I. Giới thiệu về nghiên cứu
Nghiên cứu này tập trung vào khảo sát độ bền mỏi của các mẫu trục được chế tạo bằng phương pháp in 3D kim loại, cụ thể là công nghệ Wire Arc Additive Manufacturing (WAAM). WAAM là một kỹ thuật sản xuất phụ gia kim loại sử dụng hồ quang điện để nấu chảy dây kim loại và lắng đọng từng lớp lên đế, tạo ra hình dạng ba chiều mong muốn. Phương pháp in 3D kim loại này tận dụng các quy trình hàn hiện có, mang lại hiệu quả chi phí và tính linh hoạt cao. Mục tiêu chính của nghiên cứu là đánh giá độ bền vật liệu của các mẫu trục trong điều kiện tải trọng tuần hoàn, từ đó cung cấp dữ liệu quan trọng cho việc ứng dụng công nghệ này trong các ngành công nghiệp yêu cầu độ bền cao.
1.1. Bối cảnh và mục tiêu
Công nghệ in 3D kim loại đang phát triển mạnh mẽ trên toàn cầu, nhưng tại Việt Nam, nó vẫn còn khá mới mẻ. Nghiên cứu này nhằm thu hẹp khoảng cách kiến thức bằng cách tập trung vào khảo sát độ bền mỏi của các mẫu trục được chế tạo bằng WAAM. Mục tiêu cụ thể là đánh giá ảnh hưởng của các thông số in, tính chất vật liệu và kỹ thuật hậu xử lý đến độ bền mỏi của sản phẩm.
1.2. Phạm vi nghiên cứu
Nghiên cứu tập trung vào việc chế tạo trục bằng WAAM, sử dụng vật liệu thép C45. Các mẫu thử nghiệm được thiết kế theo tiêu chuẩn ISO 1143:2021 và trải qua quy trình kiểm tra độ bền mỏi nghiêm ngặt. Phạm vi nghiên cứu bao gồm việc tối ưu hóa các thông số in và phân tích kết quả thử nghiệm để đưa ra kết luận về hiệu suất của mẫu trục.
II. Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu
Nghiên cứu sử dụng phương pháp Taguchi để thiết kế thí nghiệm và phân tích dữ liệu. Phương pháp Taguchi là một kỹ thuật thống kê mạnh mẽ giúp tối ưu hóa các thông số đầu vào để đạt được chất lượng sản phẩm tốt nhất. Ngoài ra, nghiên cứu cũng áp dụng phân tích phương sai (ANOVA) để xác định ảnh hưởng của các yếu tố khác nhau đến độ bền mỏi của mẫu trục. Quy trình thử nghiệm tuân thủ các tiêu chuẩn quốc tế, đảm bảo tính chính xác và độ tin cậy của kết quả.
2.1. Phương pháp Taguchi
Phương pháp Taguchi được sử dụng để xác định sự kết hợp tối ưu của các thông số in, bao gồm tốc độ hàn, cường độ dòng điện và độ dày vật liệu. Phương pháp này giúp giảm thiểu sự biến động trong quá trình sản xuất và cải thiện chất lượng sản phẩm.
2.2. Quy trình thử nghiệm mỏi
Các mẫu trục được chế tạo bằng WAAM sẽ trải qua quy trình thử nghiệm độ bền mỏi nghiêm ngặt. Máy kiểm tra mỏi sẽ mô phỏng các ứng suất tuần hoàn mà trục gặp phải trong thực tế, ghi lại số chu kỳ cho đến khi hỏng. Dữ liệu thu được sẽ được phân tích để xác định độ bền mỏi và giới hạn độ bền của vật liệu.
III. Kết quả và ứng dụng thực tiễn
Kết quả nghiên cứu cho thấy phương pháp in 3D kim loại WAAM có tiềm năng lớn trong việc sản xuất các mẫu trục với độ bền mỏi cao. Các thông số in được tối ưu hóa giúp cải thiện đáng kể chất lượng sản phẩm. Nghiên cứu này không chỉ góp phần vào sự phát triển của công nghệ in 3D kim loại tại Việt Nam mà còn mở ra cơ hội ứng dụng trong các ngành công nghiệp yêu cầu độ bền cao như hàng không, đóng tàu và năng lượng.
3.1. Phân tích kết quả
Kết quả thử nghiệm cho thấy các mẫu trục được chế tạo bằng WAAM đạt độ bền mỏi cao hơn so với các phương pháp truyền thống. Các thông số in như tốc độ hàn và cường độ dòng điện có ảnh hưởng đáng kể đến kết quả cuối cùng.
3.2. Ứng dụng thực tiễn
Nghiên cứu này có ý nghĩa quan trọng trong việc thúc đẩy ứng dụng công nghệ in 3D kim loại tại Việt Nam. Các kết quả thu được có thể được áp dụng trong sản xuất các bộ phận máy móc yêu cầu độ bền cao, góp phần nâng cao hiệu quả và giảm chi phí sản xuất.
