Chương 1: Giới thiệu. Trình bày tổng quan về tình hình nghiên cứu thiết bị in 3D kim loại bằng phương pháp hàn trong và ngoài nước. Chương 2: Tổng quan. Tổng quan về công nghệ in 3D kim loại và tình hình nghiên cứu ở trong và ngoài nước.
Chương 3: Cơ sở lý thuyết. Trinh bày các yếu tố, thông số ảnh hưởng đến quá trình in 3D kim loại. Chương 4: Chế tạo mô hình thực nghiệm. Trình bày các thiết bị hỗ trợ cho quá trình thực nghiệm.
Chương 5: Thực nghiệm và đánh giá kết quả. Trình bày quá trình thực nghiệm và đánh giá kết quả thực nghiệm. Chương 6: Kết Luận CHUONG 2: TONG QUAN NGHIEN CUU DE TAI 2. Công nghệ gia công đắp lớp AM 2.
Khái niệm chung Additive Manufacturing — AM hay còn được gọi là In 3D là một phương pháp sản xuất tiên tiến, sử dụng kỹ thuật xây dựng các chỉ tiết vật lý bằng cách đắp từng lớp vật liệu liên tiếp nhau. Trái ngược với các phương pháp gia công truyền thống (Subtractive Manufacturing) như tiện, phay, khoan, nơi vật liệu được cắt bỏ để tạo hình sản phẩm cuối cùng, AM bổ sung vật liệu để tạo ra hình dạng mong muốn ở dạng gần tinh. Mô hình này sau đó được chia nhỏ thành các lớp cắt ngang mỏng, và các thông tin về từng lớp sẽ được gửi đến máy in 3D. Máy in 3D sẽ tiến hành đắp từng lớp vật liệu kim loại theo đúng thông số đã định, cho đến khi sản phẩm hoàn chỉnh => y Wi Mô hình 3D của Phân chia mô hình Chế tạo chỉ tiết theo chỉ tiết theo lớp từng lớp Hình 2.
Nguyên lý chế tạo sản phẩm của công nghệ AM AM không phải là phương pháp bóc tách vật liệu vì thế nó giúp giảm đáng kê tỷ lệ vật liệu thừa. Vật liệu được sử dụng trong công nghệ này chủ yếu ở dạng nhựa, chất lỏng, bột kim loại hoặc dây. Các thông số đầu vào như nguồn nhiệt, tốc độ đắp, vật liệu, bề dày từng lớp. đóng vai trò quan trọng trong quá trình vì chúng sẽ quyết định đến chất lượng của sản phẩm.
Bên cạnh đó, một số phương pháp đắp lớp AM phải được thực hiện trong môi trường khí trơ hoặc chân không để đảm bảo quá trình đắp lớp diễn ra ôn định và chính xác hơn Ban đầu công nghệ AM được dùng với mục đích tạo mẫu nhanh. Hiện nay, AM được nghiên cứu và phát triển mạnh mẽ về công nghệ và vật liệu sử dụng. Do vậy AM không chỉ đơn thuần ứng dụng trong lĩnh vực tạo mẫu nhanh mà còn cho phép chế tạo 5 các chỉ tiết với mục đích sử dụng trực tiếp đặc biệt là công nghệ AM sử dụng vật liệu kim loại. Công nghệ AM sử dụng vật liệu kim loại đã được thương mại hóa và ứng dụng trong nhiều lĩnh vực như công nghiệp chế tạo ô tô, hàng không vã trụ.
Phân loại công nghệ đắp lớp AM Ủy ban kỹ thuật quốc tế ASTM đã đưa ra 07 loại công nghệ AM [1]: — Fused Deposition Modeling (FDM): FDM 1a mot trong nhitng céng nghé dap lớp phô biến và quen thuộc nhất, thường được sử dụng trong các máy in 3D tiêu dùng. Quá trình FDM sử dụng một sợi dây nhựa nhiệt dẻo được đun chảy và đắp lớp theo từng đường dẫn đã được định trước bởi mô hình 3D. Ưu điểm: Dễ sử dụng và chỉ phí thấp. Thích hợp cho việc tạo mẫu nhanh và sản xuất các chỉ tiết có kích thước lớn.
Nhược điểm: Độ chính xác và độ mịn bề mặt không cao như các công nghệ khác. Giới hạn về loại vật liệu sử dụng (chủ yếu là nhựa nhiệt dẻo). — Selective Laser Sintering (SLS): SLS sir dung m6t tia laser dé nung chay va két dính các hạt bột vật liệu (như nhựa, kim loại, hoặc gốm) thành các lớp rắn. Công nghệ này cho phép sản xuất các chỉ tiết phức tạp với độ chính xác cao.
Ưu điểm: Độ chính xác cao và khả năng tạo ra các chỉ tiết phức tạp.Có thê sử dụng nhiều loại vật liệu khác nhau, bao gôm nhựa, kim loại và gôm. Nhược điểm: Chi phí máy móc và vật liệu cao. Quá trình sau sản xuất phức tạp và cần thêm các bước xử lý. — Stereolithography (SLA): SLA là công nghệ đắp lớp đầu tiên được phát triển, sử dụng tỉa laser UV để làm cứng một lớp chất lỏng nhựa (resin) từng lớp một.
Mỗi lớp được quét và làm cứng theo hình dạng của mô hình 3D cho đến khi sản phẩm hoàn chỉnh. Ưu điểm: Tốc độ nhanh hơn so với SLA. Độ chính xác và chất lượng bề mặt cao. Nhược điểm: Giới hạn về kích thước chỉ tiết.
Vật liệu nhựa có thê đất đỏ. — Digital Light Processing (DLP): DLP là một biến thể của SLA, sử dụng một máy chiếu kỹ thuật số dé chiếu hình ảnh của từng lớp lên bề mặt của nhựa lỏng. Mỗi lớp được làm cứng bằng ánh sáng, tương tự như SLA, nhưng tốc độ nhanh hơn vì toàn bộ lớp được chiếu và làm cứng cùng một lúc. Ưu điểm: Tốc độ nhanh hơn so với SLA.
Độ chính xác và chất lượng bề mặt cao. Nhược điểm: Giới hạn về kích thước chỉ tiết. Vật liệu nhựa có thể đắt đỏ. — Multi Jet Eusion (MJE): MJE là một công nghệ mới hơn, sử dụng một đầu phun dé dap một lớp bột vật liệu mỏng lên bề mặt và sau đó sử dụng nhiệt.
đề nung chảy và kết dính các hạt bột. Quá trình này được lặp lại cho đến khi chỉ tiết hoàn chỉnh Ưu điểm: Tốc độ nhanh và khả năng sản xuất hàng loạt. Chất lượng bề mặt tốt và độ chỉ tiết cao. Nhược điểm: Chi phí máy móc và vật liệu cao.
Đòi hỏi kỹ thuật và quy trình phức tạp. — Electron Beam Melting (EBM): EBM sử dụng một chùm tia điện tử dé nung chảy bột kim loại trong môi trường chân không, tạo ra các chỉ tiết kim loại có độ bền cao và phức tạp. Công nghệ này chủ yêu được sử dụng trong các ngành công nghiệp hàng không vũ trụ và y tế. Ưu điểm: Sản xuất chỉ tiết kim loại có độ bền cao.
Khả năng tạo ra các cấu trúc phức tạp. Nhược điểm: Chỉ phí rất cao. Yêu cầu môi trường chân không và kỹ thuật cao. — Direct Metal Laser Sintering (DMLS): DMLS sử dụng tia laser dé két dinh bét kim loại lại với nhau, tao ra các chỉ tiết kim loại có độ chính xác cao.
Công nghệ này phổ biến trong các ngành công nghiệp đòi hỏi độ chính xác và chất lượng cao như hàng không vũ trụ, y tế và ô tô. Ưu điểm: Độ chính xác cao và khả năng tạo ra các chỉ tiết phức tạp. Sử dụng nhiều loại kim loại khác nhau. Nhược điểm: Chi phí cao.
Quy trình xử lý sau in phức tạp. Additive Manufacturing Processes I 1 ` L 1 tr, Molten/ - Liquid. Powder Solid Layer Filament Processes Processes Processes Processes Powder Bed Spray Powder Processes Processes + Fused Deposition Selective laser Direct Energy Laminated Object Stereolithography .2: Các công nghệ đắp lớp AM [1] 2.2 Công nghệ đắp lớp bằng hồ quang WAAM Cong nghé WAAM, hay Wire Arc Additive Manufacturing, 14 mét phuong phap in 3D sử dụng dây kim loại làm nguyên liệu và nguồn nhiệt từ quá trình hàn điện cực hồ quang để xây dựng vật liệu lên nhau tạo thành sản phâm. WAAM là một trong những kỹ thuật sản xuất cộng hưởng hiệu quả cao, đặc biệt phù hợp cho việc sản xuất các bộ phận kích thước lớn với chi phi thấp hơn so với các phương pháp truyền thống Quá trình này bắt đầu bằng cách đưa dây kim loại qua một đầu phun, nơi nó được nung nóng bởi hồ quang điện giữa đầu phun và bề mặt làm việc.
Kim loại nóng chảy được đặt lên bề mặt làm việc theo các lớp, từng lớp một, cho đến khi hình thành được hình dạng cuối cùng của sản phẩm. WAAM cho phép sản xuất các bộ phận kim loại có độ chính xác và độ bền cao mà không cần đến quá trình gia công thô sơ hay phức tạp. Mö hàn Dây hàn tiêu hao Hồ quang điện Vùng nóng chảy Hình 2.3: Cấu tạo hệ thống WAAM [3] Ưu điểm: — Kết hợp giữa công nghệ WAAM và máy CNC cho phép sản xuất các chỉ tiết kim loại có hình dạng phức tạp một cách chính xác và hiệu quả. — Máy CNC tự động hóa quá trình gia công, kết hợp với tốc độ nhanh của công nghệ 'WAAM giúp tăng năng suât sản xuât.
— WAAM cùng với máy CNC có thể tạo ra các chỉ tiết kim loại lớn với khả năng chịu tải cao và đáp ứng được các yêu câu kỹ thuật khắt khe. Nhược điểm: — Đầu tư cho thiết bị máy CNC và hệ thống hàn MIG có thê rất đắt đỏ, đặc biệt là khi tính đến các thiết bị chuyên dụng cho công nghệ WAAM. — Kết hợp hai công nghệ này yêu cầu sự hiểu biết chuyên sâu và kỹ năng cao về cả lập trình CNC và quy trình hàn để đảm bảo chất lượng sản phẩm. — Bề mặt chỉ tiết có thể cần phải gia công thêm sau khi hoàn thành do quá trình hàn tạo ra các đường vân không đều.
— Công nghệ WAAM sử dụng máy hàn MIG có thể gặp phải các vấn đề liên quan đến độ chính xác và chất lượng bề mặt, đòi hỏi phải có các quy trình kiểm tra và điều chỉnh kỹ lưỡng. Công nghệ WAAM có thê được áp dụng để tạo ra các sản phẩm có kích thước lớn trong lĩnh vực hàng không, công nghiệp nặng như ô tô, đóng tàu,.4 Chỉ tiết từ WA AM [4] 2. Công nghệ hàn hồ quang GMAW 2. Khái niệm chung Công nghệ hàn hồ quang GMAW (Gas Metal Arc Welding) là phương pháp hàn điện dòng liên tục sử dụng điện cực có đường kính nhỏ được nối với một nguồn dòng điện và sử dụng khí bảo vệ hoặc hỗn hợp khí bảo vệ để bảo vệ điện cực và vùng hàn khỏi không khí.
Công nghệ này thường được áp dụng rộng rãi trong ngành công nghiệp hàn để hàn các vật liệu kim loại như thép, nhôm và các hợp kim khác. GMAW được biết đến với tính năng tự động hóa cao và tốc độ hàn nhanh, giúp cải thiện năng suất làm việc so với các phương pháp hàn khác. GMAW hoạt động bằng cách sử dụng một điện cực liên tục để tạo ra cường độ dòng điện cao và đốt cháy dây hàn, tạo ra cung hàn giữa hai vật liệu kim loại. Điện cực thường là dây hàn có đường kính nhỏ, được nạp từ hệ thống nạp dây tự động.
Trong quá trình hàn, khí bảo vệ (thường là CO2 hoặc hỗn hợp khí) được dùng để bảo vệ vùng hàn khỏi không khí, ngăn ngừa quá trình oxy hóa và giảm thiêu hàm lượng các tạp chất trong hồ quang hàn.