Máy in sử dụng công nghệ SLS

Nguyên lý in 3D SLS

 Ưu điểm: Công nghệ in3D SLS khơng ngại vật thể có hình dáng phức tạp. Và là công nghệ in 3D màu full color hiệu quả nhất.

 Nhược điểm: Quy trình in SLS tốn kém và cần đầu tư nhiều thiết bị hỗ trợ.  Ứng dụng: Tạo mẫu chi tiết máy, sa bàn, kiến trúc, in 3D tượng người

12

Hình 2.8: Hình ảnh so sánh độ mịn của các cơng nghệ in

Hình 1.9 là hình so sánh thực tế của ba công nghệ in hiện nay. Ta có thể thấy độ

mịn của cơng nghệ resin cho chất lượng của chi tiết tốt nhất, kế đó là SLS với mức độ chi tiết kém hơn với resin tuy nhiên vẫn cao hơn FDM.

2.3. Sơ lược về cáp

Cáp thép có rất nhiều cấu trúc khác nhau, được cấu tạo từ số bó cáp x số sợi cáp. Ta dựa vào cấu tạo của cáp thép mà sẽ biết sợi cáp đó là cáp cứng hay cáp mềm. Cáp thép càng ít sợi cáp thì sợi cáp đó sẽ cứng và càng nhiều sợi thì sẽ càng mềm. Cáp cứng thì có ưu điểm là chịu lực kéo đứt rất cao thường dùng trong cáp neo, cáp căng, cáp dự ứng lực ... và khi cuốn cáp thì tang cuốn phải có đường kính lớn mới có thể cuốn được

Cáp mềm thì có ưu điểm là rất dẻo dễ uốn chỉnh hoặc cuốn vào tang cuốn: Thường sử dụng cho cơ cấu nâng hạ như cần trục tháp, tời kéo, palang …

Để chọn được cáp thép sao cho phù hợp với tải trọng vật cần nâng thì nhà sản xuất sẽ dựa vào chất lượng cáp thép và lực kéo đứt của mỗi loại cáp thép để tính tốn và lựa chọn.

13

Hình 2.9 Thơng số cáp

2.4. Sơ lược về PLC

PLC viết tắt của programmable logic controller, là thiết bị điều khiển lập trình được (khả trình) cho phép thực hiện linh hoạt các thuật tốn điều khiển logic thơng qua một ngơn ngữ lập trình. Người sử dụng có thể lập trình để thực hiện một loạt trình tự các sự kiện. Các sự kiện này được kích hoạt bởi tác nhân kích thích (ngõ vào) tác động vào PLC hoặc qua các hoạt động có trễ như thời gian định thì hay các sự kiện được đếm. PLC dùng để thay thế các mạch relay (rơ le) trong thực tế. PLC hoạt động theo phương thức quét các trạng thái trên đầu ra và đầu vào. Khi có sự thay đổi ở đầu vào thì đầu ra sẽ thay đổi theo. Ngơn ngữ lập trình của PLC có thể là Ladder hay State Logic. Hiện nay có nhiều hãng sản xuất ra PLC như Siemens, Allen-Bradley, Mitsubishi Electric, General Electric, Omron, Honeywell...

14

2.5. Sơ lược về động cơ Servo

Động cơ servo là loại động cơ được sử dụng trong các hệ thống điều khiển chuyển động để cung cấp một lực cơ học cụ thể trong khoảng thời gian nhất định. Để đạt được điều này, ta phải điều khiển vị trí, vận tốc và mơ men của động cơ servo theo yêu cầu cụ thể của ứng dụng.

Để hoạt động chuẩn xác, động cơ servo phải kết hợp với: Bộ điều khiển, bộ điều khiển động cơ (driver), bộ mã hóa xung vịng quay (encoder)– tạo phản hồi cho hoạt động của động cơ.

+ Bộ điều khiển – Thông thường là PLC hoặc bộ điều khiển chuyển động chuyên dụng sẽ chạy chương trình điều khiển để thực hiện đúng theo yêu cầu kỹ thuật của ứng dụng.

+ Bộ điều khiển động cơ – Thiết bị điện tử có chức năng cung cấp nguồn cho động cơ servo đúng lượng, đúng thời điểm để điều khiển vị trí, tốc độ và mô men tương ứng với các đầu vào từ bộ điều khiển chuyển động, phản hồi từ bộ mã hóa xung vịng quay và từ bản thân động cơ servo.

+ Bộ mã hóa xung vịng quay – tạo phản hồi cho hoạt động của động cơ.

2.6. Sơ lược về vật liệu

Vật liệu xây dựng là bất kỳ vật liệu được sử dụng cho mục đích xây dựng. Nhiều chất hiện diện trong tự nhiên, chẳng hạn như đất sét, đá, cát, và gỗ đã được sử dụng để xây dựng các tịa nhà. Ngồi các vật liệu tự nhiên, nhiều sản phẩm nhân tạo được sử dụng, một số tổng hợp ít hoặc nhiều ví dụ như xi măng hoặc các vật liệu composite. Trong thực tế xi măng được sử dụng rộng rãi để làm vật liệu xây dựng do tính ưu việt của nó cũng như là khả năng chống chịu với thời tiết và các môi trường khắc nghiệt tốt. Tuy nhiên nếu trộn xi măng với cát sỏi đá mà không đúng theo tỉ lệ tiêu chuẩn sẽ dẫn đến tình trạng sau khi hồn thiện cơng trình thường xảy ra một số sự cố ngoài ý muốn như: bị nứt, rị nước, thấm dột … Thậm chí có những cơng trình sau khi xây xong do khơng đảm bảo yêu cầu nên không thể đưa vào sử dụng.

Chất lượng của các cơng trình phụ thuộc một phần lớn vào những ngun vật liệu sử dụng trong quá trình xây dựng. Xi măng khi pha trộn thành các vật liệu như vữa, bê tông là nguồn vật liệu không thể thiếu và quan trọng giúp gắn kết các bức tường nền nhà,

15

gắn kết cơng trình. Chất lượng của cơng trình được đảm bảo hay khơng đều nằm ở chất lượng của bê tông và vữa sau khi pha trộn với tỉ lệ hợp lí.

Tỉ lệ trộn xi măng cát đá = 1 xi măng + 4 cát + 6 đá Với cách trộn vữa thủ cơng thì ta cũng có cơng thức như sau:

Vữa mác 75 kG/cm²: 01 bao xi măng – 10 thùng cát. Vữa mác 100 kG/cm²: 01 bao xi măng – 08 thùng cát.

16

CHƯƠNG 3. THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ KHÍ 3.1. Các phương án thiết kế truyền động cho robot 3.1. Các phương án thiết kế truyền động cho robot

Với mục đích của đề tài là phục vụ cho xây dựng như là: in 3D các kết cấu thô trong xây dựng, vận chuyển vật liệu, thiết bị, … vì vậy yêu đặt ra cho robot là phải đáp ứng được ít nhất 3 bậc tự do. Với u cầu đó thì hiện tại trên thị trường Việt Nam, có những dạng cấu hình robot như: cánh tay robot, cơ cấu CNC 3 trục. Nhằm mở rộng sự lựa chọn trên thị trường nhóm quyết định triển khai nghiên cứu một cấu hình robot dạng song song mới gọi tên là Cable robot. Đó chính là loại robot song song sử dụng cơ cấu mềm (sợi cáp, dây không giãn chịu lực) thay thế các cơ cấu cứng truyền thống. Với loại robot này người sử dụng có thể dễ dàng thay đổi khơng gian hoạt động như thu nhỏ hay mở rộng vùng hoạt động của đầu công tác mà không cần thay thế các kết cấu cơ khí như những robot cơ cấu cứng thường thầy trên thị trường. Đồng thời, robot có thể dễ dàng thay đổi kích thước của đầu cơng tác phục vụ cho nhiều mục đích sử dụng khác nhau.

Theo các báo cáo nghiên cứu khoa học về Cable robot trên thế giới, để robot có thể điều khiển được ba bật tự do và khống chế ba bậc xoay thì phải cần ít nhất 3 dây và với mục đích phục vụ cho xây dựng cần một khoảng khơng lớn ở phía dưới vì vậy cấu hình dây phải mắc tồn bộ ở phía trên sao cho đầu công tác được treo lên cao để thực hiện các nhiệm vụ ở bên dưới.

3.1.1. Phương án 1

Cấu hình 3 dây được treo trên đỉnh trụ bằng rịng rọc xếp thành thành hình tam giác đều như hình 3.1.

17

Với phương án này, nhóm đề xuất sử dụng cấu hình tam giác đều là vì dễ dàng điều khiển và lực sẽ được phân bố đều trên các dây so với cấu hình dạng tam giác khác. Nhưng khi sử dụng cấu hình dạng tác giác này thì khơng gian hoạt động nhỏ khơng phù hợp trong xây dựng.

3.1.2. Phương án 2

Cấu hình dạng 4 dây được treo lên các đỉnh trụ hình vng hay hình chữ nhật như

hình 3.2.

Hình 3.2: Robot sử dụng cấu hình 4 dây

Ở phương án này cũng có cấu hình dây tương tự với phương án thứ nhất tuy nhiên thay vì cấu hình gồm 3 dây thì sẽ thêm 1 dây nữa để tạo thành một tứ gíac và tăng khơng gian hoạt động của robot. Để dễ dàng trong việc điều khiển robot nên chúng tơi quyết định cấu hình là hình vng hoặc hình chữ nhật. Nhưng trong điều khiển thực tế robot không khống chế được 3 bậc tự do xoay.

3.1.3. Phương án 3

Cấu hình 8 dây treo trên rịng rọc tương tự phương án 1 và 2, nhưng ở phương án này các dây treo trên ròng rọc ở đỉnh của 8 cột được đặt thành 4 cặp đặt ở 4 góc của hình chữ nhật hoặc hình vng như hình 3.3. Vị trí mắc dây trên đầu cơng tác được mắc song song theo các cạnh của đầu cơng tác theo từng cặp.

18

Hình 3.3: Robot sử dụng cấu hình 8 dây mắc song song

Ở phương án này khắc phục được nhược điểm của 2 phương án trên và đáp ứng được yêu cầu về số bậc tự do mong muốn của nhóm.

3.1.4. Phương án 4

Ở phương án này cấu hình dây tương tự như phương án 3 nhưng vị trí mắc dây trên đầu cơng tác được thay đổi. Vị trí dây mắc trên đầu cơng tác được mắc theo 2 đỉnh đường chéo của hình hộp theo từng cặp như hình 3.4.

Hình 3.4: Robot sử dụng cấu hình 8 dây mắc chéo

Ở phương án này có ưu điểm hơn phương án 3, ta có thể điều khiển được cả 6 bậc tự do.

19

3.2. Lựa chọn phương án truyền động tối ưu

Từ yêu cầu đặt ra cho robot trong xây dựng là phải đảm bảo được không gian làm việc rộng, thay đổi linh hoạt về cấu hình hoạt động và cũng như về độ chính xác của robot ở mức chấp nhận được.

Đối với phương án thiết kế robot cấu hình 3 dây treo trên đỉnh trụ xếp thành tam giác đều thì phạm vi hoạt động cũng như độ linh hoạt của robot bị hạn chế.

Đối với phương án thiết kế robot dựa vào 4 dây mắc lên đỉnh trụ xếp thành hình vng hoặc hình chữ nhật thì đã giải quyết được u cầu về khơng gian phạm vi hoạt động của robot nhưng về độ chính xác và khả năng thay đổi cấu hình linh hoạt vẫn cịn một số hạn chế.

Theo yêu cầu thiết kế robot của đề tài là ứng dụng vào xây dựng nên yêu cầu về độ chính xác là tương đối, về sự linh hoạt để thích hợp cho việc vận chuyển thiết bị vật tư. Thế nên phương án treo 8 dây được xem là phương án tối ưu hơn so với các phương án khác. Và do nhóm cũng muốn mở rộng nghiên cứu cho đề tài này nên chúng tôi đã quyết định lựa chọn phương án cấu hình 8 dây nhưng trên đầu công tác là mắc chéo dây, điều này tạo ra nhiều bậc tự do hơn và dễ dàng kiểm soát hơn trong điều khiển.

3.3. Lựa chọn phương án truyền động

Với phương án chuyển động cho robot đã được lựa chọn như trên thì ta cần có tám động cơ để tạo chuyển động quay cho các tang cuốn dây.

Việc cho phép truyền động trực tiếp từ động cơ qua tang cuốn dây thì sẽ khơng có được momen phù hợp cho việc chuyển động nên ta cần một bộ hộp giảm tốc phù hợp để làm tăng momen quay cho tang cuốn dây nói riêng cũng như tồn bộ cơ cấu nói chung. Bên cạnh đó việc sử dụng hộp giảm tốc cũng sẽ làm tốc độ của robot bị giảm một phần, nhưng đổi lại việc điều khiển dễ dàng hơn cũng như tránh được một phản lực lớn tác động trực tiếp lên động cơ từ đó đảm bảo được tuổi thọ cho động cơ.

Hộp giảm tốc được sử dụng có sơ đồ nguyên lý của một hệ bánh răng thông thường nên có được tỉ số truyền của cả hộp số là:

2 13 1 ( 1)k z z    (3.1)

20

z z1, 2: là kí hiệu số răng của các bánh răng tương ứng.

Đối với việc tạo chuyển động cho trục xoay thì việc sử dụng động cơ có thể lắp trực tiếp nhưng để đảm bảo cho độ an toàn của động cơ nên ta cần tới một hộp giảm tốc trục vít, bánh vít để có thể không bị lực tác động ngược trở lại động cơ như hình 3.5 ngun lý bộ truyền trục vít.

Hình 3.5: Ngun lý bộ truyền trục vít.

Đối với bộ truyền trục vít thì có ưu điểm về tỉ số truyền lớn:

1 2

2 1

n z

n z

  (3.2)

Với: z1: là số mối ren của trục vít. z2: là số răng ở bánh vít.

n n1, 2: lần lượt là số vòng quay của trục vít, bánh vít. Tạo ra moment lớn, đáp ứng được nhu cầu tải trọng cao

Hộp giảm tốc có trục đầu vào, trục đầu ra vng góc nhau tạo cho người sử dụng dễ dàng tháo lắp động cơ, tiết kiệm được tiết diện lắp ráp

Hộp giảm tốc trục vít bánh vít cịn có 2 cốt ấm và cốt dương, phù hợp với đa số các loại động cơ trên thị trường có sẵn trong đó có thể là động cơ khơng đồng bộ 3 phase hay (động cơ servo hiệu suất không cao).

Hộp giảm tốc được chọn là NMRV 050 (tỉ số truyền 1/30) với các thơng số kích thước như hình bên dưới:

21

Hình 3.6: Thơng số kích thước hộp giảm tốc NMRV050

Hộp giảm tốc NMRV là hộp số dạng trục vít bánh vít lỗ cốt ra của hộp giảm tốc vng góc với lỗ cốt vào, hộp số NMRV có cấu tạo Vỏ bằng hợp kim nhơm, trục vít làm bằng thép siêu bền, bánh vít làm bằng Đồng chất lượng cao, lỗ cốt ra của hộp giảm tốc vng góc với lỗ cốt vào.

Ưu điểm của hộp giảm tốc NMRV là có tính năng tự hãm cao, kích thước gọn, trọng lượng nhẹ, các chân hộp số đều có lỗ bắt ốc để lắp được nhiều các vị trí, các hướng khác nhau.

Phụ kiện của hộp số NMRV sẽ là gồm có: Bích kết nối hoặc tay xách để có thể lắp vào các vị trí khác nhau hoặc treo hộp số lên cao như hình 3.7.

22

Hình 3.7: Hình ảnh của hộp số MNRV050

3.4. Chọn động cơ

3.4.1. Chọn động cơ cho bộ tang cuốn cáp

Để giúp cho mỗi phần của robot cable hoạt động được và ổn định thì cần phải tính tốn lựa chọn động cơ cho phù hợp. Với robot loại cấu trúc nối tiếp thì việc lựa chọn động cơ tương đối đơn giản do nó là hệ vịng hở. Đối với robot song song thì việc lựa chọn động cơ tương đối khó hơn do đây là hệ vịng kín, nên để đơn giản cho việc tìm động cơ đối với robot cấu hình song song Cable thì ta có thể chia bốn phần (mỗi trụ là một phần) của robot thành 4 phần nối tiếp độc lập với nhau, mỗi phần đều có dùng hộp giảm tốc gắn nối tiếp với động cơ. Từ đó việc lựa chọn động cơ dễ dàng hơn như sau:

Hiệu suất truyền động:

𝜂ℎ𝑠 = 𝜂𝑜𝑙2. 𝜂𝑑2 (3.3)

= 0.992 . 0.952 . 0.8 = 0.68

Với hiệu suất ổ lăn : 𝜂𝑜𝑙 = 0,99

Hiệu suất bộ truyền đai : 𝜂𝑑 = 0.95

Hiệu suất hộp giảm tốc: 𝜂= 0.8 Công suất đầu ra cần thiết:

𝑃𝑡 = 𝐹.𝑣

1000=𝑚.10.𝑣

1000 =100.10.0,05

23

Trong đó: m là khối lượng tối đa của đầu công tác. v là vận tốc muốn điều khiển.

Với hiệu là: 𝜂ℎ𝑠 = 0.68

Công suất cần thiết của động cơ là:

𝑃 =𝑃𝑡

𝜂 =0.05

0.68≈ 0.074𝑘𝑊 ≈ 80𝑊 (3.5)

Đối với cấu hình robot song song cần sự chính xác trong cả đoạn đường di chuyển, có thể điều điều khiển theo vị trí, vận tốc trong suất q trình nên nhóm quyết định chọn động cơ servo.

Tùy thuộc vào nhu cầu và mục đích sử dụng của người sử dụng thì servo được chia ra làm 3 loại: RC servo, DC servo, AC servo.

Với mục đích đề tài ban đầu là ứng dụng robot cable trong xây dựng (tương đương với ứng dụng trong cơng nghiệp) nên nhóm đã chọn dịng AC servo để dễ dàng kết nối với các thiết bị công nghiệp, dễ thay thế và sửa chữa khi gặp sự cố.

So sánh với thông số động cơ AC servo của các hãng bán trên thị trường là từ