I. Giới thiệu về máy in 3D gốm sứ tại HCMUTE
Đề tài nghiên cứu "Thiết kế và chế tạo máy in 3D cho chi tiết gốm sứ" tại Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh (HCMUTE) tập trung vào việc ứng dụng công nghệ in 3D gốm để tạo ra các chi tiết gốm sứ phức tạp. Nghiên cứu này mang tính cấp thiết trong bối cảnh công nghiệp 4.0, đòi hỏi sự tối ưu hóa sản xuất, giảm chi phí và nâng cao chất lượng sản phẩm. Máy in 3D gốm sứ được xem là giải pháp tiềm năng, đáp ứng nhu cầu tạo mẫu nhanh và sản xuất hàng loạt các sản phẩm gốm với độ chính xác cao, khắc phục hạn chế của phương pháp truyền thống. Nghiên cứu hướng đến mục tiêu thiết kế và chế tạo một máy in 3D gốm sứ hiệu quả, kinh tế, phù hợp với điều kiện sản xuất tại Việt Nam. Nghiên cứu in 3D gốm sứ này đóng góp vào việc đào tạo sinh viên, thúc đẩy ứng dụng công nghệ in 3D trong lĩnh vực gốm sứ, và mở ra hướng phát triển mới cho ngành công nghiệp này.
1.1 Tính cấp thiết và ý nghĩa của đề tài
Trong kỷ nguyên công nghiệp 4.0, tự động hóa là xu hướng tất yếu. Máy in 3D giúp tiết kiệm nhân công, nguyên vật liệu, năng lượng và nâng cao chất lượng sản phẩm. Ngành gốm sứ, với phương pháp thủ công truyền thống, cần được hiện đại hóa. In 3D chi tiết gốm giải quyết bài toán này bằng cách tự động hóa quy trình sản xuất, tạo ra sản phẩm phức tạp, tiết kiệm thời gian. Ứng dụng máy in 3D trong gốm sứ mang lại hiệu quả kinh tế cao, đáp ứng nhu cầu thị trường. Máy in 3D gốm sứ HCMUTE là một nỗ lực quan trọng hướng tới mục tiêu này. Nghiên cứu khoa học in 3D gốm sứ tại HCMUTE tập trung vào việc sử dụng vật liệu mới, thiết kế máy in 3D tối ưu về chi phí và hiệu quả vận hành. Đây là một bước tiến quan trọng trong việc ứng dụng công nghệ in 3D gốm tại Việt Nam. Dịch vụ in 3D gốm sứ tại HCMUTE có thể mở rộng trong tương lai.
1.2 Mục tiêu và phạm vi nghiên cứu
Mục tiêu chính là thiết kế và chế tạo máy in 3D gốm sứ sử dụng công nghệ FDM (Fused Deposition Modeling). Nghiên cứu bao gồm việc tìm hiểu về tạo hình gốm sứ, thiết kế cơ cấu truyền động, thiết kế đầu phun, và phần mềm điều khiển. Phần mềm thiết kế gốm sứ 3D đóng vai trò quan trọng trong quá trình này. Việc lựa chọn vật liệu in 3D gốm sứ phù hợp cũng được nghiên cứu kỹ lưỡng. Quy trình in 3D gốm sứ được tối ưu hóa để đảm bảo chất lượng sản phẩm. Chi phí in 3D gốm sứ được xem xét để đảm bảo tính kinh tế. Ưu điểm in 3D gốm sứ nằm ở khả năng tạo hình phức tạp, chính xác cao và giảm thiểu thời gian sản xuất. Ngược lại, nhược điểm in 3D gốm sứ cũng cần được đánh giá để tìm ra giải pháp khắc phục. So sánh in 3D gốm sứ với phương pháp truyền thống giúp làm rõ tính ưu việt của công nghệ mới. Tương lai của in 3D gốm sứ rất sáng lạn với nhiều ứng dụng trong các lĩnh vực khác nhau.
II. Phương pháp nghiên cứu và kết quả
Nghiên cứu kết hợp phương pháp lý thuyết và thực nghiệm. Phần lý thuyết tập trung vào tìm hiểu công nghệ in 3D gốm, thiết kế cơ khí, và lựa chọn vật liệu. Phần thực nghiệm bao gồm chế tạo mô hình máy in 3D gốm sứ, kiểm nghiệm và đánh giá sản phẩm. Máy in 3D gốm sứ chất lượng cao là mục tiêu hướng tới. Thiết kế và chế tạo sản phẩm gốm sứ 3D là kết quả chính của nghiên cứu. In 3D gốm sứ độ bền cao được hướng đến thông qua việc lựa chọn vật liệu và tối ưu hóa quy trình. In 3D gốm sứ mẫu sắc đa dạng là một tiềm năng của công nghệ này. Đào tạo in 3D gốm sứ là một trong những đóng góp của đề tài. Khóa học in 3D gốm sứ có thể được phát triển dựa trên kết quả nghiên cứu. Ứng dụng gốm sứ 3D trong kiến trúc, ứng dụng gốm sứ 3D trong nghệ thuật, và ứng dụng gốm sứ 3D trong y tế là những hướng phát triển tiềm năng.
2.1 Phân tích thiết kế máy in 3D
Thiết kế máy in 3D gốm sứ dựa trên nguyên lý FDM, tối ưu hóa cấu trúc khung máy để đảm bảo độ chính xác và ổn định. Máy in 3D gốm sứ HCMUTE sử dụng các linh kiện cơ khí có độ chính xác cao. Cơ cấu truyền động được tính toán kỹ lưỡng để đảm bảo hiệu suất hoạt động. Đầu phun được thiết kế đặc biệt để tương thích với vật liệu đất sét. Vật liệu in 3D gốm sứ được lựa chọn dựa trên các tiêu chí về độ bền, độ chính xác, và khả năng tương thích với đầu phun. Kiểm nghiệm mô hình ANSYS được thực hiện để đánh giá độ bền và khả năng chịu lực của các bộ phận. In 3D gốm sứ chính xác cao là mục tiêu của quá trình thiết kế. Thiết kế và chế tạo sản phẩm gốm sứ 3D đòi hỏi sự kết hợp giữa kiến thức lý thuyết và thực tiễn. In 3D gốm sứ độ phân giải cao có thể được đạt được bằng cách tối ưu hóa thông số in. HCMUTE và công nghệ in 3D gốm sứ tạo nên một bước tiến quan trọng trong nghiên cứu và ứng dụng công nghệ tại Việt Nam.
2.2 Kết quả và ứng dụng
Kết quả nghiên cứu bao gồm mô hình 3D, kết quả kiểm nghiệm ANSYS, và mô hình máy in 3D. Máy in 3D gốm sứ giá rẻ có thể được phát triển dựa trên kết quả nghiên cứu. In 3D gốm sứ đơn giản là mục tiêu để phổ biến công nghệ. Ứng dụng gốm sứ 3D trong các lĩnh vực khác nhau là hướng phát triển quan trọng. Nghiên cứu khoa học in 3D gốm sứ tại HCMUTE đã chứng minh khả năng ứng dụng công nghệ này trong sản xuất gốm sứ. Máy in 3D gốm sứ này được kỳ vọng sẽ giúp thúc đẩy sự phát triển của ngành công nghiệp gốm sứ Việt Nam. Nghiên cứu này tạo ra giá trị thiết thực cao. Công trình này có thể được ứng dụng trong cả giảng dạy và sản xuất. In 3D gốm sứ đồ bản cao là một trong những tiềm năng được khai thác. Kết quả nghiên cứu có thể được công bố và chia sẻ rộng rãi.
