Đặt vấn đề Máy in 3D hiện nay đang không ngừng phát triển mạnh mẽ, nó được lên ý tưởng từ ông Dr. Kodama vào những năm cuối thế kỉ XX. Máy in 3D hiện này được đưa vào sử dụng trong rất nhiều ngành nghề hiện nay như là: kiến trúc, ô tô, giáo dục, y học, … Qua việc tìm hiểu từ các dòng máy in hiện đang được sử dụng, tham khảo những ưu điểm và nhược điểm của từng loại máy từ đó nhóm nhận thấy vấn đề lớn nhất đối với các dạng máy in truyền thống dạng Oxyz là khi in ở tốc độ cao(tốc độ nhanh hơn mà nhà sản xuất khuyên dùng trên 60mm/s) cho ra sản phẩm không đạt chất lượng nên nhóm quyết định nghiên cứu, thiết kế, chế tạo máy in 3D làm sao có thể in được tốc độ cao hơn mà sản phẩm vẫn đẹp. Bản in bị lỗi 1.2 Mục tiêu nghiên cứu Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo máy in 3D in ra sản phẩm trang trí, mô hình, những dự án tự chế.
Tốc độ in 100mm/s-130mm/s vẫn cho ra sản phẩm đẹp đạt yêu cầu. Giảm thời gian và giảm chi phí in cho sản phẩm.3 Phạm vi nghiên cứu Tìm hiểu về các dòng máy in 3D đang có sẵn trên thị trường, tham khảo những ưu điểm và nhược điểm của các máy hãng. Lên bản vẽ máy in 3D bằng phần mềm solidworks. Tính toán các bộ truyền động.
Lựa chọn thiết bị chế tạo về phần cơ khí và phần điện. 2 CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN 2.1Tìm hiểu về máy in 3D In 3D là một phương pháp sản xuất dựa trên công nghệ tiên tiến, quy trình sản xuất bồi đắp lên từng lớp để hình thành dần chi tiết với độ chính xác của từng lớp in là mm. Để tạo ra được sản phẩm bằng phương pháp in 3D cần thông qua phần mềm xuất Gcode. Các phần mềm thiết kế này khi xuất file ra có dạng STL và chuyển sang hình ảnh 3D với các mặt và đỉnh giống với hình tam giác.
Tệp file STL sẽ được chia nhỏ thành nhiều lớp 2D từ đó sẽ đưa vào dữ liệu máy in. Đặc điểm của công nghệ in 3D là: - Thực hiện tạo mẫu trong thời gian ngắn, đây chính là điểm mạnh của phương pháp này. So với các công nghệ chế tạo sản phẩm thông thường thì quy trình công nghệ in 3D sẽ có thời gian đạt hiệu quả hơn và nhanh hơn. - Công nghệ in 3D cũng áp dụng vào sản xuất từ nhiều loại nguyên vật liệu.
Đặc biệt hiện nay là những chất liệu nhựa có tính đàn hồi tốt. Những chất liệu nhựa này có khả năng tạo dáng nhiều kiểu khi chịu tác động của nhiệt. Bên cạnh đó, công nghệ có thể chế tạo ra những đồ vật với nhiều chi tiết đầy đủ phù hợp với kích thước từng dòng máy in.2Một số loại máy in 3D 2.1 Máy in 3D Prusa I3 Hình 2. 1: Máy in 3D Prusa I3 [2] 3 Thông số kỹ thuật: Khối xây dựng: 250 x 250 x 250 Kích thước sợi nhựa in: 1.75mm/ 3mm Công nghệ in: FDM Vật liệu in 3D: ABS, PLA, PETG, … Heated Bed MK3 Bộ đùn (extruder): J Head Bộ điều khiển: RAMPS 1.4 Firmware: Marlin Giá thị trường: 6.000 vnđ Ưu điểm: Lắp ráp đơn giản, điều khiển không quá khó khăn Dễ dàng tìm kiếm linh kiện Chi phí rẻ Phù hợp cho người mới tiếp cận vào in 3D Nhược điểm Độ chính xác không cao Máy rung khi chạy với tốc độ cao Hình 2.
2: Sản phẩm in Prusa 4 2.2 Máy in 3D Nova3D Bene4 Mono Hình 2. 3: Máy in 3D Nova3D Bene4 Mono [3] Thông số kỹ thuật Tên dòng máy: Nova3D Bene4 Mono Công nghệ in: SLA Kích thước máy (mm): 130 x 80 x 150 Giá thị trường: 13.000 vnđ Vật liệu in: Nhựa tổng hợp, nhựa dẻo, nhựa đa khoa, nhựa kỹ thuật, … Độ phân giải lớp tối thiểu (micromet): 10 Ưu điểm Độ chính xác cao In được những sản phẩm với hình dạng phức tạp Nhược điểm Vật liệu in tương đối đắt Đòi hỏi về việc bảo quản sản phẩm trong phòng tối tránh ánh sáng mặt trời Giá thành đắt hơn so với các dòng máy in 3D khác Sản phẩm khi in xong có chứa một lượng nhựa độc hại 5 Hình 2. 4: Bản thiết kế mẫu đế giày in từ máy in SLA 2.3 Máy in 3D Delta Hình 2. 5: Máy in 3D Delta [1] Thông số kỹ thuật Kích thước bàn in: 220 x 330mm.
Kích thước máy: 400 x 750 mm. Công nghệ in: FDM. Kích thước sợi nhựa: 1. Vật liệu in PLA, TPU, PETG.
Tốc độ in max: 150mm/s. Hiển thị LCD 2004. 6 Giao tiếp: USB, SD. Giá thị trường: 7.
Gia nhiệt đầu đùn và bàn in tối đa: 2650 và 1100. Ưu điểm: Khung chắc chắn Hoạt động êm, chính xác ít rung động khi chạy với tốc độ cao In được sản phẩm có chiều cao lớn Bàn nhiệt không chuyển động trong suốt quá trình in Nhược điểm: Đắt hơn so với máy in 3D Prusa Lắp ráp, căn chỉnh máy tương đối phức tạp To cồng kềnh.3Sản phẩm Hình 2. 6: Cánh tay robot Hình 2. 7: Mô hình xây dựng 7 Nhận xét: Qua việc tìm hiểu về các dòng máy và các sản phẩm in 3D nhận thấy máy in delta không thể in được nhưng sản phẩm có kích thước lớn, việc cân bàn tương đối khó khăn.
Máy in Nova hoạt động dựa trên công nghệ SLA đảm bảo được chất lượng, độ phân giải rất cao nhưng giá thành vật liệu in khá đắt và dòng máy này chỉ phù hợp dùng để in những mô hình nhân vật để trang trí. Máy in prusa chất lượng không hơn so với dòng máy chạy công nghệ SLA bên cạnh đó khi hoạt động với tốc độ cao máy dễ bị rung lắc làm ảnh hưởng tới chất lượng của sản phẩm. Từ đó nhóm quyết định chọn dòng máy in với khung máy tương tự như máy in 3D prusa và cải tiến máy nhằm nâng cao tốc độ, tăng tính thẩm mỹ và giảm thời gian in khi tạo ra sản phẩm mà vẫn đảm bảo chất lượng. Qua đó ta đặt ra vấn đề cần giải quyết là phải tăng được tốc độ in cao hơn giảm thời gian in đi mà chất lượng sản phẩm vẫn đẹp đạt yêu cầu (bề mặt nét mịn, không bị chảy thừa nhựa, độ phân giải cao) và vấn đề đó liên quan đến độ cững vững cũng như phần mềm điều khiển của máy và đòi hỏi kinh nghiệm sử dụng máy cũng như phần mềm xuất Gcode.
8 CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ VÀ TÌM HIỂU CẤU TRÚC MÁY 3.1Yêu cầu thiết kế 3.1 Thông số máy Không gian in tối đa: 210x210x200 mm Độ phân giải của một lớp in: từ 0.4 mm Dung sai cho phép ±0. Tốc độ khi in 60 ~ 120 mm/s. Tốc độ tối đa 150 mm/s.2 Phương án thiết kế kết cấu máy. Truyền động Cartesian – XZ Trong kết cấu này bàn in sẽ di chuyển theo phương Y, đầu phun sẽ di chuyển theo phương XZ.
Hai trục X và Y sử dụng bộ truyền đai, trục Z sử dụng bộ truyền vít me – đai ốc. Ưu điểm: Kết cấu đơn giản, dễ thực hiện Chi phí thấp, độ cứng vững tương đối. Nhược điểm: Tốc độ máy in bị chậm so với các loại máy Core XY, Delta. Khối lượng các cơ cấu chuyển động lớn nên quán tính lớn, dễ rung động Dựa vào những ưu điểm cũng như khuyết điểm của từng cơ cấu như trên nhóm đã quyết định lên bản vẽ và tìm mua các linh kiện cần thiết cho việc chế tạo máy.3 Trình tự thực hiện Tính toán thiết kế bộ truyền động đai cho trục XY.
Tính toán thiết kế bộ truyền động vít me – đai ốc cho trục Z. Thiết kế 3D bằng phần mềm Solidworks Thi công các chi tiết máy, lắp ráp. Lựa chọn, tính toán phần điện – điều khiển.2Bản vẽ thiết kế tổng quan máy Hình 3. 1: Hình ảnh 3D thiết kế Nguyên lý hoạt động Máy hoạt động dựa vào chuyển động của 3 trục XYZ.
Trục X có nhiệm vụ đùn ra nhựa từ đầu phun để in lên mặt bàn in. Trục Y có nhiệm vụ di chuyển bàn in theo đầu in theo bản thiết kế. Khi hết một lớp trục Z có nhiệm vụ chuyển động bộ truyền vitme để trục X thực hiện in lớp in tiếp theo đè lên lớp in ban đầu. Để máy có thể in ra được sản phẩm đẹp không bị lỗi thì ta cần phải cân bàn thật cẩn thận.
Hoạt động máy cũng tương tự như máy CNC phải có file xuất ra Gcode để hoạt động máy.3Cấu trúc máy Hình 3. 2: Sơ đồ cấu trúc máy Máy in 3D gồm có 3 phần chính: phần mềm, phần cơ khí và phần điện - Phần mềm đóng vai trò nhận bản thiết kế được định dạng file STL và thực hiện chia thiết kế thành những mắt cắt ngang. - Phần cơ khí bao gồm bộ đùn nhựa để đưa vào đầu phun để bắt đầu đưa nhựa bám lên mặt bàn in và chuyển động các trục thông qua các bộ truyền đai, vitme đai ốc. - Phần điện gồm có 2 bộ phận chính: bộ phận điều khiển và bộ phận xử lý.
+ Bộ phận điều khiển bao gồm vi xử lí và nguồn để máy có thể hoạt động và các driver Step có nhiệm vụ băm xung cho động cơ. + Bộ phận xử lý bao gồm động cơ bước để 3 trục có thể hoạt động, đầu phun nhựa để đun nóng nhựa bám lên bàn in và cảm biến nhiệt.1 Bộ tời nhựa Để nhựa được cung cấp liên tục cần phải có một cơ cấu để kéo sợi nhựa một cách liên tục. Bộ tời nhựa được điều khiển bằng động cơ bước, khi động cơ bước hoạt động làm cho bánh răng quay và từ đó sợi nhựa bắt đầu được đưa xuống đầu phun nhựa. 3: Bộ tời nhựa Thông số bộ tời: Tỷ số truyền bánh răng 3.1 Tải trọng; 75g Số bước cho mỗi 1mm: 415 3.2 Vật liệu cho máy in Nhựa ABS: Là loại nhựa có nguồn gốc từ nhiên liệu hóa thạch, loại nhựa này có cơ tính tốt, chịu nhiệt tốt, độ bền cao và có thể xi mạ, dán, sơn dễ dàng hơn.
Tuy nhiên, nhựa ABS có các tiêu chuẩn in 3D hơi khắt khe.