền cho mẫu thì tăng cơng suất của đầu Laser.
44
4.4.2. Ảnh hưởng của tốc độ dịch chuyển của laser đến độ bền kéo của mẫu Thông số tốc độ dịch chuyển của các trục được thay đổi từ 450 mm/ph đến 470 Thông số tốc độ dịch chuyển của các trục được thay đổi từ 450 mm/ph đến 470
mm/ph, thơng số cịn lại được giữ ngun như nhau trong 5 loại mẫu: công suât của laser là 2,3W; bề dày vỏ (Shell) là 1; bề dày mỗi lớp in (Layer height) là 0,6; mật độ in (Infill density) là 45%. Kết quả thu được của lực kéo đứt như sau:
Bảng 4.4 Ảnh hưởng của tốc độ dịch chuyển các trục đến độ bền kéo của mẫu*
* Các ký hiệu và đơn vị như bảng 4.1
Dựa trên kết quả thu được, vẽ biểu đồ:
Hình 4.13 Biểu đồ ảnh hưởng của tốc độ dịch chuyển đến độ bền kéo của mẫu
Từ “Biểu đồ ảnh hưởng của tốc độ dịch chuyển đến độ bền kéo của mẫu” rút ra
được nhận xét rằng:
▪ Một cách khái quát, khi tăng tốc độ dịch chuyển từ 450 mm/ph lên 470 mm/ph thì lực kéo đứt của mẫu thử sẽ giảm theo từ 19,649N lên 11,292N hay khi tăng tốc
độ dịch chuyển thì độ bền kéo của mẫu sẽ giảm.
19.649 17.665 16.304 14.833 11.292 0.000 5.000 10.000 15.000 20.000 25.000 450 455 460 465 470 L ực (N)
Tốc độ dịch chuyển (mm/ph) Ảnh hưởng tốc độ dịch chuyển đến lực kéo
SST A B C D E LẦN 1 LẦN 2 LẦN 3 TBC 6 2.3 450 1 0.6 45 19.91 19.654 18.843 19.469 7 455 17.699 18.171 17.124 17.665 8A 460 16.473 15.844 16.596 16.304 9 465 14.998 14.668 14.83 14.833 10 470 11.762 10.851 11.263 11.292
45 ▪ Tăng tốc độ dịch chuyển từ 450 mm/ph lên 455 mm/ph, thì lực kéo đứt giảm từ 19,649N xuống 17,655N (giảm 10,1%)
▪ Tăng tốc độ dịch chuyển từ 455 mm/ph lên 460 mm/ph, thì lực kéo đứt giảm từ 17,655N xuống 16,304N (giảm 7,7%)
▪ Tăng tốc độ dịch chuyển từ 460 mm/ph lên 465 mm/ph, thì lực kéo đứt giảm từ 16,304N xuống 14,833N (giảm 9%)
▪ Tăng tốc độ dịch chuyển từ 465 mm/ph lên 470 mm/ph, thì lực kéo đứt giảm từ 14,833N xuống 11,292N (giảm 23,9%)
▪ Tốc độ dịch chuyển ảnh hưởng đến độ bền kéo của mẫu theo tỉ lệ nghịch,
46
4.4.3. Ảnh hưởng của bề dày vỏ mẫu đến độ bền kéo của mẫu
Hình 4.14 Bề dày vỏ
Thông số bề dày vỏ mẫu được thay đổi từ 0,5mm đến 1,5 mm, các thơng số cịn lại được giữ nguyên như nhau trong 5 loại mẫu: công suât của laser là 2,3W; tốc độ dịch chuyển là 465 mm/ph; bề dày mỗi lớp in (Layer height) là 0,7; mật độ in (Infill density) là 50%. Kết quả thu được của lực kéo đứt như sau:
Bảng 4.5 Ảnh hưởng của bề dày vỏ mẫu đến độ bền kéo của mẫu*
* Các ký hiệu và đơn vị như bảng 4.1
SST A B C D E LẦN 1 LẦN 2 LẦN 3 TBC 11 2.3 465 0.5 0.7 50 15.481 15.323 15.825 15.543 12 0.8 16.031 17.296 17.459 16.929 13 1 17.623 17.368 17.528 17.506 14 1.3 18.098 17.64 19.869 18.536 15 1.5 16.329 23.516 19.487 19.777
47 Dựa trên kết quả thu được, vẽ biểu đồ:
Hình 4.14 Biểu đồ ảnh hưởng của bề dày vỏ đến độ bền kéo của mẫu
Từ “Biểu đồ ảnh hưởng của bề dày vỏ đến độ bền kéo của mẫu” rút ra được
nhận xét rằng:
▪ Một cách khái quát, khi tăng bề dày vỏ từ 0,5 mm lên 1,5 mm thì lực kéo đứt của mẫu thử cũng tăng theo từ 15,543N lên 19,777N hay khi tăng bề dày vỏ thì lực kéo đứt cũng tăng. Lực kéo đứt tăng đều không bị giảm.
▪ Tăng bề dày vỏ từ 0,5mm lên 0,8mm, thì lực kéo đứt tăng từ 15,543N lên
16,929N (tăng 8,7%)
▪ Tăng bề dày vỏ từ 0,8mm lên 1mm, thì lực kéo đứt tăng từ 16,929N lên
17,506N (tăng 3,4%)
▪ Tăng bề dày vỏ từ 1mm lên 1,3mm, thì lực kéo đứt tăng từ 17,506N lên
18,536N (tăng 5,9%)
▪ Tăng bề dày vỏ từ 1,3mm lên 1,5mm, thì lực kéo đứt tăng 18,536N từ lên
19,777N (tăng 6,7%)
▪Bề dày vỏ ảnh hưởng đến độ bền kéo của mẫu theo tỉ lệ thuận, tăng bề dày
của vỏ sẽ giúp tạo mẫu có độ bền cao hơn. Sự chênh lệch độ bền giữa các mẫu
không cao. 15.543 16.929 17.506 18.536 19.777 0.000 5.000 10.000 15.000 20.000 25.000 0.5 0.8 1 1.3 1.5 L ực (N) Bề dày vỏ (mm) Ảnh hưởng độ dày vỏ đến lực kéo
48
4.4.4. Ảnh hưởng của bề dày mỗi lớp in đến độ bền kéo của mẫu
Hình 4.15 Sự thay đổi Layer trong in 3D
Thông số bề dày mỗi lớp in của mẫu được thay đổi từ 0,4mm đến 0,8mm, các
thơng số cịn lại được giữ ngun như nhau trong 5 loại mẫu: công suất của laser là 2,4W; tốc độ dịch chuyển là 465 mm/ph; bề dày của vỏ là 1,5mm; mật độ in là 50%. Kết quả thu được của lực kéo đứt như sau:
Bảng 4.6 Ảnh hưởng của bề dày mỗi lớp in đến độ bền kéo của mẫu*
* Các ký hiệu và đơn vị như bảng 4.1
SST A B C D E LẦN 1 LẦN 2 LẦN 3 TBC 16 2.4 465 1.5 0.4 50 48.233 45.326 41.865 45.141 17 0.5 32.760 33.745 29.363 31.956 18 0.6 21.942 22.703 22.232 22.292 19 0.7 21.865 22.267 20.158 21.430 20 0.8 17.049 13.064 14.116 14.743
49 Dựa trên kết quả thu được, vẽ biểu đồ:
Hình 4.16 Biểu đồ ảnh hưởng của bề dày mỗi lớp in đến độ bền kéo của mẫu Từ “Biểu đồ ảnh hưởng của bề dày mỗi lớp in đến độ bền kéo của mẫu” rút ra
được nhận xét rằng:
▪ Một cách khái quát, khi tăng bề dày mỗi lớp in từ 0,4 mm lên 0,8 mm thì lực kéo đứt của mẫu thử giảm một cách rõ rệt từ 45,141N xuống 14,743N hay khi tăng bề dày mỗi lớp in thì độ bền kéo của mẫu bị giảm.
▪ Tăng bề dày lớp in từ 0,4mm lên 0,5mm, thì lực kéo đứt tăng từ 45,141N
xuống 31,956N (giảm 29,2%)
▪ Tăng bề dày lớp in từ 0,5mm lên 0,6mm, thì lực kéo đứt tăng từ 31,956N
xuống 22,292N (giảm 30,2%)
▪ Tăng bề dày lớp in từ 0,6mm lên 0,7mm, thì lực kéo đứt tăng từ 22,292N lên 21,430N (giảm 3,9%)
▪ Tăng bề dày lớp in từ 0,7mm lên 0,8mm, thì lực kéo đứt tăng 21,430N từ lên 14,743N (giảm 31,2%)
▪ Bề dày mỗi lớp in ảnh hưởng đến độ bền kéo của mẫu theo tỉ lệ nghịch, tăng bề dày của của mỗi lớp in sẽ làm giảm độ bề của mẫu một cách đáng kể. Chính vì thế muốn cho mẫu có độ bề càng cao thì phải chọn bề dày mỗi lớp in càng cao,
nhưng đồng thời cũng làm tăng thời gian in. Mức độ ảnh hưởng của bề dày mỗi
lớp in lên độ bền kéo của sản phẩm là rất đáng kể. 45.141 31.956 22.292 21.430 14.743 0.000 10.000 20.000 30.000 40.000 50.000 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 Lự c (N) Bề dày mỗi lớp in (mm) Ảnh hưởng bề dày lớp in đến lực kéo
50
4.4.5. Ảnh hưởng của mật độ điền đầy đến độ bền kéo của mẫu
Hình 4.17 Sự thay đổi mật độ in trong in 3D
Thông số mật độ in của mẫu được thay đổi từ 30% đến 60%, các thơng số cịn lại được giữ ngun như nhau trong 5 loại mẫu: công suất của laser là 2,5W; tốc độ dịch chuyển là 470 mm/ph; bề dày của vỏ là 1,3mm; bề dày mỗi lớp in là 0,6mm. Kết quả thu được của lực kéo đứt như sau:
Bảng 4.7 Ảnh hưởng của bề dày mỗi lớp in đến độ bền kéo của mẫu*
* Các ký hiệu và đơn vị như bảng 4.1
SST A B C D E LẦN 1 LẦN 2 LẦN 3 TBC