54 Hình 5.32 Vị trí kết nối Driver
Cơng tắc hành trình
Cơng tắc hành trình là thiết bị phản hồi nhằm giới hạn hành trình chuyển động của máy. Board MKS Gen VL1.0 hỗ trợ tối đa 6 chân cắm cơng tắc hành trình, một vị trí min và một vị trí max cho mỗi trục.
Đặc điểm của cơng tắc hành trình là nó là các tiếp điểm của nó có thể đóng hay mở khi các bộ phận di động của máy thực hiện một hành trình di động nhất định. Nếu cơng tắc hành trình dùng để chuyển đổi mạch ở cuối hành trình thì ta gọi là cơng tắc cuối hành trình. Tùy theo kết cấu cơng tắc hành trình có thể chia thành các loại: kiểu nhấn, kiểu đòn, kiểu quay, …. Trong đồ án này, sử dụng công tắc hành trình kiểu nhấn.
Cơng tắc hành trình ln có 3 chân chân COM, chân NC, chân NO. Do đó cũng tương tự có 2 kiểu đấu dây cơng tắc hành trình là đấu kiểu NO và đấu kiểu NC.
Đối với kiểu NC: nối chân S trên board RAMPS với chân NC, nối chân (-) trên board mạch với chân C.
Đối với kiểu NO: nối chân S trên board RAMPS với chân NO, nối chân (-) trên board mạch với chân C.
Chân Jumper
Chân cắm driver
55 Hình 5.33 Vị trí cắm cơng tắc hành trình
Màn hình LCD
Màn hình LCD có chức năng hiển thị tọa độ, các thông số và trực tiếp in ấn mà không cần phải thơng qua kết nối với máy tính. Ở đây ta dùng module LCD 2004.
Hình 5.34 Màn hình LCD Hình 5.35 Vị trí kết nối LCD
Cảm biến nhiệt
Cảm biến nhiệt cho phép ta biết được giá trị nhiệt độ của đều phun nhựa, bàn nhiệt (nếu có), từ đó quản lý và điểu khiển được giá trị nhiệt độ này trước cũng như trong quá trình in.
Chân cắm công tắc H hành
trình
56
Điện trở gia nhiệt Có tác dụng đốt nóng gia nhiệt cho cục nóng giúp cho
nhựa nóng chảy
Hình 5.36 Vi trí kết nối cảm biến nhiệt và điện trở gia nhiệt
5.7 Thiết lập thông số phần cứng
Để máy hoạt động cần phải có vi điều khiển để điều khiển hoạt động của máy, để vi điều khiển có thể điều khiển chính xác các thiết bị phần cứng trong máy cần phải có firmware phù hợp với các thơng số phù hợp tương thích với phần cứng của máy. Đối với mơ hình máy in 3D, sử dụng firmware Marlin là firmware phổ biến nhất dễ dàng tùy biến các thông số để phù hợp với các cấu hình phần cứng của các loại máy in 3D khác nhau. Các thông số cần thiết lập cho firmware bao gồm: Thiết lập thông số board mạch, cảm biến nhiệt, các thông số cho động cơ bước, bộ đùn nhựa, đầu dị (nếu có), thơng số bộ PID điều khiển tốc độ động cơ, ....
Thiết lập thông số Baudrate: Để việc truyền và nhận giữ liệu được đồng bộ thì giữa vi điều khiển và phần mềm giao tiếp phải cùng một thông số baudrate. Baudrate là thông số chỉ số bit truyền trong 1s. Để thiết lập thơng số baudrate, thay đổi chỉ số của dịng lệnh thành thông số baudrate cần thiết lập. Một số thông số có thể sử dụng như 9600, 11250, 25000, …
Thiết lập thơng số về board mạch: Có nhiều board mạch có thể sử dụng để điều khiển máy in 3D như RAMPS, MELZI, … mỗi board mạch sẽ có thơng số thiết lập
Cắm dây quạt tản nhiệt
Chân cấp nguồn Chân cắm điện trở gia nhiệt Chân cắm cảm biến nhiệt
57 khác nhau để tương thích với firmware. Thiết lập thơng số board mạch trong dòng lệnh dưới :
Thiết lập số lượng đầu phun: Thay đổi số lượng đầu phun trong dòng lệnh sau
Thiết lập giá trị cảm biến nhiệt: tương tự như thiết lập thơng số board mạch thì mỗi loại cảm biến nhiệt có 1 giá trị khác nhau, firmware marlin hỗ trợ tối đa 3 cảm biến nhiệt cho đầu phun nhựa và 1 cảm biến nhiệt cho bàn nhiệt.
Thiết lập tọa độ di chuyển cho máy: để máy motor quay đúng chiều theo hệ tọa độ thì ta cần phải thiết lập thơng số trong firmware. Dùng phương pháp thử sai để thiết lập các thông số này. Cho các trục tọa độ di chuyển theo một phương nhất định, nếu trục tọa độ di chuyển ngược hướng thì thay đổi câu lệnh từ True thành False hoặc ngược lại. Thiết lập tọa độ máy trong các câu lệnh ở dưới.
Thay đổi hướng về home của 3 trục tọa độ: Trước khi máy bắt đầu in thì các trục tọa độ phải về gốc tọa độ để gia nhiệt cho đầu phun, bàn nhiệt, … Để các trục di chuyển về gốc tọa độ phù hợp ta cần thiết lập hướng di chuyển cho các trục. Phương pháp thiết lập tương tự như thiết lập tọa độ di chuyển cho máy, nếu hướng về home khơng mong muốn thì đổi giá trị từ -1 thành 1 hoặc ngược lại. Các thông số được thiết lập trong các câu lệnh sau:
58 Thiết lập không gian làm việc cho máy: Cần phải giới hạn không gian làm việc của máy theo như phần cứng đã thiết kế là lắp đặt. Các thiết lập về không gian làm việc của máy được thay đổi ở những câu lệnh dưới đây:
Thiết lập tốc độ về home: Thông số thiết lập tốc độ khi đưa các trục về gốc tọa độ, thay đổi các thông số trong câu lệnh:
Thiết lập các thông số về tốc độ tối đa và gia tốc tối đa của các trục trong các câu lệnhsau:
Thiết lập module LCD: Nếu sử dụng LCD để giao tiếp điều khiển máy in ta thay đổi thiết lập trong firmware bằng cách thêm dòng lệnh sau trong firmware:
Thiết lập thông số step/mm: Đây là thông số quan trọng nhất khi điều khiển, nó xác định giá trị số vịng quay cần thiết của động cơ để vít me hoặc đai dịch chuyển được 1mm. Để thiết lập các thông số này cần thực hiện qua 2 bước:
59 _ Bước 2: Tinh chỉnh lại các thông số.
Tính tốn sơ bộ các giá trị: Tùy thuộc vào bộ truyền và cách điều khiển động cơ mà các thông số này khác nhau.
Bộ truyền vít me – đai ốc
Trong đó:
_ E là bước vít me, ở đây sử dụng vít me bước 8mm do đó E = 8 mm.
_ B là vi bước của driver, ở dây ta điều khiển động cơ bước với chế độ điều khiển vi bước, B = 1/16.
_ A là góc bước nhỏ nhất của động cơ, ở đây A = 1.80. Do đó 𝑆 =360×16
1.8×8 = 400
Đối với bộ tời nhựa
Trong đó:
_ E là tỷ số đường kính của cặp bánh răng dẫn động, ở dây không dùng cặp bánh răng dẫn động nên E = 1.
_ G là đường kính pulley tời nhựa.
Do đó 𝑆 =360×1×16
𝜋×1.8.12 = 85
Để tinh chỉnh lại các thông số trên ta thực hiện nhưa sau:
_ Đối với bộ tời nhựa, ta cho bộ tời nhựa di chuyển thủ công một đoạn 30mm, sau đó dùng thước kẹp đo lại khoảng dịch chuyển thực tế của sợi nhựa, giá trị thực của thơng số step/mm được tính như sau:
Trong đó:
_ Stt là giá trị step/mm thực tế. _ Slt là giá trị step/mm trên tính tốn.
60 _ I là khoảng dịch chuyển thực tế.
Đối với các trục X, Y, Z ta in thử mẫu in dạng hơp có kích thước 30x30x10 mm, sau đó đo lại các kích thước và thực hiện tính tốn lại các thơng số như công thức ở trên.
Lặp lại các bước canh chĩnh trên nhiều lần để có thể đạt giá trị chính xác nhất. Sau khi có các giá trị cần thiết, thiết lập lại các thơng số trong các dịng lệnh sau:
#define DEFAULT_AXIS_STEPS_PER_UNIT {400,400,400,80}.
5.8 Phần mềm CAM
Phần mềm CAM là phần mềm có nhiệm vụ cắt lớp mẫu 3D sau đó tạo đường chạy nhựa sau đó xuất ra dưới dạng file Gcode. Có nhiều phần mềm CAM được sử dụng với máy in 3D, trong đề tài nhóm sử dụng phần mềm CURA là phần mềm được sử dụng tương đối nhiều. CURA có khá nhiều thơng số thiết lập cùng với nhiều đường chạy nhựa từ đó có thể tối ưu được chất lượng mẫu in.
Hình 5.37 Giao diện phần mềm Cura
Các thông số cơ bản khi thiết lập chế độ in bao gồm:
_ Machine setting: Cấu trúc bàn máy, định dạng Gcode.
61 _ Advanced setting: Các thơng số support cho q trình in.
Để đạt chất lượng in tốt nhất cần thiết lập các thông số in phù hợp tương thích với phần cứng của máy. Các thơng số có ảnh hướng lớn đến chất lượng mẫu in như tốc độ in bao gồm tốc độ in lớp thành, tốc độ in lớp phía trong, tốc độ chạy không, chiều dày của một lớp in, nhiệt độ gia nhiệt sợi nhựa, nhiệt độ in, …. Thiết lập càng nhiều thơng số thì giúp cho q trình in được kiểm sốt một cách tối đa và thuận lợi cho q trình in hơn và có thể tạo điều kiện giúp cải thiện chất lượng mẫu in tốt hơn.
Basic setting
Hình 5.38 Thơng số in basic
_ Layer height (mm): Bước lên theo trục z của lớp nhựa. Min: 0.1 mm.
_ Shell thickness (mm): Độ dày của lớp vỏ, là bội số của 0.4 mm (do đầu nhiệt có đường kính 0.4 mm).
_ Enable retraction: Cho phép retract. Retract là kỹ thuật ngắt vật liệu in để đầu phun (nhựa) in khi kết thúc một vị trí in và sang vị trí in mới. Nhấn vào để hiện cửa sổ thiết lập thông số Retract.
62 _ Minimum travel (mm): Hành trình nhỏ nhất để retract.
_ Combing type: None/All/No skin. Chọn All.
_ Minimal extrusion before retracting (mm): Chiều dài vật liệu tối thiểu được rút lên khi retract. Đặt 0.02 mm.
_ Z hop when retracting (mm): Khoảng nâng đầu phun khi retract. Đặt bằng 0.
Hình 5.39 Thơng số retraction
_ Bottom/Top thickness (mm): Độ dày của lớp ngoài cùng bên dưới và trên, là bội số của layer height. Khác với Shell thickness.
_ Fill density (%): Phần trăm điền đầy lớp ruột của khối vật cần in. 0% - rỗng hoàn toàn; 100% - đặc hoàn toàn.
_ Perimeter before infill: Tạo đường bao trước khi chạy fill.
_ Print speed (mm/s): Tốc độ in. Tốc độ này có thể thay đổi trên máy trong quá trình in. Giá trị thích hợp là từ 40 đến 65. Printing temperature (°𝐶): Nhiệt độ nung vật liệu in. Thông số này tùy thuộc vào loại nhựa. Đối với nhựa PLA thường dùng, nhiệt độ phù hợp là 192°𝐶.
63 _ Support type: Phần nhựa hỗ trợ chống đỡ cho các chi tiết nằm khoảng khơng. _ Có 2 loại line (đường) và grid (lưới)
Hình 5.40 Thơng số Support _ Overhang angle for support (deg): Góc của phần support _ Overhang angle for support (deg): Góc của phần support _ Fill amount (%): Độ đặc của lớp support, tương tự như fill.
_ Distance X/Y (mm): Khoảng cách tối thiểu giữa 2 đường line support trong mặt phẳng Oxy.
_ Distance Z (mm): Khoảng cách tối thiểu giữa 2 lớp support theo trục Z.
_ Platform adhesion type: Kiểu đường bao gắn kết với vật in, là lớp hỗ trợ ban đầu định vị lớp vật in đầu tiên vào bàn in. Thông thường chọn Brim.
Hình 5.41 Thơng số kiểu chạy nhựa
_ Brim: Chỉ tạo các đường offset với biên dạng của phần đáy vật in. Thông thường chọn từ 6 đến 10 lớp.
_ Raft: Tạo 1 lớp hỗ trợ toàn bộ mặt đáy.
64 _ Diameter (mm): Đường kính loại nhựa sử dụng in. Xem thơng số trên cuộn nhựa. Nhựa PLA thường dùng là 1,75 mm.
_ Flow (%): để 100% để đạt chất lượng in tốt nhất.
Advanced setting
Hình 5.42 Thơng số in Advanced _ Nozzle size (mm): Đường kính đầu đùn nhựa. Nhập 0.4 _ Nozzle size (mm): Đường kính đầu đùn nhựa. Nhập 0.4
_ Retraction: Speed (mm/s) - tốc độ retract. Đặt 45. Distance (mm) – khoảng rút nhựa khi retract. Đặt 5.
_ Initial layer thickness (mm): Độ dày lớp vật liệu in đầu tiên (lớp brim hoặc raft): đặt 0.2 hoặc 0.3.
65 _ Initial layer line width (%): Bề rộng lớp vật liệu in đầu tiên, đặt 100%.
_ Cut off…: Đặt 0.
_ Dual extrusion overlap (mm): Bề rộng lớp vật liệu in chồng lên nhau. Đặt 0.15 _ Travel speed: Tốc độ giới hạn trên khi in. Đặt 100 đối với nhựa PLA.
_ Bottom layer speed: Tốc độ in lớp phía dưới. Đặt 20 đến 30. Càng nhỏ in càng đẹp.
_ Infill speed: Tốc độ fill, không cần đẹp, đặt 45 đến 55.
_ Top/bottom speed: Tốc độ in các lớp phía dưới và trên, đặt 35 đến 45. _ Outer shell speed: Tốc độ in lớp vật liệu phía ngồi: cần đẹp, đặt 20 đến 30. _ Inner shell speed: Tốc độ in lớp vật liệu phía trong: tùy nhu cầu chất lượng bề mặt, đặt 20 đến 50.
_ Cool: Minimal layer time (sec) – thời gian delay giữa 2 lớp in, đặt 5 đến 10 s. Chọn enable cooling fan để bật quạt làm nguội nhanh vật liệu in.
Machine setting
66
CHƯƠNG 6. KẾT LUẬN-ĐỀ NGHỊ
6.1 Kết luận
Sau quá trình nghiên cứu, tính tốn và thiết kế, nhóm đã chế tạo thành cơng mơ hình máy in 3D và tạo được mơ hình khớp cổ chân, với dung sai chi tiết hiện tại dao động từ 0,03 ~ 0,05 mm. Vật liệu được sử dụng trong quá trình in là nhựa PLA.
Thông số kỹ thuật:
Thơng số Giá trị
Kích thước máy 500x500x500 mm
Không gian làm việc 260x200x200 mm
Không gian in tối ưu 250x180X180 mm
Tốc độ in tối đa 65 mm/s
Tốc độ in tối ưu 40 ~ 60 mm/s
Nguồn điện 220V
Bảng 6.1 Thông số kỹ thuật của máy in
Thơng số Giá trị
Kích thước chi tiết chuẩn 220x52x55 mm Kích thước chi tiết sau khi in thử
nghiệm
220.3x52.3x55.3 mm
Bảng 6.2 Thông số chi tiết in
6.2 Quy trình lắp ráp máy in _ Bước 1: Lắp ráp khung máy.
67 Hình 6.1 Khung máy
_ Bước 2: Lắp ráp trục Y và bàn in.
68 _ Bước 3: Lắp ráp trục Z.
Hình 6.3 Lắp ráp trục Z _ Bước 4: Lắp ráp trục X và đầu phun.
69
Mơ hình bản vẽ
Hình 6.5 Mơ hình bản vẽ
Mơ hình thực tế máy in
70
Sản phẩm khớp cổ chân in được
Hình 6.7 Sản phẩm khớp cổ chân in được
6.3 Quy trình vận hành máy
Quy trình vận hành máy thể hiện qua sơ đồ khối:
71 Để xuất file mơ hình dưới dạng STL sang file Gcode ta vào phần mêm cura nhấn Load file, rồi nhập các thông số bàn in, thông số chi tiết in và thơng số in. Sau đó chúng ta nhấn Save file rồi lưu vào thẻ nhớ và cắm vào Module điều khiển LCD.
Hình 6.9 Các thơng số in
Để điều khiển máy in ta sử dụng module LCD để điều khiển
_ Sử dụng nút xoay phía trước LCD để lựa chọn các chức năng sử dụng. _ Một số chức năng có thể sử dụng trên LCD gồm:
_ Di chuyển các trục X, Y, Z, E với các bước dịch chuyển 0,1mm, 1mm, 10mm.
Ta nhấn vào lệnh Prepare Move axit. Màn hình sẽ hiện lên như sau:
72 _ Gia nhiệt cho đầu phun.
Ta nhấn vào lệnh Prepare Preheat PLA (hoặc Preheat ABS). Màn hình sẽ hiện như sau:
Hình 6.11 Gia nhiệt đầu phun _ Autohome các trục. _ Autohome các trục.
Ta nhấn vào lệnh Prepare Autohome
Hình 6.12 Điều khiển các trục về home _ Thiết lập các thông số như tốc độ in, nhiệt độ gia nhiệt, …. Ta nhấn vào lệnh Control Temperature Nozzle để gia nhiệt
Hình 6.13 Gia nhiệt thủ cơng
73 Ta nhấn vào lệnh Control Montion để thiết lập tốc in in
Hình 6.14 Thiết lập tốc độ in
Sơ đồ thư mục Module LCD
74
6.4 Các lỗi và cách khắc phục khi in
Đầu đùn – vòi đùn bị tắc
Hình 6.16 Đầu đùn bị tắc
_ Giải pháp 1: Rút sợi nhựa ra khỏi máy in. Tiếp theo, làm nóng Đầu đùn đến