I. Giới thiệu về công nghệ FDM
Công nghệ FDM (Fused Deposition Modeling) là một trong những công nghệ AM (Additive Manufacturing) phổ biến nhất hiện nay. Công nghệ này cho phép tạo ra các sản phẩm bằng cách đùn vật liệu theo từng lớp, từ đó tạo ra hình dạng mong muốn. FDM sử dụng các vật liệu nhựa nhiệt dẻo như PLA, ABS, và PEEK, mang lại nhiều lợi ích cho ngành công nghiệp, đặc biệt trong lĩnh vực kỹ thuật cơ khí. Tuy nhiên, để nâng cao chất lượng sản phẩm, cần cải thiện các thông số công nghệ như độ chính xác kích thước và độ bền kéo. Việc nghiên cứu và phát triển công nghệ FDM không chỉ giúp tối ưu hóa quy trình sản xuất mà còn mở ra nhiều cơ hội ứng dụng trong thực tiễn.
1.1. Đặc điểm và ưu điểm của công nghệ FDM
Công nghệ FDM có nhiều ưu điểm nổi bật như chi phí đầu tư thấp, dễ vận hành và bảo trì. Các thiết bị FDM thường có cấu trúc đơn giản, giúp người dùng dễ dàng làm quen và sử dụng. Hơn nữa, công nghệ này cho phép sản xuất các sản phẩm có độ phức tạp cao mà không cần đến các công nghệ chế tạo truyền thống. Tuy nhiên, để đạt được chất lượng sản phẩm tốt nhất, cần phải kiểm soát các thông số công nghệ trong quá trình sản xuất. Việc này không chỉ giúp cải thiện độ chính xác kích thước mà còn nâng cao độ bền kéo của sản phẩm, từ đó đáp ứng tốt hơn nhu cầu của thị trường.
II. Các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm FDM
Chất lượng sản phẩm FDM phụ thuộc vào nhiều yếu tố, trong đó các thông số công nghệ là yếu tố quan trọng nhất. Các thông số như chiều dày lớp, tốc độ đầu đùn, nhiệt độ đầu đùn và nhiệt độ buồng tạo sản phẩm đều có ảnh hưởng lớn đến chất lượng sản phẩm. Nghiên cứu cho thấy rằng việc điều chỉnh các thông số này có thể cải thiện đáng kể độ chính xác kích thước và độ bền kéo của sản phẩm. Việc áp dụng các phương pháp như phân tích phương sai (ANOVA) và tối ưu hóa hàm mục tiêu bằng phương pháp RSM (Response Surface Methodology) giúp xác định các thông số tối ưu cho quy trình sản xuất.
2.1. Chiều dày lớp và ảnh hưởng đến chất lượng
Chiều dày lớp là một trong những thông số quan trọng nhất trong công nghệ FDM. Nó ảnh hưởng trực tiếp đến độ chính xác kích thước và độ nhám bề mặt của sản phẩm. Nghiên cứu cho thấy rằng chiều dày lớp quá lớn có thể dẫn đến sản phẩm có bề mặt không mịn và độ chính xác không cao. Ngược lại, chiều dày lớp quá nhỏ có thể làm tăng thời gian sản xuất và chi phí. Do đó, việc tìm ra chiều dày lớp tối ưu là rất cần thiết để nâng cao chất lượng sản phẩm.
2.2. Tốc độ đầu đùn và ảnh hưởng đến độ bền kéo
Tốc độ đầu đùn cũng là một yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm. Tốc độ này cần được điều chỉnh phù hợp để đảm bảo rằng vật liệu được đùn ra một cách đồng đều và liên tục. Nếu tốc độ quá nhanh, có thể dẫn đến hiện tượng thiếu hụt vật liệu, làm giảm độ bền kéo của sản phẩm. Ngược lại, tốc độ quá chậm có thể làm tăng thời gian sản xuất và gây lãng phí nguyên liệu. Việc tối ưu hóa tốc độ đầu đùn sẽ giúp cải thiện đáng kể độ bền kéo và độ chính xác kích thước của sản phẩm.
III. Quy trình kiểm soát chất lượng trong sản xuất FDM
Để nâng cao chất lượng sản phẩm công nghệ FDM, việc xây dựng một quy trình kiểm soát chất lượng là rất cần thiết. Quy trình này bao gồm việc xác định các thông số công nghệ quan trọng, thực hiện các thí nghiệm để thu thập dữ liệu và phân tích kết quả. Sử dụng phương pháp FCCCD (Face-Centered Central Composite Design) giúp tối ưu hóa các thông số công nghệ, từ đó cải thiện độ chính xác kích thước và độ bền kéo. Hơn nữa, việc áp dụng mô hình mạng nơ ron nhân tạo (ANN) để dự đoán và so sánh với các phương pháp khác cũng mang lại những kết quả khả quan trong việc nâng cao chất lượng sản phẩm.
3.1. Phân tích phương sai ANOVA
Phân tích phương sai (ANOVA) là một công cụ mạnh mẽ trong việc đánh giá ảnh hưởng của các thông số công nghệ đến chất lượng sản phẩm. Phương pháp này cho phép xác định mức độ ảnh hưởng của từng thông số đến các đặc tính chất lượng như độ chính xác kích thước và độ bền kéo. Kết quả từ phân tích này sẽ giúp các nhà sản xuất điều chỉnh các thông số công nghệ một cách hợp lý, từ đó nâng cao hiệu quả sản xuất và chất lượng sản phẩm.
3.2. Tối ưu hóa thông số công nghệ
Tối ưu hóa thông số công nghệ là bước quan trọng trong quy trình sản xuất FDM. Việc áp dụng phương pháp RSM giúp tìm ra các giá trị tối ưu cho từng thông số công nghệ, từ đó cải thiện đáng kể chất lượng sản phẩm. Kết quả từ quá trình tối ưu hóa không chỉ giúp nâng cao độ chính xác kích thước mà còn tăng cường độ bền kéo của sản phẩm, đáp ứng tốt hơn nhu cầu của thị trường.
