CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1. Tình hình nghiên cứu trên thế giới In 3D (3DP) đang trở thành một công nghệ ngày càng phổ biến, cho phép tạo ra các cấu trúc hình học 3D chính xác. Công nghệ đầu tiên được sử dụng cho in 3D trong dược phẩm bằng cách in phun một dung dịch chất kết dính lỏng lên vật liệu bột (Rowe et al., 2000; Wu et al. Quá trình này bắt đầu bằng cách trải một lớp bột lên một cơ cấu dạng piston, sau đó một loại chất kết dính dùng để liên kết các hạt bột với nhau.
Quá trình này được lặp lại cho đến khi hình học mong muốn được tạo ra (Katstra etal. Đây là phương pháp được sử dụng để sản xuất Spritam®, loại thuốc in 3D đầu tiên được FDA chấp thuận. Tuy nhiên, in 3D bột bị giới hạn về hình học của các sản phẩm in (đặc biệt, các lỗ rỗng long vật thể ) Phương pháp in phun lớp (FDM) là một loại công nghệ 3DP khác. Ở đây, các sợi polyme được gia nhiệt đến trạng thái lỏng và được ép đùn ra qua một đầu phun và đông cứng theo lớp (Goyanes et al.
Một trong những ưu điểm của công nghệ này là độ phân giải cao hơn so với in trên nền bột, cho phép tạo ra các kết cấu phức tạp hơn và đạt được độ chính xác tốt hơn (Goyanes et al. FDM cũng cung cấp các ưu điểm về độ bền cơ học tốt (Chia và Wu, 2015), Một thách thức đối với FDM là hạn chế của vật liệu nhựa nhiệt dẻo với các đặc tính độ nhớt tan chảy tốt. Một bất lợi cho FDM là không có khả năng sử dụng các vật liệu có nhiệt độ chảy cao. Bằng cách kết hợp giữa tia UV (ultraviolet) của lazer và và đặc tính của nhựa photopolymer ( loại nhựa nhạy sáng với tia UV, khi có tia UV chiếu vào nó sẽ đông cứng lại).
Với sự trợ giúp của máy tính sẽ đưa tín hiệu di chuyển hệ thống quét (Scaner System), để vẽ từ một thiết kế có sẵn hoặc hình dạng trên bề mặt của photopolymer. Từ đó vật thể sẽ sẽ đông cứng lại theo từng lớp (Layer of Solidified Resin). Việc đắp lớp dần dần này sẽ giúp tạo ra vật thể 3D hoàn thiện (Melchels et al.1 Nguyên lý hoạt động của công nghệ in 3D SLA Trong in SLA, năng lượng truyền qua laser rất quan trọng và chịu ảnh hưởng bởi cường độ của nguồn ánh sáng, tốc độ quét, thời gian phơi sáng và lượng polymer và photoinitiator (Chia và Wu, 2015). SLA cũng vượt trội so với các kỹ thuật 3DP khác về 1 Luan van độ phân giải (10 µm so với 50-200 µm đối với công nghệ chế tạo khác), (Melchels et al.
Tình hình nghiên cứu trong nước. Trong nước hiện nay việc ứng dụng SLA còn rất hạn chế do chi phí giá thành thiết bị rất cao. Việc ứng dụng tạo mẫu in SLA chỉ sử dụng phần lớn trong các công ty nước ngoài có tiềm lực mạnh. Tính cấp thiết đề tài.
Phương pháp tạo mẫu nhanh SLA (Stereo Lithography Aparatus) được phát minh bởi Charles Hull vào năm 1984 và được phát triển bởi công ty 3D Systems – Mỹ (thành lập năm 1996 Charles W. Hull và Raymond – S – Freed). Hiện tại trong nước việc ứng dụng in 3D theo công nghệ SLA vẫn chưa phổ biến chủ yếu do giá thành máy rất cao đồng thời với nguyên nhân hạn chế trong chuyển giao công nghệ và ứng dụng. Phương pháp in 3D SLA có nhiều ưu điểm vượt trộn hơn các phương pháp khác ở nhiều mặt như: + Các chi tiết được in bằng công nghệ in 3D SLA có độ chính xác rất cao (thông thường nhỏ hơn 0.
Do đó việc sử dụng công nghệ in 3D này trong việc gia công các chi tiết trong Y khoa, đồ trang sức hoặc các chi tiết máy cần độ chính xác cao là rất cần thiết. + Sử dụng nguồn năng lượng laser hoặc tia UV nên tốc độ in nhanh hơn các công nghệ in 3D khác. Vật ít rất ít chịu tác dụng nhiệt nên hạn chế tối thiểu việc biến dạng sản phẩm sau khi in. + Tiết kiệm được nguyên liệu so với các phương pháp gia công truyền thống, nhựa lỏng thừa khi in xong chi tiết vẫn dùng để tái sử dụng trong các lần in tiếp theo.
+ Các vật liệu dùng để in 3D SLA ngày càng đa dạng có thể ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau. + Tiết kiệm thời gian và chi phí khi gia công các bản mẫu (prototyping) trước khi đưa vào sản xuất. Giới hạn và phương pháp nghiên cứu. Giới hạn đề tài.
+ Nghiên cứu nguyên lý và lý thuyết in 3D SLA + Chế tạo máy in SLA với khổ in dự kiến 70mm x 100mm + Độ chính xác của layer in < 50um 1. Phương pháp nghiên cứu. Phương pháp thu thập và tổng hợp tài liệu: Thu thập, phân tích và biên dịch tài liệu liên quan tới kỹ thuật in 3D SLA đảm bảo tính đa dạng, đa chiều và tận dụng được các kết quả của các nghiên cứu mới nhất, phù hợp với nội dung nghiên cứu của đề tài b. Phương pháp phân tích thực nghiệm: 2 Luan van - Dựa trên các kết quả phân tích đánh giá, lựa chọn được cấu hình thiết bị phù hợp, tối ưu - Áp dụng quy trình thí nghiệm trên các thiết kế khác nhau của từng sản phẩm in c.
Phương pháp phân tích so sánh: Dựa trên các kết quả thực nghiệm, các tiêu chí về chất lượng in và độ chính xác sẽ được tổng hợp và phân tích. Từ đó làm sáng tỏ lý thuyết và kết quả có tính thuyết phục cao.5 Nội dung nghiên cứu 1. Thu thập và phân tích tài liệu về kỹ thuật về phương pháp in SLA 2. Nghiên cứu các phương pháp điều khiển và phương pháp hóa rắn chất lỏng nhạy sáng 3.
Tìm hiểu các yêu cầu về vật liệu cũng như đặc tính của từng loại vật liệu phù hợp 4. Thiết kế máy in 3D SLA 5. Tiến chế tạo và hoàn thiện 6. Thử nghiệm in sản phẩm cụ thể 7.
So sánh và phân tích các kết quả. Tổng kết và đưa ra các nhận xét về chất lượng và độ chính xác đạt được 3 Luan van CHƯƠNG 2. TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ IN 3D SLA 2.1 Giới thiệu công nghệ in 3D Cách nay khoảng 40 năm về trước, những ai lần đầu tiên nghe tiếng phát ra trên radio, nhìn thấy hình mình trên một tấm giấy, hay xem những con người bé tí chạy nhảy trong chiếc hộp vuông vuông thì đã là một cái gì không thể tưởng tượng nổi. Ngày nay, khoa học công nghệ phát triển vượt bậc, đi bất cứ đâu chúng ta cũng có thể nghe thấy nhan nhản những TV 3D, Phim 3D, âm thanh 3D, hình 3D.
Tất cả những cụm từ trên đều dùng để chỉ những công nghệ tạo ảo giác hình khối lên thị giác và thính giác của con người, nhằm mô phỏng lại những gì ta có thể thấy và nghe được.1: Tivi hình chiếu 3D Nhưng 3D trong công nghệ in 3D là một định nghĩa hoàn toàn khác với 3D mang tính mô phỏng đã nói ở trên. 3D ở đây là sản phẩm thật, vật thể thật mà có thể cầm trên tay, sờ mó, quan sát một cách chính xác, 3D ở đây là mọi thứ xung quanh, mà từ nguyên thủy đến hiện nay con người vẫn tiếp xúc hằng ngày, quá quen thuộc và hầu như không còn gọi chúng sản phẩm in 3D nữa. 4 Luan van Hình 2.2: Một số sản phẩm in 3D 2.2 Công nghệ in 3D là gì? Công nghệ in 3D hay công nghệ tạo mẫu nhanh là cách thức để thực hiện việc in 3D, hay cách thức để máy in 3D hoạt động. Ngày nay công nghệ in 3D phát triển rất đa dạng, với mỗi sản phẩm 3D có thể được in ra với nhiều loại vật liệu khác nhau, vật liệu dạng khối, dạng lỏng, dạng bột bụi.
Với mỗi loại vật liệu cũng có nhiều phương thức để in như sử dụng tia laser, dụng cụ cắt, đùn ép nhựa … Cách thức in thì có in từ dưới lên, in từ đỉnh xuống.3: Công nghệ in 3D FDM Công nghệ in 3D có những đặc điểm gì khiến các chuyên gia đánh giá đây là một xu hướng phát triển đầy mạnh mẽ trong thời gian tới, xu hướng của tương lai ? Ưu điểm đầu tiên đúng như tên gọi của nó : công nghệ tạo mẫu nhanh, công nghệ này có sự vượt trội về thời gian chế tạo một sản phẩm hoàn thiện. “Nhanh” ở đây cũng chỉ là một giới hạn tương đối. Thông thường, để tạo ra một sản phẩm mới mất khoảng từ 3 – 72 giờ, phụ thuộc vào kích thước và độ phức tạp của sản phẩm. Có thể bạn cho rằng khoảng thời gian này có vẻ chậm, nhưng so với thời gian mà các công nghệ chế tạo truyền thống thường mất từ nhiều tuần đến nhiều tháng để tạo ra một sản phẩm thì nó nhanh hơn rất nhiều.
Chính vì cần ít thời gian hơn để tạo ra sản phẩm nên các công ty sản xuất tiết kiệm được chi phí, nhanh chóng đưa ra thị trường những sản phẩm mới. 5 Luan van 1 Hình 2.4: Hình ảnh các lớp layer đang được in liền nhau để tạo thành sản phẩm Ưu điểm đặc biệt thứ hai : như trong ví dụ hình dung về in 3d bên trên, ta có thể chế tạo được cái đầu người với đầy đủ các bộ phận cả bên trong lẫn bên ngoài một cách chi tiết chỉ trong một lần thực hiện mà cácphương pháp truyền thống không thể chế tạo được. Trên thế giới có rất nhiều công nghệ in 3D, từ đơn giản tới phức tạp, từ vật liệu nhựa cho tới kim loại, gốm, thủy tinh. ta tạm pphân loại công nghệ in 3D thành 3 nhóm chính Công nghệ FDM là công nghệ in 3D đơn giản và có giá thành rẻ nhất.
Cũng là công nghệ in trong hầu hết các máy in 3D trên thị trường. Về cơ bản, máy in FDM sẽ nung nóng chảy và đùn sợi dây nhựa theo từng lớp một tạo thành mô hình.5: Mô phỏng máy in 3D FDM 6 Luan van 2.3 Các công nghệ in 3D sử dụng vật liệu lỏng Là tên gọi chung của một loạt công nghệ in 3D dựa trên loại mực in 3D resin lỏng. Gồm có, công nghệ SLA, SLA và IN 3D liên tục.6: Sơ đồ các công nghệ in vật liệu lỏng Ưu điểm: Công nghệ in3D RESIN cho ra sản phẩm có độ mịn cao nhất. Nhược điểm: Quy trình in resin phức tạp, chỉ nên dùng để in các mẫu bé và tinh xảo.
Ứng dụng: Tạo mẫu 3D đồ trang sức, nha khoa, mô hình minature.