MỤC LỤC ĐỒ ÁN THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MÁY
IN 3D MiNi
CHƯƠNG 1:TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI3
v Phân loại :6
ỨNG DỤNG TRONG SẢN XUẤT:12
ƯU VÀ NHƯỢC ĐIỂM:18
CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT. 19
2.1 CÁC DẠNG CÔNG NGHỆ IN FDM.. 19
2.2 CÁC THÀNH PHẦN CỦA MÁY IN 3D.. 27
2.3 NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG VÀ HƯỚNG DẪN SỬ DỤNG MÁY IN 3D.. 30
CHƯƠNG 3 PHƯƠNG HƯỚNG VÀ CÁC GIẢI PHÁP. 33
3.1 LỰA CHỌN BỘ PHẬN CHUYỂN ĐỘNG TRƯỢT:33
3.2 LỰA CHỌN CƠ CẤU TẠO CHUYỂN ĐỘNG.36
3.3. CHỌN ĐỘNG CƠ.. 40
3.4 SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ VÀ NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC :42
3.5 SƠ ĐỒ MẠCH ĐIỆN :43
CHƯƠNG 4 TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ KẾT CẤU MÁY.. 45
4.1 TÍNH SỨC BỀN CỦA THANH TRƯỢT.45
4.2 LƯỢNG DỊCH CHUYỂN CỦA TRỤC VIT ME –ĐAI ỐC.48
4.3 BẢN VẼ CHI TIẾT.48
4.4 THÔNG SỐ MÁY.. 60
4.5 NHẬN XÉT VÀ ĐÁNH GIÁ:60
CHƯƠNG 5 CHẾ TẠO VÀ THỬ NGHIỆM.. 60
5.1 HÌNH ẢNH MÁY:61
5.2 QUY TRÌNH GIA CÔNG MỘT SỐ CHI TIẾT ĐƯỢC CHỈ ĐỊNH:64
5.3 HIỆU CHỈNH MÁY:83
5.4 HƯỚNG DẪN SỬ DỤNG:87
TÀI LIỆU THAM KHẢO.102
CHƯƠNG 1:TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI
SƠ LƯỢC VỀ LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN CỦA MÁY IN 3D:
Công nghệ in 3D được biết đến vào cuối những năm 1980,với cái tên là công nghệ Rapid Prototyping (RP). Bởi vì các quy trình ban đầu được hình thành như là một phương pháp nhanh chóng và hiệu quả về chi phí để tạo nguyên mẫu để phát triển sản phẩm trong ngành. Đặc biệt hơn,người xin cấp bằng sáng chế đầu tiên cho công nghệ RP này là DR.Kodama, người Nhật Bản vào tháng 5-1980. Thật không may cho DR.Kodama là tài liệu sáng chế đầy đủ của ông lại không nộp đúng thời hạn 1 năm sau khi nộp đơn,điều tệ hại hơn là người duyệt đơn cho ông lại là 1 luật sư sáng chế. Tuy nhiên, về mặt thực tế, nguồn gốc của in ấn 3D có thể được bắt nguồn từ năm 1986, khi bằng sáng chế đầu tiên được cấp cho thiết bị tạo khối (SLA). Bằng sáng chế này thuộc về Charles (Chuck) Hull, người đầu tiên đã phát minh ra máy SLA vào năm 1983. Hull cũng là người đồng sáng lậpTổng Công ty Hệ thống 3D - một trong những tổ chức lớn nhất và giàu có nhất hoạt động trong ngành in 3D hiện nay.
Hệ thống 3D thương mại đầu tiên với công nghệ RP, SLA-1, được giới thiệu vào năm 1987 và sau khi thử nghiệm nghiêm ngặt, hệ thống này đã được bán vào năm 1988.Là 1 công nghệ mới điển hình,SLA có thể tuyên bố họ là người dẫn đầu trong công nghệ RP, tuy nhiên nó không phải là công nghệ RP duy nhất trong sự phát triển vào thời điểm này, vì vào năm 1987, Carl Deckard, người đang làm việc tại Đại học Texas, đã đệ trình bằng sáng chế tại Hoa Kỳ cho quá trình gia công bằng laser thêu kết (Selective Laser Sintering - SLS) RP. Bằng sáng chế này đã được cấp vào năm 1989 và SLS sau đó được cấp phép cho DTM .Inc, sau đó được mua lại bởi 3D Systems. Năm 1989 cũng là năm Scott Crump, đồng sáng lập của Stratasys Inc. đã nộp đơn xin cấp bằng sáng chế cho Fused Deposition Modeling (FDM) - công nghệ độc quyền mà công ty vẫn giữ ngày hôm nay. Bằng sáng chế FDM đã được ban hành cho Stratasys năm 1992. Tại Châu Âu, năm 1989 cũng chứng kiến sự hình thành của EOS GmbH tại Đức, do Hans Langer thành lập. Sau một quá trình SL, sự tập trung nghiên cứu và phát triển của EOS được đặt rất nhiều vào quy trình thiêu kết laser (LS), điều này tiếp tục vượt xa hơn nhưng thứ ban đầu. Ngày nay, các hệ thống EOS được công nhận trên toàn thế giới về chất lượng sản xuất cho các ứng dụng sản xuất và chế tạo công nghiệp bằng in 3D. EOS đã bán hệ thống 'Stereos' đầu tiên vào năm 1990. Quá trình thiêu kết kim loại laser trực tiếp của công ty (DMLS) bắt nguồn từ một dự án ban đầu với một bộ phận của Electrolux Finland, sau đó được EOS mua lại.
Các công nghệ và quy trình in 3D khác cũng đang nổi lên trong những năm này, cụ thể là Sản xuất bằng hạt Ballistic (BPM) được cấp bằng sáng chế bởi William Masters, Laminated Object Manufacturing (LOM) ban đầu được cấp bằng sáng chế bởi Michael Feygin, Solid Ground Curing (SGC) do Itzchak Pomerantz et. Al và 'in ba chiều' (3DP) ban đầu được cấp bằng sáng chế bởi Emanuel Sachs et al. Và do đó những năm chín mươi đầu chứng kiến sự gia tăng số lượng các công ty cạnh tranh trong thị trường RP nhưng chỉ còn tồn tại 3 công ty gốc cho tới nay - 3D Systems, EOS và Stratasys.
Trong suốt những năm 1990 và đầu những năm 2000, một loạt các công nghệ mới tiếp tục được giới thiệu, vẫn tập trung hoàn toàn vào các ứng dụng công nghiệp và trong khi chúng vẫn là các quy trình cho các ứng dụng mẫu, R & D cũng đang được tiến hành bởi các nhà cung cấp công nghệ tiên tiến hơn cho các dụng cụ cụ thể, Ứng dụng sản xuất trực tiếp. Điều này chứng kiến sự xuất hiện của các thuật ngữ mới, cụ thể là chạy dao nhanh (RT), là khuôn nhanh và sản suất nhanh (RM) .
Trong các hoạt động thương mại, Sanders Prototype (sau Solidscape) và ZCorporation được thành lập vào năm 1996, Arcam được thành lập vào năm 1997, Objet Geometries ra mắt vào năm 1998, MCP Technologies (một nhà máy sản xuất chân không OEM) giới thiệu công nghệ SLM vào năm 2000, EnvisionTec đã Được thành lập vào năm 2002, ExOne được thành lập vào năm 2005 như là công ty con từ tập đoàn Corporation và Sciaky Inc đã đi tiên phong trong quá trình phụ gia riêng của mình dựa trên công nghệ hàn chùm điện tử độc quyền của mình. Các công ty này đều phục vụ cho hàng ngũ các công ty phương Tây hoạt động trên toàn cầu. Thuật ngữ cũng đã phát triển với sự gia tăng của các ứng dụng sản xuất và thuật ngữ được chấp nhận cho tất cả các quy trình là sản xuất phụ gia (AM). Đáng chú ý, đã có nhiều sự phát triển song song diễn ra ở bán cầu phía Đông. Tuy nhiên, những công nghệ này, tuy có ý nghĩa quan trọng với bản thân và được hưởng một số thành công ở địa phương, nhưng thực sự không ảnh hưởng đến thị trường toàn cầu vào thời điểm đó.
Trong những năm gần đây, ngành bắt đầu có dấu hiệu đa dạng hóa khác biệt với hai lĩnh vực trọng tâm cụ thể được xác định rõ ràng hơn ngày nay. Thứ nhất, đã có kết quả cao của in ấn 3D, hệ thống vẫn còn rất đắt tiền, được hướng tới sản xuất cho các ngành yêu cầu giá trị lớn,thiết kế lớn,phức tạp . Điều này vẫn đang tiếp diễn và đang phát triển - nhưng kết quả bây giờ chỉ bắt đầu trở nên rõ ràng trong các ứng dụng sản xuất trong ngành hàng không, ô tô, y tế và đồ trang sức, vì nhiều năm nghiên cứu và phát triển đã trở nên phong phú hơn. Một khoản kinh phí lớn vẫn còn nợ hoặc theo các thoả thuận đã không được công bố (NDA). Ở đầu kia của quang phổ, một số nhà sản xuất hệ thống in ấn 3D đã và đang phát triển "khái niệm người mô hình", như chúng đã được gọi vào thời điểm đó. Cụ thể, đây là những máy in 3D giữ trọng tâm vào việc cải thiện phát triển khái niệm và tạo mẫu chức năng, được phát triển đặc biệt là các phòng thân thiện với người dùng và các hệ thống tiết kiệm chi phí. Sự mở đầu cho các máy tính để bàn ngày nay. Tuy nhiên, những hệ thống này vẫn còn rất nhiều đối với các ứng dụng công nghiệp.
Nhìn lại điều này còn khá bình yên trước cơn bão
Với thị trường - máy in 3D ngày nay được xem là đang nằm ở tầm trung - một cuộc chiến giá cả xuất hiện cùng với sự cải tiến gia tăng về độ chính xác, tốc độ và vật liệu in.
Trong năm 2007, thị trường đã chứng kiến hệ thống đầu tiên dưới 10.000 đô la từ Hệ thống 3D, nhưng điều này chưa bao giờ đạt được kết quả đáng kể. Điều này một phần do bản thân hệ thống, nhưng cũng ảnh hưởng đến thị trường khác. Đỉnh cao tại thời điểm đó là để có được một máy in 3D dưới 5000 đô la - điều này đã được nhiều người trong ngành, người sử dụng và nhà bình luận nhìn nhận là chìa khóa mở ra công nghệ in 3D cho nhiều đối tượng hơn. Mặc dù vậy, năm 2007 thực sự là năm đánh dấu bước ngoặt cho công nghệ in 3D - mặc dù ít người nhận ra nó vào thời điểm đó - như hiện tượng RepRap đã bắt đầu. Tiến sĩ Bowyer đã đưa ra khái niệm RepRap về một máy in 3D nguồn mở, tự sao chép vào đầu năm 2004, và hạt giống đã được nảy nở trong những năm tiếp theo với một cú sệt nặng từ nhóm của ông tại Bath, đáng chú ý là Vik Oliver và Rhys Jones, người đã phát triển Khái niệm thông qua để làm việc nguyên mẫu của một máy in 3D bằng cách sử dụng quá trình lắng đọng. Năm 2007 là năm các chồi bắt đầu hiển thị thông qua và phong trào này đã bắt đầu tăng khả năng hiển thị.
Nhưng đến tháng 1 năm 2009, mẫu máy in 3D thương mại có sẵn đầu tiên và dựa trên khái niệm RepRap đã được chào bán. Đây là máy in BfB RapMan 3D. Tiếp theo là Makerbot Industries vào tháng 4 năm đó, những người sáng lập đã tham gia rất nhiều vào việc phát triển RepRap cho đến khi họ rời khỏi triết lý nguồn mở sau khi đầu tư rộng rãi. Từ năm 2009, một loạt máy in tương tự đã xuất hiện với các điểm bán hàng độc đáo (USPs) và họ tiếp tục làm như vậy. Sự lưỡng cực thú vị ở đây là, trong khi hiện tượng RepRap đã tạo ra một thị trường máy in 3D hạng thương mại hoàn toàn mới, đặc tính của cộng đồng RepRap là về phát triển mã nguồn mở cho việc in 3D và giữ được thương mại hóa ngay lập tức.
Năm 2012 là năm mà các quy trình in ấn 3D đã được giới thiệu ở mức nhập khẩu của thị trường. The B9Creator (sử dụng công nghệ DLP) ra mắt trong tháng sáu, tiếp theo là Form 1 (sử dụng bản đồ khối) vào tháng Mười Hai. Cả hai đều được đưa ra thông qua trang web Kickstarter - và cả hai đều đã rất thành công.
Kết quả của sự phân kỳ thị trường, những tiến bộ đáng kể ở cấp độ công nghiệp với khả năng và ứng dụng, sự gia tăng đáng kể nhận thức và sự phát triển trong suốt phong trào sản xuất ngày càng tăng, năm 2012 cũng là năm mà nhiều kênh truyền thông chính thống khác đã chọn cho công nghệ này. Năm 2013 là năm tăng trưởng và hợp nhất đáng kể. Một trong những động thái đáng chú ý nhất là việc mua lại Makerbot của Stratasys.
Một số người cho rằng cuộc cách mạng công nghiệp lần thứ 2, thứ 3, và thậm chí đôi khi là một cuộc cách mạng công nghiệp lần thứ 4, điều mà không thể phủ nhận là tác động của việc in ấn 3D đối với khu vực công nghiệp và tiềm năng rất lớn mà công nghệ in 3D thể hiện cho tương lai của người tiêu dùng.Tiềm năng sẽ tiếp tục đang mở ra trước mắt chúng ta.
Phân loại :
CÔNG NGHỆ FDM (Fused Deposition Modeling)
FDM là công nghệ in 3D đơn giản và có giá thành rẻ nhất. Cũng là công nghệ in trong hầu hết các máy in 3D trên thị trường. Về cơ bản, máy in FDM sẽ nung nóng chảy và đùn sợi dây nhựa theo từng lớp một tạo thành mô hình. dễ tạo các mẫu lí tưởng các công dụng để sử dụng trực tiếp trong quá trình sản xuất như đồ giá, máy móc. Có các loại như máy in 3D Reprap, Makerbot, Printerbot, Flashforge.
Nguyên lý in 3D FDM
- Ưu điểm: Công nghệ in3D FDM giá rẻ, dễ sử dụng in được các mẫu khổng lồ.
- Nhược điểm: Độ mịn không cao, khó in các mẫu phức tạp
- Ứng dụng: FDM có tầm ứng dụng rất rọng, hầu như mọi lĩnh vực đều có thể áp dụng tốt
CÔNG NGHỆ Resin
Là tên gọi chung của một loạt công nghệ in 3D dựa trên loại mực in 3D resin lỏng. Gồm có, công nghệ SLA, DLP và IN 3D liên tục.
Nguyên lý in 3D RESIN
- Ưu điểm: Công nghệ in3D RESIN cho ra sản phẩm có độ mịn cao nhất.
- Nhược điểm: Quy trình in resin phức tạp, chỉ nên dùng để in các mẫu bé và tinh xảo.
- Ứng dụng: Tạo mẫu 3D đồ trang sức, nha khoa, mô hình minature
CÔNG NGHỆ SLS ( Selective Laser Sintering)
SLS là công nghệ in sử dụng tia laser chiếu lên các lớp bột (kim loại hoặc polymer) làm chúng nóng chảy và kết dính với nhau tạo nên hình khối vật thể.
Nguyên lý in 3D SLS
- Ưu điểm: Công nghệ in3D SLS không 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
Hình ảnh so sánh độ mịn của các công nghệ in 3D: FDM vs RESIN vs SLS
- Công nghệ SLA ( Stereolithography)
Là kỹ thuật dùng tia laser làm đông cứng nguyên liệu lỏng để tạo các lớp nối tiếp cho đến khi sản phẩm hoàn tất, độ dày mỗi lớp nhỏ nhất có thể đạt đến 0,06mm nên rất chính xác. Có thể hình dung kỹ thuật này như sau: đặt một bệ đỡ trong thùng chứa nguyên liệu lỏng, chùm tia laser di chuyển (theo thiết kế) lên mặt trên cùng của nguyên liệu lỏng theo hình mặt cắt ngang của sản phẩm làm lớp nguyên liệu này cứng lại. Bệ đỡ chứa lớp nguyên liệu đã cứng được hạ xuống để tạo một lớp mới, các lớp khác được thực hiện tiếp tục đến khi sản phẩm hoàn tất.
Tương tự như công nghệ SLS, các máy in 3D sử dụng công nghệ SLA sử dụng chùm tia laser/UV hoặc một nguồn năng lượng mạnh tương đương để làm đông cứng các lớp vật liệu từng lớp từng lớp để hình thành nên vật thể 3D. Đây là công nghệ đầu tiên và cũng là công nghệ đem lại độ dày laser nhỏ nhất hiện nay (độ chi tiết tốt nhất)
Ưu điểm: Tạo ra các mô hình có độ chính xác cao, sắc nét và chính xác.
Nhược điểm : Vật liệu in khá đắt, sản phẩm in 3D bị giảm độ bền khi để lâu dưới ánh sáng mặt trời.
Công nghệ Polyjet
Công nghệ Polyjet à một phương pháp chế tạo bổi đắp hiện đại có khả năng tạo ra các mẫu với bề mặt nhẵn và độ chính xác cao. Với độ dày mỗi lớp in đạt 16 micron và độ chính xác đạt 0.1mm, nó có thể tạo ra các mẫu có các thành mỏng và hình dạng phức tạp với các vật liệu đa dạng.
Ưu điểm: In được nhiều vật liệu ,màu sắc lên cùng 1 sản phẩm. Chất lượng sản phẩm tuyệt vời
Nhược điểm: Chi phí đầu tư cho thiết bị sử dụng công nghệ Polyjet là khá đắt đỏ, vật liệu bổ trợ yếu.
Máy in 3D
Cấu tạo của máy in 3D
Bạn đã thấy một chiếc máy in 3D chưa? Nó cũng chỉ là thiết bị cơ điện tử với cấu kiện cơ khí và các bo mạch chấp hành. Vi xử lý máy in 3D nhận lệnh từ máy tính thông qua cáp USB, thẻ nhớ, Wifi,.. Nó trực tiếp điều khiển động cơ, đầu phun,… một cách tuần tự tạo ra các lớp in 3 chiều.
Toàn bộ linh kiện cấu thành nên chiếc máy in 3D. Bạn có thể tự ráp một chiếc máy in 3D theo mã nguồn reprap: http://reprap.org/
Mọi máy in 3D hoạt động theo nguyên lý đắp từng lớp vật liệu (laser by laser), có thể từ trên xuống hoặc từ dưới lên tùy theo công nghệ in 3D đang sử dụng.
Mẫu in 3D sẽ được tạo theo các lớp như thế này
Như đã trình bày ở trên, máy in 3D đắt hay rẻ, in ra mịn hay thô ráp,… là tùy thuộc vào công nghệ nó đang xài (FDM, RESIN, SLS, EBM, EBM, LOM, 3DP)
ỨNG DỤNG TRONG SẢN XUẤT:
- Trong ngành công nghiệp ô tô
Ngoài mục đích thử nghiệm, thiết kế, tạo mẫu và sản xuất một số bộ phận, công cụ lắp ráp đặc biệt, ngành công nghiệp ô tô đã sử dụng công nghệ in 3D để sản xuất ra những chiếc xe hoàn chỉnh. Trên thực tế, chiếc xe hơi đầu tiên được tạo ra bằng công nghệ in 3D là Urbee, được sản xuất toàn bộ bằng công nghệ in 3D. Đa số chi tiết máy được in trên máy in 3D của Công ty Statasys – nhà sản xuất các hệ thống sao chép nhanh các loại khuôn mẫu. Nhà sản xuất chiếc xe này đã tập trung vào việc tăng tối đa số lượng các bộ phận xe được in 3D với mục tiêu chính là tiết kiệm nhiên liệu. Tuy Urbee chưa thể đạt được vận tốc như những chiếc ôtô thông thường nhưng lại tiết kiệm nhiên liệu hơn hẳn và được thiết kế khá đẹp mắt.
Chiếc xe ô tô Urbee đã được sản xuất toàn bộ bằng công nghệ in 3D
- Ngành công nghiệp điện tử
Trong ngành công nghiệp điện tử: Công nghiệp điện tử cũng là một trong những ngành ứng dụng đầu tiên của in 3D. Máy in 3D đã được sử dụng để chế tạo các bộ phận phức tạp đặc biệt từ các chất liệu khác nhau và đã mở ra một trào lưu mới của ngành công nghiệp này. Rõ ràng, khi áp dụng công nghệ này thì những chi tiết phức tạp được in ra một cách nhanh chóng và chuẩn xác hơn rất nhiều.
Hãng Cartesian của Úc đã tạo ra máy in 3D Argentum, phun ra mực dẫn điện (làm bằng các hạt nano bạc) lên giấy, vải, acrylic, nhựa, MDF và nhiều chất liệu sợi thủy tinh khác, tạo ra các bo mạch cứng và linh hoạt, thậm chí có thể được dệt vào quần áo.
Máy in 3D có thể in mạch điện tử
- Ngành hàng không vũ trụ
Ngành hàng không vũ trụ và quốc phòng: Trong các lĩnh vực hàng không vũ trụ và quốc phòng cũng đã áp dụng công nghệ in 3D vào thực tiễn như sản xuất các bộ phận của máy bay, tàu vũ trụ, chế tạo súng … Đa phần in 3D đều được sử dụng để sản xuất các bộ phận phức tạp nhất.
Hàng không vũ trụ và quốc phòng cũng đã áp dụng công nghệ in 3D
- Ngành y tế và chăm sóc sức khỏe
Ưu điểm của in 3D được thể hiện rất rõ trong lĩnh vực y tế và chăm sóc sức khoẻ với vô vàn ứng dụng. Công nghệ in 3D rất hữu ích trong sản xuất các mô hình sinh học (các mô hình bộ phận con người như xương, răng, tai giả…). Trong ứng dụng này, mô hình điện tử của bộ phận cơ thể con người được dựng bởi các hình ảnh 3D hoặc một máy quét 3D. Sau đó, mô hình sinh học được tạo ra từng lớp từng lớp nhờ vào công nghệ in 3D. Trong ngành giải phẫu, mỗi bệnh nhân là một cá thể riêng biệt và duy nhất, mô hình sinh học 3D cho phép bác sỹ thực hiện phẫu thuật thuận lợi hơn do có được sự hiểu biết sâu hơn về cơ thể bệnh nhân và các chẩn đoán được chính xác hơn.
Trong y học công nghệ in 3D có những đóng góp to lớn như sản xuất ra các bộ phận: tai, mũi, xương, răng, chân, tay … bằng những chất liệu chuẩn xác nhất có thể mô phỏng và thay thế các bộ phận của con người.
- Kiến trúc và xây dựng
Ngành xây dựng đã sẵn sàng để đón nhận một làn sóng kỹ thuật mới gọi là công nghệ In 3D vào việc thi công các công trình dân dụng từ cầu cống đến các loại kiến trúc. Nền công nghiệp hiện đại đang tiến dần đến thời kỳ công nghiệp 4.0 đặc trưng bởi sự phối hợp giữa 3 công nghệ mới – In 3D, cảm biến, và robot; và người ta mỗi ngày một khám phá thêm những ứng dụng mới từ bộ ba công nghệ này.
Ngôi nhà được “in” bằng công nghệ in 3D ở Trung Quốc
- Giáo dục
In 3D cũng có những ứng dụng thiết thực trong giáo dục, đặc biệt liên quan đến các môn học khoa học, công nghệ, kỹ thuật và kỹ năng toán học. Sinh viên có thể thiết kế và sản xuất các sản phẩm trong lớp học và có cơ hội thử nghiệm các ý tưởng, vừa học vừa làm với máy in 3D. Cách làm này làm tăng hứng khởi học tập, làm việc theo nhóm, tương tác trong lớp học cũng như hỗ trợ khả năng sáng tạo, kỹ năng máy tính, và khả năng tư duy ba chiều của sinh viên.
- Sản xuất thực phẩm
Những chiếc máy in 3D ngày nay không những có thể tạo ra các sản phẩm đẹp làm vừa mắt người tiêu dùng mà còn ngày càng được sử dụng rộng rãi trong lĩnh vực ẩm thực.
Thức ăn được làm từ máy in 3D
Thức ăn được làm từ máy in 3D
Máy in thực phẩm 3D nhả ra vật chất ăn được dạng lỏng thông qua các vòi phun theo từng lớp dựa trên chương trình được lập trình sẵn trên máy tính. Máy in thực phẩm 3D có thể tạo ra sô-cô-la, bánh, kẹo, mỳ, bánh pizza và các loại đồ ăn nhanh thơm ngon khác.
- Trong gia đình
Với chi phí thấp và sự tiện dụng, máy in 3D sẽ dần trở thành một thiết bị trong gia đình. Máy in 3D để bàn cho phép sản xuất bất cứ thứ gì ngay trong căn nhà riêng của mình, tất nhiên là với kích thước phù hợp với máy in và các nguyên liệu có thể có.Những chi tiết trong các đồ vật cũ hoặc hỏng có thể được thay thế dễ dàng nhờ in 3D
ƯU VÀ NHƯỢC ĐIỂM:
v Ưu điểm:
- Tạo mẫu với chi phí thấp, tiện lợi.
- Dễ sửa chữa.
v Nhược điểm:
- Sản phẩm khi in ra chưa được sắc nét.
- Khó sử dụng dụng với người không rành công nghệ.
- Thời gian in lâu.
- Kích thước in còn nhỏ.
CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
2.1 CÁC DẠNG CÔNG NGHỆ IN FDM
Trong ngành công nghiệp sản xuất chế tạo, tuỳ vào đặc thù của từng lĩnh vực và từng loại sản phẩm mà ta sử dụng các dạng máy in 3D khác nhau. Ở đây, có thể chia làm 3 dạng máy:
2.1.1 Dạng máy công nghiệp sử dụng cánh tay robot tự động
|
Rất nhiều mẫu máy in 3D được cộng đồng Reprap chia sẻ miễn phí tại Build a Reprap. Tùy theo nhu cầu và sở thích mà bạn chọn cho mình một mẫu máy phù hợp. Việc chọn mẫu máy thế nào sẽ quyết định việc bạn đầu tư mua linh kiện để lắp ráp cho phù hợp thiết kế của mẫu đấy. Các thành phần của một máy in 3D ReprapCấu tạo một chiếc máy in 3D Reprap mendel ( Chú thích bởi loga3d) Video cấu tạo cơ bản của máy in 3D Reprap: Các chi tiết cấu tạo nên máy in Reprap bao gồm: Hệ khung đỡ: -Khung máy: Tùy theo các mẫu thiết kế mà máy Reprap có bộ “xương” với chất liệu và hình dáng khác nhau: gỗ ép, mica, thép không rỉ… -Khớp nối: Những bộ phần nối giữa khung cơ khí thường làm bằng nhựa ABS để tăng tính chiu lực và chúng được in ra từ các máy Reprap khác. Hệ truyền động: -Các thanh dẫn hướng chuyển động x,y,z bao gồm (hoặc): thanh trượt-bạc trượt, trục vít me -đai ốc,.. Dây đai răng (cu-roa) để truyền cơ năng từ động cơ sang các cơ cấu chuyển động. -Động cơ: Thường dùng động cơ bước (Stepper motor). Bộ đùn nhựa in: -Đầu in 3D (Đầu phun nhựa): chúng được bán theo bộ, thường dùng các loại JHead hoặc Buda Nozzle… Đầu JHead giá rẻ hơn nhưng mà độ bền và ổn định không cao bằng Buda Nozzle. -Cơ cấu kéo sợi nhựa: Ở đây có 2 bánh răng được in từ máy in Reprap, dùng để truyền động và kéo sợi nhựa in (ABS, PLA). Chọn đường kính sợi nhựa in 3D 1.75 hoặc 3mm là tùy vào loại đầu phun đang xài. Bàn in: Hay còn gọi là bệ đỡ mô hình, được bán theo bộ. Bạn có thể chế các bàn in theo ý thích. Nhưng cần phải cân chỉnh độ bằng phẳng, cơ cấu giảm sốc và nhất là đảm bảo đủ độ “ma sát” để mô hình không bị xê dịch trong quá trình tạo mẫu. Bộ kit điều khiển: Nếu không có nhiều kiến thức về điện tử, bạn nên sử dụng bộ bo mạch Ramps 1.4 để điều khiển máy in 3D Reprap. Phiên bản Ramps 1.4 gồm mạch Ramps – Arduino Mega 2560 – Mạch kết nối Stepper motor … |
2.1.2 Máy in Markerbot
Đó là dòng giới thiệu đầu tiên về chiếc máy in 3D METHOD. Sản phẩm được kì vọng khỏa lấp khoảng cách giữa máy in 3D công nghiệp thường có giá lên tới vài chục ngàn đô la với máy in 3D cá nhân mà Makerbot là cái tên dẫn đầu! METHOD đưa Makerbot tiến gần hơn bao giờ hết tới trình độ ” BẤM và IN” – ước mơ của ngành in 3 chiều.
Method là chiếc máy in 3D “nuột nà” nhất từ trước tới nay của Makerbot. Tuy vậy, nó vẫn có những lỗ hổng quan điểm đến từ giới thượng tầng quản trị.
Makerbot đã từng tuyên bố về cuộc cách mạng công nghệ in 3D lần 2 khi ra mắt Replicator 2, thực tế thì thị trường có những bộ kit, những chiếc máy in 3D giá rẻ hơn mà chất lượng tương đương! Chưa kể, quan điểm về nền tảng máy in 3D
mã nguồn mở đã bị chính Makerbot ruồng bỏ từ đầu năm 2012.
Bộ link kiện của máy in
2.1.3 Máy in 3D Printerbot
Máy bao gồm ba trục Ox, Oy, Oz. Các thiết bị động cơ được giấu kín trong các trục không để bên ngoài
2.1.4 Máy in 3D Flashforge
- Máy in 3D Flashforge Creator Pro được phát triển bởi hãng Flashforge. Kết cấu máy là khung thép vững chắc, bàn máy tự động cân bằng, rất thân thiện và tạo mẫu đẹp- chính xác.
Nhờ hệ thống ép đùn kép 2 đầu in và buồng kín, Creator Pro có thể in cùng lúc 2 vật liệu ( màu sắc) khác nhau lên cùng một sản phẩm in 3D và in nhiều loại vật liệu khác nhau như ABS, PLA, Dissolvable, Flex, T-glass và vật liệu composite như woodFill, copperFill, brassFill ...
Máy in 3D Flashforge Creator Pro là dòng máy in được số lượng đánh giá khổng lồ từ người dùng, chứng minh đây là máy in 3D
Với mức chi phí giá hợp lý thực sự đây là máy in có mọi thứ bạn cần: độ chính xác vượt trội, độ tin cậy tuyệt vời và độ bền cao.
Khắc laser là sử dụng máy chiếu các chùm tia laser hội tụ tại một điểm làm gia tăng năng lượng đốt cháy bề mặt hoặc điểm cần tác động, từ đây sinh ra nhiệt, với các bước sóng khác nhau có thể khắc trên các bề mặt khác nhau cũng như các vật liệu khác nhau như: Gỗ, Kim Loại, Da, … Hiện nay các máy khắc laser được kết nối trực tiếp với các vi mạch và chịu sự điều khiển của máy tính, các phần mềm máy tính chuyên dụng sẽ điều khiển trực tiếp hệ thống máy khắc giúp máy khắc làm việc theo một lập trình có sẵn từ đây có thể khắc hình ảnh, khắc hoa văn, khắc họa tiết theo mọi yêu cầu. Các file thiết kế đều được thiết kế trên các phần mềm đồ họa như: corel, Photoshop, autocard, …
- Máy khắc laser thông qua laser để tiến hành điêu khắc và khắc dấu lên sản phẩm. Công nghệ này không cần sử dụng đến mực in, đồng thời không bị mài mòn bề mặt do sự tiếp xúc của dao khắc. Trong quá trình khắc laser, không trực tiếp tiếp xúc đến sản phẩm gia công, vì vậy không gây nên bất kỳ sự dồn ép và áp lực lên sản phẩm. Không làm thay đổi tính chất vật lý của vật liệu gia công.
Máy khắc laser chia làm 5 dòng máy khác nhau: máy khắc laser dòng Fiber, Máy khắc laser dòng máy EP, máy khắc laser dòng máy DP, máy khắc laser dòng YAG, máy khắc laser dòng Co2. Tùy vào chức năng và công nghệ khác nhau mà chia làm 5 dòng máy khắc laser khác nhau.
Ứng dụng của Khắc Laser hiện nay tại Việt Nam sử dụng rất nhiều trong lĩnh vực gia công quà tặng, sản xuất nhãn mác, khắc mã vạch, … Chủ yếu khắc laser trên các chất liệu như: Gỗ, Mica, Da, Thủy tinh, Kim loại, hợp kim, nhựa, …
- Máy khắc gỗ MiNi
Nhu cầu mua sắm trang sức mang tính nghệ thuật đang dần nóng lên, nhất là với những phụ kiện làm bằng đá, cẩm thạch, ngọc hoặc sừng. Và cũng vì cung nhiều hơn cầu nên tiêu chuẩn lựa chọn món hàng mình thích cũng nâng lên theo.
Hiểu được mong muốn của khách hàng từ trang sức tự nhiên, máy cnc 3025 luôn chinh phục được những khách khó tính nhất.
Máy cnc 3025 chuyên chạm khắc trên nhiều vật liệu tự nhiên như: đá, sừng, ngà, ngọc bích, cẩm thạch,...thậm chí là 1 số kim loại cứng như nhôm, đồng, gang
Ứng dụng máy cnc 3025: khắc mặt dây chuyền Phật, Thiên Chúa, mặt nhẫn ngọc, dây đeo đá , vòng tay cẩm thạch,..hoặc khắc chữ, nhãn, logo lên các vật dụng như ổ khóa, hộp quẹt zippo, con dấu đồng, mica, mặt khóa inox, nhôm,...
Qua việc tìm các vấn đề tổng quan máyin 3Dđượctrìnhbàyởtrên,tacómột số nhận xét sau:
- Máy in Reprap thì cấu tạo có nhiều bộ phận cồn kềnh, thô không gọn nhẹ chưa có tính mĩ quan cao
- Hai máy Makerbot và Flashforge thì độ chính xác cao nhung giá thành cao với chiều dài hành trình ngắn nên sản phẩm sẽ có nhiều hạn chế về kích thước
- Máy Printerbot gọn nhẹ đẹp chỉ có 2 trục với bàn máy dể di chuyển phối hợp để tạo ra sản phẩm , chi phí sản xuất thấp
à Sản xuất máy in 3D Printerbot.
- Từ máy in laser và máy khắc giỗ Mini chúng em nhận thấy cả ba máy điều có chung cấu tạo
Ü Chế tạo máy in có cả 3 đầu in, khắc gỗ và khắc laser
2.2 CÁC THÀNH PHẦN CỦA MÁY IN 3D
2.2.1Các phương chuyển động của máy
- Chuyển động dọc Ox
- Chuyển động ngang Oy
- Chuyển động lên xuống Oz
2.2.2Bộ phận đùn nhựa
- FDM là phương pháp tạo hình dựa trên nguyên lý dùng nhiệt nung chảy sợi nhựa thành dạng lỏng ở 170-200 độ C tùy loại nhựa và phun ra một lỗ nhỏ ( khoảng 0.5mm tùy vào loại đầu phun) thành từng lớp mỗi lớp khoảng 0.2mm liên tiếp lớp sau chồng lên lớp trước, trong nhiệt dộ môi trường nhựa sẽ đông cứng và liên kết với nhau tạo thành hình dáng yêu cầu.
Công nghệ này đơn giản bạn coa thể hình dung như việc người thợ bánh kem trang trí bánh kem bóp cái túi kem qua một lỗ nhỏ để tạo thành các họa tiết trang trí bánh kem chỉ khác là cái lỗ thu nhỏ nhiều lần và thay kem băng nhựa nóng chảy.
Đầu phun FDM thông dụng hiện tại là MK8 ngoài ra có các đầu phun khác cải tiến hơn nhưng nguyên lý hoạt động vẫn tương tự như MK8. Với người mới bắt đầu bạn nên làm quen với loại đầu phun này vì nó có giá thành rẻ và dễ sửa chữa, lắp ráp.
2.2.3Bộ phận máy khắc laser
CẤU TẠO CỦA MÁY KHẮC LASER
Một máy in date Laser thông thường được cấu tạo bởi 2 phần chính:
- Phần 1: Ống phóng Laser/Nguồn Laser, nơi chứa hoạt chất Laser để tạo ra chùm tia Laser
- Phần 2: Đầu in
Cấu tạo máy khắc Laser
2.2.4 Bộ phận máy khắc gỗ Mini
Đầu khắc được nối với động cơ qua khớp nối.
NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG VÀ HƯỚNG DẪN SỬ DỤNG MÁY IN 3D
Máy IN 3D được ứng dụng rất nhiều trong công nghiệp cơ khí bởi tính ứng dụng cao. Tuy nhiên, các bạn cũng cần hiểu rõ nguyên lý cơ bản in 3D cũng như những hướng dẫn sử dụng của dòng máy này để có thể sử lý những tình huống xảy ra trong quá trình cắt.
Nguyên lý máy cắt plasma
- Khi có tín hiệu khởi động, nguồn cung cấp sẽ nhận được và kích hoạt điện áp đưa dòng khí đến vị trí motor
Các bộ phận của đầu phun công nghệ FDM-MK8
(1) Motor bước (NEMA) kiểm soát sợi nhựa hay tốc độ phun của đầu phun, khi motor này quay nhanh thì sợi nhựa được đẩy xuông buồng nung nhanh và tạo áp lực đẩy nhựa lỏng phun ra nhanh hơn ở kim phun
(2) Phần giá kẹp sợi nhựa dẫn hướng qua bánh răng của motor bước để motor có thể cuốn được sợi nhựa.
(3) Quạt và đế tản nhiệt ngoài chức năng tản nhiệt cho motor bước thì còn tránh để nhiệt làn trên buồng nung sợi nhựa gây chảy sợi nhựa khi chưa vào trong buồng nung ( đảm bảo sợi nhựa chỉ bị chảy trong buồng nung)
(4) Buông nung chảy sợi nhựa bao gồm một trở kháng nhiệt và cảm biến báo nhiệt buồng nung về bo mạch xử lí.
(5) Kim phun nơi nhựa lỏng sẽ được đùn ra ngoài lỗ phun đường kính 0.5mm
- Hướng dẫn sử dụng IN 3D
- Trước khi tiến hành thao tác cắt
Máy In 3D: tiến hành kiểm tra hộp đầu phun (hộp đầu phun đã siết chặt vào giá chưa, có vuông góc với bàn máy ) dây nhựa được gắn vô đầu phun, kiểm tra chương trình lại một lần nữa c, bấm nút và chờ ra thành phẩm
CHƯƠNG 3 PHƯƠNG HƯỚNG VÀ CÁC GIẢI PHÁP
3.1 LỰA CHỌN BỘ PHẬN CHUYỂN ĐỘNG TRƯỢT:
vPhương án 1: dùng ray trượt
- Đặc điểm:
- Ma sát thấp
- Chịu tải trong thấp
- Dễ bị cong, vênh
- Tốc độ di chuyển con trượt cao
v Phương án 2: dùng thanh trượt bi vuông
- Đặc điểm
- Độ chính xác cao
- Ma sát thấp, nhiệt lượng sản sinh trong quá trình chuyển động thấp
- Độ cứng cao
- Có khả năng chịu tải cao
- Có khả năng tự điều chỉnh để giảm rung động do cài đặt lỗi
- Dễ dàng cho bảo trì
- Tốc độ làm việc cao
- Hiệu suất làm việc cao, tuổi thọ cao
- Đặc điểm:
- Ray trượt tròn làm bằng thép chịu lực cao, bề mặt mạ chrome
- Tốc độ di chuyển con trượt cao, lên đến 10m/s
- Hoạt động trơn tru, tiếng ồn khi hoạt động thấp
- Chống ăn mòn và kháng rỉ sắt
- Dễ dàng lắp ráp, tháo lắp
- Bộ phận chuyển động cần phải đảm bảo quá trình làm việc tốt, chịu tải trọng nhỏ, độ bền cao, không có độ rơ rung trong quá trình làm việc, yêu cầu hoạt động trơn tru. Vì vậy, ta chọn phương án 2 là hợp lí nhất
3.2 LỰA CHỌN CƠ CẤU TẠO CHUYỂN ĐỘNG.
3.2.1 Cơ cấu chuyển động dọc trục X:
Các phương án chuyển động:
- Phương án 1: bộ truyền bánh răng- thanh răng
- Cơ cấu truyền chuyển động thanh răng bánh răng được ứng dụng để truyền chuyển động từ dạng quay sang dạng chuyển động thẳng và ngược lại.
3.3. CHỌN ĐỘNG CƠ
- Động cơ bước:
Ưu điểm:
- Có thể điều khiển chính xác góc quay.
- Giá thành thấp.
Nhược điểm:
- Về cơ bản dòng từ driver tới cuộn dây động cơ không thể tăng hoặc giảm trong lúc hoạt động. Do đó, nếu bị quá tải động cơ sẽ bị trượt bước gây sai lệch trong điều khiển.
- Động cơ bước gây ra nhiều nhiễu và rung động hơn động cơ servo.
- Động cơ bước không thích hợp cho các ứng dụng cần tốc độ cao.
- Động cơ servo:
Ưu điểm:
....
cách các lớp đó được đặt trên bàn in và tạo một bộ hướng dẫn cho máy in tuân theo – lớp trên lớp.
Cura tạo hướng dẫn cho máy in 3D của bạn. Chúng được gọi là G-Code, một tài liệu văn bản kết thúc bằng phần mở rộng tệp .gcode. Mở tệp và bạn thực sự có thể đọc qua khá nhiều mã và hiểu những gì nó nói với máy in để thực hiện công việc.
Ví dụ về G-code
G0 F7200 X19.698 Y28.262 Z.36
G1 F1500 E0
G1 F1350 X22.467 Y26.175 E0.15654
G1 X23.338 Y25.568 E0.20447
G1 X24.246 Y25.027 E0.25218
Trước khi chúng tôi xem xét Cura, có thêm một chút nữa cho toàn bộ quá trình in khi nói đến các tệp 3D và cách mà phần mềm chuẩn bị. Đó là quá trình của một tệp máy tính 3D thành vật thể thực tế bên ngoài ( đối tượng vật lý). Vì vậy, rất tốt để có một sự hiểu biết về quy trình ngay cả khi bạn không cần phải làm theo bước đầu tiên.
Khi bạn thành thạo hơn trong việc sử dụng máy in 3D, bạn có thể nhập mã này và điều chỉnh tốc độ quạt, độ cao lớp và nhiệt độ nóng ở các điểm khác nhau. Điều này có thể thuận tiện khi bạn cần khắc phục một số sự cố in 3D. Chúng tôi cũng có một bài viết chuyên sâu về G-code.
3/ Trình tự công việc khi in 3D
Mô hình hóa: Điều này được thực hiện trong bất kỳ ứng dụng mô hình 3D nào như 123D Design hoặc SketchUp, thông dụng nhất ở Việt Nam vẫn là Solidworks và các phần mềm cơ khí khác ( creo, nx, inventor,..), đây chỉ là hai trong số nhiều ứng dụng mẫu. Các ứng dụng này có định dạng tệp riêng và chúng cho phép bạn mở, chỉnh sửa, lưu và xuất các tệp dùng cho máy in 3D.
Xuất tệp 3D: Khi bạn đã tạo mô hình của mình, sau đó nó cần được xuất dưới dạng tệp STL, OBJ hoặc 3MF. Đây là các định dạng tệp được công nhận bởi Cura. Chúng khác với các định dạng tệp có nguồn gốc từ các ứng dụng mô hình 3D vì chúng chỉ giữ hình dạng cuối cùng chứ không phải các thông số nguyên bản và nội dung có thể chỉnh sửa. Tuy nhiên, bạn có thể thay đổi kích thước của mô hình 3D, nhưng không phải là hình học. ( theo tỉ lệ, chứ không chỉnh các chi tiết trên đó)
Xuất tệp chia lớp: Tệp STL hoặc OBJ sau đó có thể được nhập vào phần mềm Cura nơi nó được chia lớp và xuất ra dưới dạng G-Code. G-Code này chỉ là một file văn bản (về bản chất) với một danh sách các lệnh để máy in 3D đọc và làm theo như nhiệt độ gia nhiệt, di chuyển theo các hướng với khoảng cách là các vị trí tọa độ trên file đó, rồi cả sự bật tắt các bộ phận trên máy in, v.v.
Giai đoạn đầu tiên của quy trình yêu cầu lập mô hình 3D, nhưng nếu khả năng lập mô hình của bạn chỉ ở giai đoạn đầu thì bạn có thể truy cập vào các trang web như Thingiverse hoặc Youmagine và tải xuống hàng triệu mô hình được tạo sẵn và in sẵn (thêm kho lưu trữ tệp tại đây ). Chúng thường ở định dạng STL và sẵn sàng để được nhập trực tiếp vào phần mềm Cura.
4/ Hướng dẫn cách sử dụng phần mềm Cura
Trên phần mềm in3d sẽ có khá nhiều thông số bạn cần phải biết, nhưng đừng lo, cứ để mặc định và màn hình in3d cũng đã tối giản, nó chỉ thể hiện các thông số quan trọng như chiều cao lớp in, bề dày thành in, nhiệt độ đầu đùn, tốc độ in, support,.. Và chỉ cần điền các thông số, kiểm tra qua mô hình, xem trước thời gian in, chất lượng in là có thể bắt đầu in ngay mà không cần phải qua các thao tác gì khác.
Trước khi in bạn cần phải đặt mô hình trên bàn in ( từ phần mềm) sao cho hợp lý nhất, sao chép thêm,xoay, tăng giảm tỉ lệ mẫu in trước khi in. Sau đó mới là các thiết lập, rồi bạn có thể in qua cáp USB hoặc chép vào thẻ nhớ rồi cắm vào máy in3d để máy chạy.
4.1/ Thao tác trên mô hình
- Nút chuột trái: Lựa chọn các vấn đề. Giữ và di chuyển chuột để kéo đối tượng trên khu vực in 3D.
- Nút chuột phải: Giữ và di chuyển chuột để xoay hướng chiếu xung quanh mẫu vật 3 chiều.
- Chuột phải và chuột trái: Giữ và di chuyển chuột để thu phóng
- Con lăn chuột: Sử dụng bánh xe cuộn để phóng to hoặc thu nhỏ.
- Nút bên phải + Shift: Giữ và di chuyển chuột đến xoay chế độ xem 3D
Nhập file in 3D
Biểu tượng bên trái trên đỉnh 3D giao diện là nút Load fle.
Thông qua nút này bạn có thể tìm kiếm trong fles của bạn để các tiện ích mở rộng 3D sau: .stl .obj .dae .amf
Trong Cura bạn cũng có thể tải hình ảnh và chuyển đổi chúng thành một mô hình 3D. Trong quá trình chuyển đổi bạn có thể chọn một số cài đặt tùy chọn để định hình mô hình 3D. Bạn có thể tải các phạm vi bay sau đây; .jpg .bmp .png.
KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC :
-Đã chế tạo và lắp ráp hoàn chỉnh phần cơ khí của máy. Các chuyển động tịnh tiến theo phương X, Y dùng bộ truyền trục vít me-đai ốc, kết cấu máy phù hợp với mô hình thức tế, học tập và giảng dạy.
-Thiết kế, chế tạo các board mạch điệp tử giao tiếp với máy tính và các Driver điều khiển động cơ bước.
- KẾT QUẢ CHƯA ĐẠT ĐƯỢC:
- Do vấn đề thời gian và những khó khăn trong lúc thi công đã dẫn đến một số ý tưởng chưa được hoàn thành. Vẫn chưa tạo ra sản phẩm phức tạp
HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI:
-Làm hành trình máy dài hơn.
-Chế tạo thêm một mo6dun tháo rời để hàn những chi tiết có chiều dài lớn
- Chế tạo thêm một cái bàn chuyên dùng để hàn và cắt ống
