Luận văn thạc sĩ về thiết kế sản phẩm theo mô đun trong máy tạo mẫu nhanh thiêu kết laser

Luận văn thạc sĩ kỹ thuật nghiên cứu kỹ thuật cơ khí ứng dụng phương pháp thiết kế sản phẩm theo mô đun trong thiết kế máy tạo mẫu nhanh, khảo sát thực trạng, phân tích nguyên

• Tác giả: Lê Thanh Sơn
• Người hướng dẫn: PGS.TS Nguyễn Thanh Nam
• Trường học: Đại học Quốc gia TP. Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Kỹ thuật cơ khí
• Đề tài: Thiết kế sản phẩm theo mô đun trong máy tạo mẫu nhanh bằng laser
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2015
• Địa điểm: TP. Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• LỜI MỞ ĐẦU
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
• 1.1. Giới thiệu tổng quan về công nghệ tạo mẫu nhanh
• 1.2. Tình hình nghiên cứu ngoài nước
• 1.3. Tình hình nghiên cứu trong nước
• 1.4. Mục tiêu nghiên cứu của đề tài
• 1.5. Kết cấu của luận văn
• 2. CHƯƠNG 2: NGHIÊN CỨU CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN QUÁ TRÌNH TẠO MẪU
• 3. CHƯƠNG 3: CƠ SỞ LÝ THUYẾT, ỨNG DỤNG PHÂN TÍCH MÔ-ĐUN CHO MÁY
• 4. CHƯƠNG 4: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CHI TIẾT
• 5. CHƯƠNG 5: THIẾT KẾ YÊU CẦU ĐIỀU KHIỂN
• 6. CHƯƠNG 6: THỰC TẾ CHẾ TẠO MỘT SỐ SẢN PHẨM
• KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Thiết kế sản phẩm theo mô đun

Thiết kế sản phẩm theo mô đun là một phương pháp tiếp cận hiện đại trong công nghệ tạo mẫu nhanh, đặc biệt là trong máy tạo mẫu nhanh bằng laser. Phương pháp này cho phép phân chia hệ thống thành các mô đun độc lập, dễ dàng thay thế và nâng cấp. Thiết kế mô đun giúp tối ưu hóa quy trình sản xuất, giảm chi phí và thời gian phát triển sản phẩm. Trong công nghệ laser, việc áp dụng thiết kế mô đun còn giúp tăng tính linh hoạt và khả năng tùy biến của máy.

1.1. Nguyên tắc thiết kế mô đun

Nguyên tắc cơ bản của thiết kế mô đun là phân chia hệ thống thành các thành phần nhỏ hơn, có thể hoạt động độc lập. Trong máy tạo mẫu nhanh bằng laser, các mô đun như hệ thống laser, bộ phận điều khiển, và cơ cấu nâng hạ được thiết kế riêng biệt. Điều này giúp dễ dàng bảo trì và nâng cấp từng phần mà không ảnh hưởng đến toàn bộ hệ thống. Thiết kế mô đun cũng tạo điều kiện thuận lợi cho việc tích hợp các công nghệ mới vào hệ thống hiện có.

1.2. Ứng dụng trong công nghệ laser

Trong công nghệ laser, thiết kế mô đun được áp dụng để tạo ra các hệ thống linh hoạt và hiệu quả. Ví dụ, máy tạo mẫu nhanh sử dụng công nghệ laser có thể được thiết kế với các mô đun laser có công suất khác nhau, phù hợp với từng loại vật liệu. Điều này giúp tối ưu hóa quá trình tạo mẫu nhanh, đảm bảo chất lượng sản phẩm và giảm thiểu lãng phí nguyên liệu.

II. Máy tạo mẫu nhanh bằng laser

Máy tạo mẫu nhanh bằng laser là một thiết bị quan trọng trong công nghệ tạo mẫu, sử dụng công nghệ laser để tạo ra các sản phẩm từ vật liệu bột hoặc nhựa. Máy tạo mẫu nhanh này cho phép sản xuất các sản phẩm phức tạp với độ chính xác cao và thời gian ngắn. Công nghệ laser được sử dụng trong máy giúp đảm bảo quá trình tạo mẫu nhanh diễn ra hiệu quả và chính xác.

2.1. Nguyên lý hoạt động

Nguyên lý hoạt động của máy tạo mẫu nhanh bằng laser dựa trên việc sử dụng tia laser để thiêu kết vật liệu bột thành các lớp mỏng. Quá trình này được lặp lại nhiều lần để tạo ra sản phẩm hoàn chỉnh. Công nghệ laser đảm bảo độ chính xác cao và khả năng tạo ra các chi tiết phức tạp. Máy tạo mẫu nhanh này thường được sử dụng trong các ngành công nghiệp như y tế, ô tô, và hàng không.

2.2. Ưu điểm và ứng dụng

Máy tạo mẫu nhanh bằng laser có nhiều ưu điểm như khả năng tạo ra các sản phẩm phức tạp với độ chính xác cao, thời gian sản xuất ngắn, và khả năng sử dụng nhiều loại vật liệu khác nhau. Công nghệ laser cũng giúp giảm thiểu lãng phí nguyên liệu và tăng hiệu quả sản xuất. Máy tạo mẫu nhanh này được ứng dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp, từ sản xuất linh kiện điện tử đến tạo mẫu sản phẩm tiêu dùng.

III. Công nghệ laser trong tạo mẫu nhanh

Công nghệ laser đóng vai trò quan trọng trong tạo mẫu nhanh, đặc biệt là trong máy tạo mẫu nhanh bằng laser. Công nghệ laser cho phép thiêu kết vật liệu bột với độ chính xác cao, tạo ra các sản phẩm có chất lượng tốt và thời gian sản xuất ngắn. Ứng dụng laser trong tạo mẫu nhanh cũng giúp giảm thiểu lãng phí nguyên liệu và tăng hiệu quả sản xuất.

3.1. Kỹ thuật laser

Kỹ thuật laser được sử dụng trong tạo mẫu nhanh bao gồm các phương pháp như thiêu kết bột, cắt laser, và hàn laser. Công nghệ laser đảm bảo độ chính xác cao và khả năng tạo ra các chi tiết phức tạp. Kỹ thuật laser cũng giúp tối ưu hóa quá trình sản xuất, giảm thiểu lãng phí nguyên liệu và tăng hiệu quả sản xuất.

3.2. Ứng dụng trong công nghiệp

Công nghệ laser được ứng dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp như y tế, ô tô, và hàng không. Ứng dụng laser trong tạo mẫu nhanh giúp tạo ra các sản phẩm phức tạp với độ chính xác cao và thời gian sản xuất ngắn. Công nghệ laser cũng giúp giảm thiểu lãng phí nguyên liệu và tăng hiệu quả sản xuất.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Công nghệ tạo mẫu nhanh (Rapid Prototyping - RP) đã trở thành một lĩnh vực nghiên cứu và ứng dụng quan trọng trong ngành công nghiệp hiện đại, đặc biệt trong bối cảnh toàn cầu hóa và khu vực hóa kinh tế. Theo báo cáo của ngành, tốc độ tăng trưởng của các hệ thống tạo mẫu nhanh trên thế giới đã tăng nhanh từ năm 2003, với các ứng dụng chủ yếu trong thiết kế kỹ thuật (chiếm 31,7%), tạo dáng công nghiệp và tạo mẫu thử nghiệm (17%). Tạo mẫu nhanh giúp rút ngắn thời gian sản xuất mẫu từ nhiều tuần hoặc tháng xuống còn khoảng 3-72 giờ, tùy thuộc vào kích thước và độ phức tạp của sản phẩm, qua đó giảm chi phí và tăng tốc độ đưa sản phẩm ra thị trường.

Tại Việt Nam, máy tạo mẫu nhanh đã xuất hiện và có thị phần rộng lớn, được ứng dụng đa dạng trong các ngành dịch vụ, in ấn, quảng cáo và sản xuất công nghiệp. Tuy nhiên, phần lớn thiết bị hiện nay đều nhập khẩu, dẫn đến chi phí đầu tư cao và khó khăn trong bảo trì, thay thế. Luận văn tập trung nghiên cứu thiết kế máy tạo mẫu nhanh sử dụng công nghệ thiêu kết laser (Selective Laser Sintering - SLS) theo phương pháp thiết kế mô-đun nhằm tạo ra các sản phẩm đa dạng, có tính tích hợp cao và chất lượng tương đương với các máy nhập khẩu. Mục tiêu cụ thể là xây dựng các mô-đun chức năng chính, phục vụ quá trình phát triển và hoàn thiện sản xuất máy tạo mẫu nhanh, đồng thời giảm chi phí đầu tư thiết bị trong nước.

Phạm vi nghiên cứu tập trung vào công nghệ SLS với vật liệu bột nhựa PS, kích thước làm việc 100 x 100 x 100 mm, tốc độ di chuyển trục X, Y đạt 90 mm/phút, độ dày lớp 0,3 mm và độ chính xác chi tiết ±100 mm. Nghiên cứu có ý nghĩa quan trọng trong việc phát triển công nghệ tạo mẫu nhanh nội địa, nâng cao khả năng cạnh tranh của doanh nghiệp Việt Nam trong ngành công nghiệp chế tạo máy.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên hai khung lý thuyết chính:

1. Công nghệ tạo mẫu nhanh SLS (Selective Laser Sintering): Đây là phương pháp tạo mẫu vật lý từ dữ liệu thiết kế CAD 3D bằng cách thiêu kết từng lớp vật liệu bột nhựa hoặc kim loại bằng tia laser CO2. Các yếu tố kỹ thuật quan trọng bao gồm công suất laser, tốc độ quét, độ dày lớp bột, nhiệt độ gia nhiệt trước và tính chất vật liệu bột (như kích thước hạt, mật độ, nhiệt độ nóng chảy). Công nghệ này cho phép tạo ra các chi tiết có độ phức tạp cao, kích thước lớn và chất lượng bề mặt tốt.

2. Thiết kế theo mô-đun (Modularity Design): Phương pháp này phân tích hệ thống thành các mô-đun chức năng độc lập, dễ dàng thiết kế, thay thế và nâng cấp. Các khái niệm chính bao gồm phân tích chức năng, phân tích cấu trúc, ma trận đồng dạng chức năng và cấu trúc, cũng như quy trình tạo nhóm và phân loại các bộ phận theo đặc điểm kỹ thuật và chế tạo. Thiết kế mô-đun giúp giảm thời gian thiết kế, tăng tính linh hoạt và khả năng mở rộng của hệ thống máy tạo mẫu nhanh.

Các khái niệm chuyên ngành được sử dụng gồm: Selective Laser Sintering (SLS), mô-đun chức năng, ma trận đồng dạng, vật liệu bột PS (Polystyrene), công suất laser CO2, tốc độ quét laser, độ dày lớp bột, nhiệt độ gia nhiệt trước, và phân tích nhóm bộ phận.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu chính được thu thập từ các tài liệu khoa học, báo cáo kỹ thuật, bằng sáng chế liên quan đến công nghệ tạo mẫu nhanh và thiết kế mô-đun, cùng với các kết quả thực nghiệm chế tạo và vận hành máy tạo mẫu nhanh SLS tại phòng thí nghiệm trọng điểm quốc gia về Điều khiển và Kỹ thuật hệ thống.

Phương pháp nghiên cứu bao gồm:

• Phân tích tổng quan và đánh giá các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình thiêu kết laser như công suất laser, tốc độ quét, độ dày lớp bột, tính chất vật liệu bột PS.
• Áp dụng lý thuyết thiết kế mô-đun để phân tích chức năng, cấu trúc máy, xây dựng ma trận đồng dạng và phân nhóm các bộ phận thành các mô-đun chức năng.
• Tính toán thiết kế chi tiết các cụm chi tiết chính như cụm laser, con lăn bột, bàn nâng, động cơ truyền động, khung máy dựa trên các thông số kỹ thuật và yêu cầu chức năng.
• Thực nghiệm chế tạo và đánh giá một số sản phẩm mẫu để khảo sát chất lượng bề mặt, độ chính xác và khả năng vận hành của máy.
• Timeline nghiên cứu: Nghiên cứu được thực hiện trong khoảng thời gian từ đầu năm 2015 đến tháng 8 năm 2015, bao gồm các giai đoạn tổng quan, phân tích, thiết kế, chế tạo và thử nghiệm.

Cỡ mẫu nghiên cứu là các bộ phận và mô-đun của máy tạo mẫu nhanh SLS được thiết kế và chế tạo thực tế, với các phép đo kỹ thuật và đánh giá chất lượng sản phẩm mẫu. Phương pháp chọn mẫu dựa trên tiêu chí kỹ thuật và tính khả thi trong sản xuất.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Ảnh hưởng của công suất laser và tốc độ quét đến chất lượng thiêu kết:
   Kết quả thực nghiệm cho thấy công suất laser CO2 từ 30W đến 50W với tốc độ quét tối đa 5-10 m/s là phù hợp để thiêu kết vật liệu bột PS với độ dày lớp 0,3 mm. Tốc độ quét quá nhanh làm giảm khả năng liên kết bột, trong khi tốc độ quá chậm gây biến dạng bề mặt do nhiệt lượng quá lớn.
   Ví dụ, khi tốc độ quét giảm 20%, độ nhám bề mặt sản phẩm tăng lên khoảng 15%, ảnh hưởng đến chất lượng hoàn thiện.

2. Hiệu quả của việc gia nhiệt trước bột:
   Gia nhiệt bột trước khi thiêu kết đến nhiệt độ trung gian giữa Tg của pha đàn hồi và pha cứng giúp giảm ứng suất nhiệt, hạn chế hiện tượng cong vênh mép sản phẩm. Thời gian thiêu kết giảm khoảng 10-15% so với không gia nhiệt, đồng thời tăng độ bền kết dính giữa các lớp.

3. Thiết kế mô-đun giúp rút ngắn thời gian và tăng tính linh hoạt:
   Việc phân tích và xây dựng các mô-đun chức năng như cụm laser, con lăn bột, bàn nâng, động cơ truyền động và khung máy đã giúp giảm thời gian thiết kế tổng thể khoảng 25% so với phương pháp thiết kế truyền thống. Các mô-đun có thể thay thế và nâng cấp độc lập, phù hợp với đa dạng các dòng máy tạo mẫu nhanh.

4. Chất lượng sản phẩm mẫu đạt yêu cầu kỹ thuật:
   Các mẫu sản phẩm thử nghiệm có độ chính xác ±100 mm, độ nhám bề mặt đạt mức chấp nhận được cho ứng dụng trong ngành nhựa và cơ khí. So sánh với máy nhập khẩu, sản phẩm đạt khoảng 85-90% chất lượng bề mặt và độ chính xác, trong khi chi phí đầu tư giảm khoảng 30%.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân của các phát hiện trên xuất phát từ việc tối ưu hóa các tham số kỹ thuật trong quá trình thiêu kết laser và áp dụng thiết kế mô-đun hiệu quả. Việc sử dụng laser CO2 với công suất phù hợp và tốc độ quét điều chỉnh giúp cân bằng giữa năng lượng cung cấp và thời gian thiêu kết, đảm bảo liên kết bột tốt mà không gây biến dạng nhiệt. Gia nhiệt trước bột là biện pháp kỹ thuật quan trọng để giảm ứng suất nhiệt, phù hợp với đặc tính vật liệu PS.

So sánh với các nghiên cứu quốc tế, kết quả tương đồng với các công trình nghiên cứu tại Malaysia và Slovakia về ảnh hưởng của công suất laser và gia nhiệt trước. Việc áp dụng thiết kế mô-đun cũng phù hợp với các kinh nghiệm thiết kế hệ thống tiên tiến, giúp tăng tính linh hoạt và giảm chi phí phát triển.

Dữ liệu có thể được trình bày qua biểu đồ thể hiện mối quan hệ giữa tốc độ quét laser và độ nhám bề mặt, bảng so sánh chất lượng sản phẩm mẫu với máy nhập khẩu, cũng như sơ đồ ma trận đồng dạng mô-đun chức năng và cấu trúc máy.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Tối ưu hóa tham số công suất laser và tốc độ quét:
   Đề nghị các nhà sản xuất và nghiên cứu tiếp tục điều chỉnh công suất laser trong khoảng 30-50W và tốc độ quét từ 5-10 m/s để đạt hiệu quả thiêu kết tối ưu, giảm lỗi bề mặt và tăng độ chính xác sản phẩm. Thời gian thực hiện: 6-12 tháng, chủ thể: phòng thí nghiệm và doanh nghiệp sản xuất máy.

2. Áp dụng gia nhiệt trước bột trong quy trình sản xuất:
   Khuyến nghị tích hợp hệ thống gia nhiệt bột trước khi thiêu kết để giảm ứng suất nhiệt và tăng chất lượng sản phẩm. Thời gian triển khai: 3-6 tháng, chủ thể: nhà thiết kế máy và kỹ sư vận hành.

3. Phát triển thiết kế mô-đun cho các dòng máy tạo mẫu nhanh:
   Khuyến khích áp dụng thiết kế mô-đun cho các bộ phận chính nhằm tăng tính linh hoạt, dễ dàng bảo trì và nâng cấp. Thời gian thực hiện: 12-18 tháng, chủ thể: nhóm thiết kế và nhà sản xuất.

4. Đào tạo và nâng cao năng lực kỹ thuật cho đội ngũ vận hành:
   Đề xuất tổ chức các khóa đào tạo chuyên sâu về công nghệ SLS và thiết kế mô-đun cho kỹ sư và kỹ thuật viên nhằm nâng cao hiệu quả vận hành và bảo trì máy. Thời gian: liên tục, chủ thể: các trường đại học và doanh nghiệp.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Các nhà nghiên cứu và sinh viên ngành Cơ khí chế tạo máy:
   Luận văn cung cấp kiến thức chuyên sâu về công nghệ tạo mẫu nhanh SLS và thiết kế mô-đun, hỗ trợ nghiên cứu và phát triển sản phẩm mới.

2. Doanh nghiệp sản xuất máy tạo mẫu nhanh và thiết bị công nghiệp:
   Tham khảo để áp dụng thiết kế mô-đun, tối ưu hóa chi phí và nâng cao chất lượng sản phẩm, đồng thời phát triển công nghệ nội địa.

3. Các kỹ sư thiết kế và vận hành máy tạo mẫu nhanh:
   Hướng dẫn chi tiết về các tham số kỹ thuật, quy trình vận hành và bảo trì máy, giúp nâng cao hiệu quả sản xuất.

4. Các cơ sở đào tạo kỹ thuật và công nghệ:
   Tài liệu tham khảo cho chương trình đào tạo về công nghệ tạo mẫu nhanh, thiết kế máy và kỹ thuật điều khiển hệ thống.

Câu hỏi thường gặp

1. Công nghệ tạo mẫu nhanh SLS là gì?
   SLS là phương pháp tạo mẫu vật lý bằng cách thiêu kết từng lớp vật liệu bột nhựa hoặc kim loại bằng tia laser CO2, giúp tạo ra các chi tiết có độ phức tạp cao và kích thước lớn trong thời gian ngắn.

2. Tại sao thiết kế mô-đun lại quan trọng trong chế tạo máy tạo mẫu nhanh?
   Thiết kế mô-đun giúp phân chia hệ thống thành các bộ phận độc lập, dễ dàng thiết kế, thay thế và nâng cấp, giảm thời gian phát triển và tăng tính linh hoạt của máy.

3. Các yếu tố nào ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm trong công nghệ SLS?
   Công suất laser, tốc độ quét, độ dày lớp bột, nhiệt độ gia nhiệt trước và tính chất vật liệu bột là những yếu tố quyết định chất lượng bề mặt, độ chính xác và độ bền của sản phẩm.

4. Gia nhiệt trước bột có tác dụng gì trong quá trình thiêu kết?
   Gia nhiệt giúp giảm ứng suất nhiệt, hạn chế hiện tượng cong vênh và tăng độ bền kết dính giữa các lớp vật liệu, đồng thời rút ngắn thời gian thiêu kết.

5. Chi phí đầu tư máy tạo mẫu nhanh nội địa so với máy nhập khẩu như thế nào?
   Máy tạo mẫu nhanh thiết kế theo mô-đun và sản xuất trong nước có thể giảm chi phí đầu tư khoảng 30% so với máy nhập khẩu, đồng thời dễ dàng bảo trì và nâng cấp.

Kết luận

• Luận văn đã xây dựng thành công các mô-đun chức năng chính cho máy tạo mẫu nhanh sử dụng công nghệ thiêu kết laser, đáp ứng yêu cầu kỹ thuật và chất lượng sản phẩm.
• Các tham số kỹ thuật như công suất laser 30-50W, tốc độ quét 5-10 m/s và độ dày lớp 0,3 mm được tối ưu hóa để đảm bảo hiệu quả thiêu kết và chất lượng sản phẩm.
• Việc gia nhiệt trước bột là biện pháp kỹ thuật quan trọng giúp giảm ứng suất nhiệt và rút ngắn thời gian tạo mẫu.
• Thiết kế mô-đun giúp giảm thời gian thiết kế khoảng 25%, tăng tính linh hoạt và khả năng mở rộng của hệ thống máy.
• Nghiên cứu góp phần phát triển công nghệ tạo mẫu nhanh nội địa, giảm chi phí đầu tư và nâng cao năng lực cạnh tranh của doanh nghiệp Việt Nam.

Next steps: Triển khai ứng dụng các giải pháp tối ưu trong sản xuất thực tế, mở rộng nghiên cứu vật liệu và công nghệ thiêu kết mới, đồng thời đào tạo nguồn nhân lực kỹ thuật chuyên sâu.

Các doanh nghiệp và nhà nghiên cứu được khuyến khích áp dụng thiết kế mô-đun và tối ưu hóa tham số kỹ thuật để phát triển máy tạo mẫu nhanh phù hợp với nhu cầu thị trường trong nước và quốc tế.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Chương 1: Nghiên cứu tổng quan Chương 2: Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình tạo mẫu Chương 3: Cơ sở lý thuyết, ứng dụng phân tích mô-đun cho máy Chương 4: Tính toán thiết kế chỉ tiết Chương 5: Thiết kế yêu cầu điều khiển Chương 6: Thực tế chế tạo một số sản phẩm Qua đó đề tài phục vụ cho việc phát triển và làm chủ công nghệ ạo mẫu nhanh ở Việt Nam trong đầu tư thiết bị tương đương từ nước ngoài. Học viên thực hiện Lê Thanh Sơn iv ABSTRACT Rapid prototyping machine was appeared on the market of our country and the market for this equipment is very large. The applications of this machine are very abundant and diverse, including: service industries, printing model, advertising or used as a rapid prototyping for companies and enterprises. So, the current rapid prototyping machine is a device indispensable to life and the demand continues to increase.

Although the demand for this equipment field is very large, but to investment cost for a rapid prototyping machine is quite high now and most of equipments are imported from abroad. Thus, the cost is raised very high and the maintenance or replacement is difficult too. The thesis "Applying product designing method at modularity for the rapid prototyping machine by laser sintering" with the purpose: design the rapid prototyping machine that is capable of creating diverse products with high integrated and installed. This machine will have the same quality as the others.

These are content of this thesis: Chapter 1: Overview research. Chapter 2: The research of the factors that affect the process of prototyping. Chapter 3: Theoretical basis, applying modularity analysis for the machine. Chapter 4: Calculating and designing parts of the machine.

Chapter 5: Designing control requirements. Chapter 6: Manufacturing some models for real. By that, this thesis serves for developing and mastering the rapid prototyping technology in Vietnam in order to invest the same equipment from abroad. Performer LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan rằng, ngoài các tài liệu tham khảo được dùng để hoàn thành nghiên cứu, luận văn này không sử dụng các ý tưởng, nội dung từ bất kỳ ai khác, và các nội dung trong luận văn này cũng chưa từng được gửi cho bất kỳ chương trình, cơ sở giáo dục hay nghiên cứu nào khác.

Tôi hiểu rằng bất kỳ nội dung nào mâu thuẫn với cam kết trên cũng đồng nghĩa với việc luận văn bị từ chối đối với chương trình Thạc sĩ ngành Kỹ Thuật Chế Tạo của Trường Đại học Bách khoa Tp. Vili MUC LUC NHIEM VỤ LUẬN VAN THAC SlLov. viii DANH MỤC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮTT.- 2-2 s++k+E++EE+EEeEEESEEEEkEEkrrerrke xi DANH MỤC BẢNG BIỀU. xii DANH MUC HINH VE.vsesccesccscsssesssessesssssscsscsuessscsucsusssscsucssessucsscssessesstssuesuesaessecevssseess xii CHUONG 1.DAT VAN DE 1 1.

_ Giới thiệu tong quan vé cong nghé tao mau Nhanh. Tinh hinh nghién ctu ngoai nue oo. eee eee cs eeeeesesesseecsesseeeseesesseeessesee 2 1. Tình hình nghiên cứu trong nu6C.

eee ee eesececseseeecsesesssessssssessseeseseees 13 1. Mục tiêu nghiên cứu của dé tai e. Muc ti€u nghién Ci n. Tỉnh cấp thiết và tinh Mi ccccseccssscssssesssssesssssssssssssssssssssssessssssssesssessseessseessseesssess 16 1.

Ý nghĩa thực tiễn của nghiÊH CứN. 25c ©5ScSckcSEt SE SE 2222112112111, 17 1. Kết cấu của luận văn.NGHIEN CỨU CÁC YEU TO ANH HUONG DEN QUA TRINH TẠO MẪU 19 2. Vật liệu sử dụng trong công nghệ sử dụng laser thiêu kết.

Vật liệu bột nhựa sử dụng IFOH IHÁV. Vật liệu bột kim loại và hỢJ2 KỈHH. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình thiêu kết trên bột. Ảnh hưởng của HguỖn ÏAS€F.

Ảnh hưởng của quá trình gia nhiệt sản phẩm. Ảnh hưởng của nhiệt độ thiêu kết trong quá trình tạo sản phẩm. Ảnh hưởng bê dày của lớp bột thiêu ket .ccccceccseccsesssesssessseessessseessessessstsssessssssess 27 1X CHƯƠNG 3.CƠ SỞ LÝ THUYÉT PHÂN TÍCH MÔ-ĐUN. Nguyên lý làm việc của thiết bị.

Nguyên tắc thiết kế sản phẩm theo hướng mô-đun. Phương pháp phân tích sản phẩm.---s:©5ec©5eSc+eeEcxteEExeerrxeerrreerrerrree 32 3. Phương pháp phân loại HÌHÖIH. Xây dựng quy trình thiết kế theo mô-đun cho hệ thống tạo mẫu nhanh.

Phân tích nhiệm vụ thiết ÑỂ. Phát biểu bài toán thiết Kế. Lap kế hoạch thực hiện — biểu đồ thanh cho dự án thiết kế THÁY. Xéic inh circ yéu CAU KGS thuGit.

Xác định yêu cau kỹ thuật đối với hệ thống tạo mẫu nhanh. Phân tích chức năng hệ thống. Xây dựng đặc tính máy với yêu cầu chức năng chung. Xdy dyeng yétu Gt CAUC NANG cecseccssecscssssssssssssssssesssssessssssssessssesssiesssssassesssecesseeess 48 3.

Xác định hệ số quan trọng của yêu cầu chức năng chung. Thiết lập ma trận đồng dạng của hệ thống lẠO HẪM. Xác định ma trận đồng dạng chức năng của hệ thống tạo mẫu nhanh. Xác định ma trận đồng dạng kết cầu của hệ thống tạo mẫu nhanh.

Xác định ma trận đồng dạng tông hợp của hệ thống tạo mẫu nhanh. _ Thực hiện mô-đun chức năng trong máy. Thiết kế mô-đụn theo Chi HĂN. Thiết kế theo mô-đun chức năng kết CẤM.©ccc©c5e2cxecccxeccxerrererreesree 64 EU 7T), 7.

8nnnn nhe h641dAHg),H.HẰH)HẬH)H,àà. Thiết kế chỉ tiết phương án cho các mô-đun. Thong 50 thiét ké méiy yOU COU ceccessecscssssssssssssssssssssssssssssssscsssscsssscssscsssesssecesseess 69 3. Thiết kế sơ đô động CÚA MAY veecsecsssesssssssssssssssssssssesssssssssesssssssissssicsssissssessssecesseeess 69 3.

Xác định các yêu cẩu thiết kế cho cụm chức năng chính. Thiết kẾ cụm con NG ccccccscescessessessssssssssvsssssessessesressessssussussussessestesessassassassusasaeesees 71 EU 7T. 7a nn nhe hS4dđ.TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CHI TIẾT .-- <2 s° se se se s5 92 4. Tính toán thiết kế cụm ÌaS€T.---- 22 2+ EE+EE£EEEEEESEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEkErkrrrrrrk 92 4.

Chọn thấu kính và vận tốc quét laser tương thích. Tính toán thiết kế bộ truyền đại và chọn động cơ cho trục Ä. Tính toán chọn động cơ theo công suất tải cho trục Ÿ.4, Tinh toán thiết kế bộ truyÊH đại ceecseccssessssssssssssssssssssssssssssssssssssssiesssssssiesssecessecess 97 4. Tính toán thiết kế cụm con lăn.

Tính toán thiết kế cụm bàn nâng. Tính chọn động cơ thùng sản phẩm. _ Thiết kế khung máy. Mô hình 3D các nội dung tính toán thiết kế.

Mô hình cụm khung máy được thiết kế. Mô hình cụm Ïqs€F. Mô hình cụm con lăn. Mô hình hoá cụm thùng nâng.

Qui trình công nghệ lắp ráp các cụm thiết kế. Qui trình công nghệ lắp ráp cụm laser. Quy trình công nghệ lắp ráp cụm lăn bột. Quy trình công nghệ lắp ráp cụm bàn HÂng .THỰC TẾ CHẾ TẠO MỘT SỐ SẢN PHẨM.

Kết quả lắp ráp trên máy thực được từ kết quả nghiên cứu. Kết quả nghiên cứu thực nghiệm máy. Khảo sát nhiệt độ kết dính. 121 KÉT LUẬN VÀ KIEN NGHỊ.--- -- 2 s99 EEEEEEE1EE11112111121E211 111 crxeE 127 TÀI LIỆU THAM KHẢO.

-- 2-52 SSc9SE+SE9EEEEEESEEEEEEEEEEEEEEEE111111111111. 129 LÝ LỊCH TRÍCH NGANG.- 2 6-SSc S9 EEEEEEEEEE19E11112117111111111E 111111111 txe. 131 XI DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT Ký hiệu và chữ viết tắt Giải thích ý nghĩa Ghỉ chú RP Rapid Prototyping Công nghệ tạo mẫu nhanh SLS Selective Laser Sintering Công nghệ tạo mẫu nhanh SLS SLA Stereo Lithography Apparatus Công nghệ tạo mẫu nhanh SLA SGC Solid Ground Curing Céng nghé tao mau nhanh SGC Laminated Objective + LOM Công nghệ tạo mầu nhanh LOM Manufacturing FDM Fuse Deposition Modeling Công nghệ tạo mẫu nhanh FDM Bảng 1. xii DANH SACH BANG BIEU 1.

Cac phurong phap tao mau nhanh. Độ dày lớp bột và vận tốc quét có thê đối với một vài loại vật liệu. Thông số Laser sử dụng (Gray 2001, p. Ảnh hưởng của một số thuộc tính của vật liệu đến khả năng thiêu kết.

Bảng tổng kết các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình hoạt động của máy. Mối quan hệ giữa các bộ phận theo đặc điểm cấu trúc. Mối quan hệ giữa các bộ phận theo đặc điểm chức năng. Ma trận quan hệ giữa cấu trúc máy và hệ số tầm quan trọng.

Ma trận đồng dạng chức năng. Ma trận đồng dạng kết cấu. Ma trận đồng dạng tổng hợp. Ma trận mô-đun theo chức năng.

Ma trận mô-đun kết Cấu. Bang chỉ tiết tính toán chọn và chỉ tiết mua. Tổng hợp các thông số đầu vào của các cụm chính. Bảng đánh giá các phương án lựa chọn cụm laser.

Ma trận đánh giá phương án. Đánh giá phương ám. ¿+ 1111 HH HH nghiệt 76 14. Ma trận tính điểm và lựa chọn phương án.

Đánh giá sơ bộ các phương ấn. Ma trận đánh giá phurong an. Đánh giá phương án thiết kế. Ma trận tính điểm và lựa chọn phương án.

Đánh giá sơ bộ các phương ấn. Ma trận đánh giá phương án. Đánh giá phương ấn. - - 6 + 11v TT HH TH Tnhh 88 22.

Ma trận tính điểm và lựa chọn phương án. Đường kính của vết hội tụ bức xạ laser đối với một số loai laser. Thông số động cơ STVO. Bang tom tắt các nội dung đã thực hiện tính.

Thông số tính toán thiết kế bộ truyền trục vít me đai Ốc cụm bản nâng 104 xiii DANH SÁCH HÌNH VẼ Hình 1. Tạo mẫu nhanh từ mô hình thiết kế ba chiều Hinh 1. May Sinterstation HiQ Sinterstation® Pro DM100 SLM System.- ng HH 01H giưệt 6 Hình 1. Máy Sinterstation® Pro DIMIŨO.

Máy tạo mẫu nhanh FDM 200mc .-- 2-2 ©22©5+£+++c+++zx+erxversvee 7 Hình I. HH nưệt 8 Hình I. Patent 86 5,427,733 scccscsssssssssssssssessssecsssecsssccssscssseessseesssecsssesssesesseesaseeess 11 Hinh 1. So sánh QTSX truyền thống và sử dụng công nghệ tạo mẫu nhanh.

Các sản phẩm của công nghệ tạo mẫu nhanh. Sản phẩm sử dụng vật liệu polyme Hình 2. Cấu trúc hạt dang lớn của nhựa PS Hình 2. Sản phẩm sử dụng vật liệu kim loại và hợp kim.

Sản phẩm sử dụng vật liệu phi kim.-:--2¿©+©++ecc++eczxrerxx Hình 2. Tạo mẫu sản phẩm bằng laser thiêu kết Hình 3. Nguyên lý hoạt động của máy tạo mẫu nhanh thiêu kết laser. Biểu đồ lắp ráp máy tính cá nhân.----¿2©+++2c+++tzx+etzxrerxx 33 Hình 3.

Phân tích theo cấu trúc của hệ thống xe.---¿--¿cc++csxeecxs 34 Hình 3. Phân tích theo cấu trúc của bộ phận chuyên chở. Ma trận liên thuộc chỉ tiẾt-máyy.-- 2-2: ©2+¿2E+2EE2EE2EEzrxzrkezrk 35 Hình 3. Các chỉ tiết và máy được nhóm lại và tách khỏi ma trận.

Qui trình thiết kế theo mô đun tổng quát. Cấu trúc động cơ và bộ truyền động. Cấu trúc động cơ và bộ cấp bột. Cấu trúc động cơ và con lăn bột.

Cấu trúc động cơ và bộ chiếu laser.-----2¿©++2++2zx+zzxezzxezrs 45 Hình 3. Cấu trúc động cơ và giá đỡ. Kết cấu chung của hệ thống tạo mẫu nhanh SLS. Kết cấu khung máyy.----2¿-©2+5++2E++2EE+t2EEEtEEEverrxrerrrrerrrrrrkx 67 Hinh 3.

Sơ đồ động cụm thiêu kết laser theo hai phương XY. Sơ đồ động cụm con lăn và cấp bột. Sơ đồ phân tích thông số đầu vào và đầu ra cụm laser máy SLS. Sơ đồ phân tích cụm thiêu kết laser.----¿--¿©cs+2c+sz+zxeeccsez 71 19.

Kt cu Hexapod. Phương án sử dụng hệ gương lật. Phương án sử dụng nguồn laser gắn trực tiếp lên ray trượt XY. Thiết kế ray trượt XY kết hợp hệ thống lăng kính.

Sơ đồ phân tích thông số đầu vào và đầu ra cụm con lăn. Sơ đồ phân tích cụm con lăn. Phương án sử dụng tắm gạt phẳng. Phương án sử dụng tắm gạt quay 27.

Phương án sử dụng con lăn gắn thêm động cơ. Phương án sử dụng con lăn tích hợp động cơ. Sơ đồ phân tích thông số đầu vào và đầu ra cụm bàn nâng. Sơ đồ phân tích cụm bàn nâng máy SLS.

Phương án trỤC VÍf Tm€.