Chương 1: TỔNG QUAN VỀ MÁY IN 3D 1. Các loại mô hình máy in 3D hiện có trên thị trường Trên thị trường hiện nay có 2 loại máy in 3D phổ biến nhất là máy in 3D nhựa MSLA (Masked StereoLithogrAphy) và máy in 3D dạng sợi FDM (mô hình lắng đọng hợp nhất). Trong đó: – Máy in 3D nhựa sử dụng vật liệu được bảo dưỡng bằng tia cực tím để tạo thành mô hình từng lớp một khi nó bốc lên từ thùng chất lỏng. Phong cách in 3D này có thể tạo ra các mô hình rất chi tiết, nhưng nó đòi hỏi phải làm sạch và xử lý hậu kỳ nhiều hơn bạn nghĩ.
1 Máy in 3D nhựa MSLA – Máy in 3D dạng sợi sử dụng nguyên liệu đầu vào được đưa vào vòi phun nóng và đùn ra từng lớp để tạo thành mô hình rắn. Phong cách in này yêu cầu xử lý hậu kỳ ít hoặc không cần xử lý sau, nhưng dẫn đến hình thức nhìn chung sẽ thô hơn. 2 Máy in 3D dạng sợi FDM SVTH: Nguyễn Ngọc Sơn Trang 13 Trường Cao đẳng Công nghệ Thủ Đức Khoa Điện – Điện tử 1. Máy in 3D theo công nghệ FDM Công nghệ in FDM là sáng kiến của Scott Crump được ra đời vào cuối những năm 1980.
Máy in 3D FDM vận hành bằng phương thức đùn các sợi nhựa nóng chảy, thực hiện in từng lớp và bồi đắp dần thành cấu trúc chi tiết theo dạng khối 3D. 3 Máy in 3D công nghệ FDM của những đời đầu Vật liệu thường được sử dụng phổ biến trong công nghệ in FDM là những loại nhựa in nhiệt dẻo như: ABS, PLA, … Đây là công nghệ in 3D cho khả năng in hoàn hảo những nguyên mẫu với hiệu suất cao. Thời gian tạo ra sản phẩm còn tùy thuộc vào kích thước và độ phức tạp của vật thể cũng như chất lượng của máy in. Những vật thể có nhiều chi tiết phức tạp thì thời gian in sẽ lâu hơn và ngược lại, các vật thể có kích thước nhỏ sẽ được hoàn thành nhanh chóng hơn.
Hiện nay, công nghệ in FDM được ứng dụng khá phổ biến trong nhiều lĩnh vực khác nhau với sự đa dạng về vật liệu in và giá thành khá rẻ. SVTH: Nguyễn Ngọc Sơn Trang 14 Trường Cao đẳng Công nghệ Thủ Đức Khoa Điện – Điện tử Hình 1. 4 Sản phẩm in ra có độ chính xác và thẩm mỹ cao 1. Cấu tạo Cấu tạo cơ bản của một chiếc máy in 3D FDM cụ thể như sau: – Hệ thống phần mềm và máy tính: các phần mềm này thực hiện nhiệm vụ nhận thiết kế CAD định dạng STL và chia thiết kế sản phẩm thành các mặt cắt ngang – Cơ cấu điều khiển đầu đùn máy: chúng di chuyển theo 2 hướng XY – Đầu đùn: bộ phận này được điều khiển nhờ vào các file đã được định trước – Sáp hoặc sợi nhựa nhiệt dẻo: các vật liệu này sẽ được đùn qua một đầu in nhỏ đã được gia nhiệt – Cơ cấu cung cấp các sợi nhựa (Bộ đùn) – Bàn in: có thể hạ xuống hoặc nâng lên và di chuyển theo trục Z SVTH: Nguyễn Ngọc Sơn Trang 15 Trường Cao đẳng Công nghệ Thủ Đức Khoa Điện – Điện tử 1.
Nguyên lý hoạt động In 3D Công nghệ bồi đắp vật liệu, là một chuỗi kết hợp các công đoạn khác nhau để tạo ra một vật thể ba chiều. Trong In 3D, các lớp vật liệu được đắp chồng lên nhau và được định dạng dưới sự kiểm soát của máy tính để tạo ra vật thể. Các đối tượng này có thể có hình dạng bất kỳ, và được tạo ra từ một mô hình 3D hoặc các nguồn dữ liệu điện tử khác. Máy In 3D thật ra là một loại robot công nghiệp.
Nó có nhiều công nghệ khác nhau, như in li-tô tập thể (STL) hay mô hình hóa lắng đọng nóng chảy (FDM). Do đó, không giống một quy trình gia công loại bỏ vật liệu thông thường, In 3D sản xuất đắp dần một đối tượng ba chiều từ mô hình thiết kế có sự hỗ trợ của phần mềm máy tính (AutoCad, SketchUp, …) hoặc là các tập tin AMF, thường bằng cách thêm vật liệu theo từng lớp. 5 Công nghệ bồi đắp vật liệu của máy in 3D dạng FDM 1. Thuận lợi và hạn chế của công nghệ FDM Thuận lợi: – Dễ dàng thay thế và sửa chữa các bộ phận với giá thành phải chăng, dễ tìm kiếm.
– Máy chỉ sử dụng ít nguyên liệu và có thể in với một số lượng lớn. – Có tốc độ tạo hình 3D khá nhanh. – Bảo dưỡng, bảo trì được thực hiện dễ dàng. – Trong suốt quá trình hoạt động, máy ít tạo ra tiếng ồn, sử dụng nhựa nhiệt dẻo không độc, không mùi nên không làm ảnh hưởng đến môi trường.
Hạn chế: – Độ chính xác của sản phẩm chưa cao, bề mặt của chi tiết in không được mịn đẹp – Độ chính xác và tính thẩm mỹ không được đánh giá cao. SVTH: Nguyễn Ngọc Sơn Trang 16 Trường Cao đẳng Công nghệ Thủ Đức Khoa Điện – Điện tử 1. Vật liệu nhựa in 3D Nhựa in 3D là vật liệu để bồi đắp lên mô hình sản phẩm bằng những công nghệ in 3D thông qua sự hỗ trợ của máy in 3D và các phần mềm kỹ thuật. Có rất nhiều các loại vật liệu khác nhau tùy thuộc vào nhu cầu và phương pháp công nghệ để có thể đưa ra sự lựa chọn, vật liêu in 3D là yếu tố quan trọng để cấy thành lên sản phẩm (chất lượng, độ bền, độ cứng, độ thẩm mỹ, ….
6 Vật liệu in 3D dạng sợi 1. Những loại nhựa in 3D phổ biến Vật liệu in3d có tới 25 loại từ nhựa PLA thông dụng, tới các loại nhựa nhiệt dẻo để làm sản phẩm có tính đàn hồi như vỏ giày, xích xe tăng, băng tải,. Rồi tới nhựa kỹ thuật POM, Acrylic. Về mỹ thuật sẽ có các dòng vật liệu chuyên cho giả gỗ, thép, đồng,.
và cả vật liệu thay đổi màu sắc khi chiếu ánh sáng vào, rồi vật liệu phản quang, … Tên của 25 loại nhựa: PLA, ABS, PETG (PET, PETT), Nylon, TPE, TPU, TPC (Flexible), PC (Polycarbonate), Exotic and Recreational Types of 3D Printer Filament, Wood, Metal, Biodegradable (bioFila), Conductive, Glow-in-the-Dark, Magnetic, Color- Changing, Clay/Ceramic, Professional Types of 3D Printer Filament, Carbon Fiber, PC / ABS, HIPS, PVA, Wax (MOLDLAY), ASA, PP, Acetal (POM), PMMA (Acrylic), Cleaning, FPE SVTH: Nguyễn Ngọc Sơn Trang 17 Trường Cao đẳng Công nghệ Thủ Đức Khoa Điện – Điện tử 1. Những loại nhựa thường được sử dụng để in 3D Nhựa PLA Đây được xem là nhựa phổ biến nhất cho các dòng máy gia đình vì không độc, dễ in và không có mùi. Được làm từ bột bắp (nhưng cũng có thể tìm thấy giống mía và khoai mì), làm cho nó có thể phân hủy sinh học. Đây là một vật liệu dễ dàng để in 3D.
Ngoài ra, PLA phát ra một mùi thơm ngọt ngào dễ chịu khi được làm nóng. Vì lý do này, nhiều người thích nó hơn ABS. Hơn nữa, nó là một vật liệu in 3D phù hợp cho tiếp xúc với thực phẩm (tuy nhiên, PET là lựa chọn số một) và nó co lại ít hơn so với ABS khi làm mát. Về nhược điểm, PLA kém bền hơn so với ABS và dễ bị nóng.
Vì vậy, đối với các bộ phận cần cho các mục đích kỹ thuật, tốt hơn nên dùng ABS. PLA có nhiều màu sắc. Ngoài ra, có thể tạo cho nó vẻ ngoài của gỗ hoặc kim loại. Giống như sợi nhựa ABS Ứng dụng: Mô hình khái niệm, Dự án DIY, Dự án DIY Mô hình chức năng, Sản xuất Hình 1.
7 Nhựa PLA trên thị trường Thuộc tính nhựa – Độ cứng: Cao, Độ dẻo: Kém và độ bền: Trung bình – Nhiệt độ in: 180-230 độ, thường chọn chuẩn là 200 độ – Nhiệt độ bàn gia nhiệt: 20-60 độ (nhưng không cần thiết lắm) – Độ co ngót khi nguội: Ít SVTH: Nguyễn Ngọc Sơn Trang 18 Trường Cao đẳng Công nghệ Thủ Đức Khoa Điện – Điện tử – Nhựa PLA chịu nhiệt kém do đó sản phẩm in không nên dùng trong môi trường trên 60 độ – Ứng dụng của nhựa PLA: In hộp đựng, in chi tiết chịu mòn kém, in đồ chơi, in mô hình Nhựa ABS Đây là loại nhựa thông dụng thứ 2, được dùng khi sản xuất các chi tiết chịu nhiệt, chịu lực và thường in trong môi trường kín, không có con người. Acrylonitrile butadiene styrene (ABS) là vật liệu phổ biến trong các sản phẩm dân dụng và công nghiệp như đồ chơi lego, mũ bảo hiểm, cơ tính khá tốt bù lại in sẽ khó hơn do nhiệt độ cao, độ co ngót lớn (dễ nứt), và nặng mùi, hơi độc). 8 Sản phẩm được làm từ nhựa ABS Thuộc tính nhựa – Độ cứng: cao, độ bền: cao, độ đàn hồi: trung bình – ĐỘ khó khi in: Trung bình – Nhiệt độ in: 210 – 250 độ – Nhiệt độ bàn gia nhiệt: 80-110 độ – Dung môi xử lý: aceton, eston – Không an toàn cho ứng dụng trong đồ dùng thực phẩm SVTH: Nguyễn Ngọc Sơn Trang 19 Trường Cao đẳng Công nghệ Thủ Đức Khoa Điện – Điện tử – Ứng dụng: hộp đựng tay nghe, đồ chơi chịu mòn, tay cầm dụng cụ, các bộ phận xe cộ, và vỏ hộp điện Vật liệu PEEK PEEK là một trong những vật liệu in 3D được thiết kế cho các bộ phận hiệu suất cao. Nhựa này có khả năng chịu ứng suất, nhiệt độ và hóa chất cao.
Nhưng đó không phải là tất cả, các bộ phận được chế tạo từ PEEK có thể tiếp xúc với bức xạ tia X và gamma. Mặc dù khá cứng nhưng vật liệu này dễ chế tạo. Tuy nhiên, điều hấp dẫn về khả năng chịu nhiệt độ là máy in 3D của bạn phải nóng tới 400 ° C để đùn loại vật liệu này – nên in với một dịch vụ in 3D chuyên nghiệp. Bên cạnh mức giá cao, đây có thể là điều không nên đối với bạn vì những lo ngại về an toàn.
Nhờ các đặc tính tuyệt vời của chúng, vật liệu in 3D PEEK được sử dụng trong các ứng dụng đòi hỏi khắt khe nhất mà ngành công nghiệp ô tô, hàng không vũ trụ, hóa chất và y tế có thể tập hợp được. Điều đó bao gồm các dụng cụ y tế mà còn các thành phần bán dẫn. 9 Vật liệu PEEK được ứng dụng vào công nghệ in 3D – Công nghệ in: FDM, SLS – Ứng dụng: Sản xuất (ngành công nghiệp ô tô, hàng không vũ trụ, hóa chất và y tế) – Đặc tính: Tương thích sinh học, Độ bền cao, Chịu nhiệt, Cứng.