PHẦN II. BÁO CÁO CHI TIẾT ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC 17 A. GIỚI THIỆU
B. PHƯƠNG PHÁP VÀ VẬT LIỆU
4. Lựa chọn nguyên lý và thiết kế tổng thể thiết bị nhiệt định hình
Các yêu cầu chung khi thiết kế thiết bị ép nhiệt định hình:
Cơ cấu thiết bị đơn giản nhưng đảm bảo đáp ứng đủ các yêu cầu kỹ thuật và tuân theo nguyên lý làm việc của công nghệ ép nhiệt định hình (ở đây, nguyên lý được chọn là tạo hình chân không cơ bản dùng khuôn dương);
Các chi tiết đơn giản và dễ dàng gia công chế tạo;
Các chi tiết để hút sản phẩm phải tuân theo nguyên lý hoạt động của bơm hút áp suất chân không, tức là các chi tiết khi gắn với nhau phải kín;
Sản phẩm tạo ra phải có hình dạng như khuôn đã định sẵn và có chất lượng như mong muốn, thân thiện với môi trường;
Phải chú ý khoảng cách di chuyển của tấm nhựa (chiều cao của khung máy) để tấm nhựa không bị nguội trước khi tiếp xúc với khuôn;
46 Dựa trên lý thuyết về nhiệt định hình phác thảo ý tưởng thiết kế ra bản vẽ, sau đó đánh giá chọn lọc những bộ phận có sẵn trên thị trường. Lấy một chi tiết làm chuẩn để bắt đầu thiết kế các chi tiết khác theo nó, ở đây chi tiết làm chuẩn là Ceramic heater. Từng chi tiết thiết kế phải có ràng buộc chặt chẽ với nhau từ thông số kỹ thuật đến vật liệu gia công. Việc các chi tiết có mối liên kết chặt chẽ như vậy sẽ thuận lợi trong việc lắp ráp hoàn chỉnh máy, dễ tháo lắp sửa chữa khi cần cải tiến hoặc bảo trì khi gặp sự cố.
4.2. Các bước chuẩn bị trước khi thiết kế
Chọn loại nhựa phù hợp cho việc ép tạo hình, ở đây nhóm chọn nhựa PET phù hợp với quy mô và chi phí của đề tài. Chọn nhiệt điện trở gốm dựa trên các thông số đã tính toán, chọn nhiệt điện trở gốm có thông số cao hơn và sai số không nhiều so với tính toán.
Đưa Ceramic heater làm chuẩn vào sau đó thiết kế các chi tiết khác theo nó ta được quá trình thiết kế các chi tiết như sau: Bộ gia nhiệt Bộ điều khiển nhiệt độ Bộ khung Bộ di chuyển Bộ hút chân không Khuôn Tấm kẹp Tấm nhựa PET Sản phẩm . 4.3. Yêu cầu kĩ thuật của từng chi tiết
Yêu cầu kĩ thuật cho từng chi tiết, có liên kết chặt chẽ với nhau.
- Công suất buồng hút:710 – 725 mmHg.
- Kích thước bao của khung ngoài: 350x300x500 (mm).
- Kớch thước khuụn dương: ỉ110x50 (mm).
- Kích thước buồng hút: 335x290x50(mm).
- Tấm cách nhiệt: 370x320x10 (mm).
- Ceramic Heater: 240x60 (mm) 6800C 750W.
- Áp suất bơm chân không: 600-650mmHg.
- Đồng hồ đo nhiệt: 0 -13000C
4.4. Thiết kế các chi tiết trong thiết bị ép nhiệt định hình
Từ các yêu cầu kỹ thuật và chức năng đã phân tích trước đó, ta thiết kế được các chi tiết trong thiết bị ép nhiệt định hình trên phần mềm Solidworks sau:
47 Khung thiết bị
Hình 31. Mô hình khung thiết bị Vật liệu: Thép
Yêu cầu: Đảm bảo độ cứng để đỡ các chi tiết nên chọn thép vuông 4x4 và gia công bằng phương pháp hàn, hình 31.
Chức năng của khung là nâng đỡ các chi tiết và lắp ghép các chi tiết lại với nhau tạo thành thiết bị ép nhiệt.
48 Thanh trượt
Hình 32. Minh họa thanh trượt Số lượng 4.
Kớch thước ỉ8 dài 380mm, hỡnh 32.
Chức năng của thanh trượt là dần hướng cho tấm kẹp nhựa di chuyển trong quá trình ép nhiệt, 4 thanh trượt này sẽ lắp vào 4 lỗ ỉ10 của khung ngoài và được cố định bằng bulụng.
49 Buồng hút chân không
Hình 33. Minh họa buồng hút
Chức năng của buồng hút là tạo áp suất chân không để hút không khí giữa tấm kẹp, khuôn và tấm nhựa ra bên ngoài giúp tạo hình sản phẩm, hình 33.
Vật liệu: Thép hoặc gỗ tùy vào điều kiện gia công của mỗi vật liệu.
Yêu cầu kỹ cầu kỹ thuật: Xung quanh buồng hút không bị hở để khi hút chân không không bị rò rỉ không khí.
Tấm kẹp
Hình 34. Minh họa thanh kẹp Số lượng: 2 tấm.
50 Vật liệu thép.
Chức năng của thanh kẹp: cố định tấm nhựa PET, di chuyển tấm nhựa PET lên xuống trong quá trình làm việc, hình 34.
Khuôn dương
Hình 35. Minh họa khuôn dương
Chức năng của khuôn dương là tạo hình sản phẩm, hình dạng sản phẩm phụ thuộc hoàn toàn vào hình dạng của khuôn, hình 35.
Vật liệu: Thép.
Tấm cách nhiệt
Hình 36. Bản vẽ tấm cách nhiệt
Chức năng: Dùng để gắn bộ phận gia nhiệt và cách nhiệt, bảo vệ các chi tiết và bảo đảm an toàn cho người sử dụng, hình 36.
51 Vật liệu: Tấm fibre chịu nhiệt với nhiệt độ trên 300oC.
Ceramic heater
Hình 37. Minh họa bộ phận gia nhiệt
Chức năng của ceramic heater là gia nhiệt tấm nhựa PET tới nhiệt độ nóng chảy, nhiệt độ của ceramic heater được kiểm soát bởi bộ điều khiển nhiệt độ, hình 37.
Yêu cầu kỹ thuật: Bộ phận gia nhiệt phải đạt nhiệt độ tối thiểu là 300oC.
4.5. Mô hình 3D thiết bị ép nhiệt định hình
Hình 38. Thiết bị ép nhiệt định hình hoàn chỉnh
Sau khi thiết kế các chi tiết và lắp ghép lại với nhau, ta được mô hình 3D của thiết bị ép nhiệt định hình, hình 38.
52 Hình 39. Mô hình thiết bị ép nhiệt với bơm chân không
Mô tả quá trình hoạt động của thiết bị ép nhiệt định hình, hình 39:
Đặt tấm nhựa PET vào giữa 2 tấm kẹp;
Đặt khuôn dương lên buồng hút;
Cài đặt nhiệt độ của bộ phận gia nhiệt;
Khi bộ phận gia nhiệt đã nóng lên, di chuyển thanh kẹp tới vị trí gia nhiệt;
Sau khoảng thời gian gia nhiệt nhất định, di chuyển tấm kẹp xuống về phía khuôn dương và buồng hút;
Bật máy hút chân không để hút hết không khí giữa tấm nhựa và khuôn dương ra bên ngoài;
Khi đã hút hết không khí, tấm nhựa bám chặt vào bề mặt khuôn tạo hình sản phẩm;
Sau khi làm mát, lấy khuôn ra khỏi tấm nhựa ta thu được sản phẩm.