I. Tổng quan về công nghệ FDM
Công nghệ FDM (Fused Deposition Modeling) là một trong những phương pháp tạo mẫu nhanh phổ biến, sử dụng vật liệu nhựa nhiệt dẻo để xây dựng chi tiết từng lớp. Công nghệ này được ưa chuộng nhờ tính đơn giản, chi phí thấp và khả năng tạo ra các sản phẩm có hình học phức tạp. Tuy nhiên, độ chính xác của chi tiết sau khi gia công vẫn là một thách thức lớn. Luận văn này tập trung vào việc nâng cao độ chính xác của máy FDM thông qua phương pháp điều khiển bù sai số, nhằm cải thiện chất lượng sản phẩm.
1.1. Giới thiệu về công nghệ FDM
Công nghệ FDM là một phần của công nghệ tạo mẫu nhanh (Rapid Prototyping), sử dụng vật liệu nhựa nhiệt dẻo như ABS và PLA để xây dựng chi tiết từng lớp. So với các công nghệ khác như SLA, SLS, và LOM, FDM có ưu điểm về chi phí thấp, dễ sử dụng và khả năng tạo ra các sản phẩm có kích thước lớn. Tuy nhiên, độ chính xác của sản phẩm vẫn còn hạn chế do nhiều yếu tố như sai số cơ khí, nhiệt độ, và vật liệu.
1.2. Nguyên lý hoạt động của FDM
Công nghệ FDM hoạt động dựa trên nguyên lý đùn vật liệu nhựa nhiệt dẻo qua đầu phun, sau đó làm nguội và đông cứng từng lớp để tạo thành chi tiết. Quá trình này bắt đầu từ việc chuyển đổi mô hình CAD sang định dạng STL, sau đó cắt lớp và điều khiển đầu phun theo biên dạng của từng lớp. Mặc dù đơn giản, quá trình này chịu ảnh hưởng bởi nhiều nguồn sai số, bao gồm sai số cơ khí, nhiệt độ, và vật liệu.
II. Phân tích các nguồn sai số trong FDM
Luận văn phân tích các nguồn sai số chính trong quá trình sử dụng máy FDM, bao gồm sai số cơ khí, sai số do nhiệt độ, và sai số do vật liệu. Các yếu tố này ảnh hưởng trực tiếp đến độ chính xác của chi tiết sau khi gia công. Việc hiểu rõ các nguồn sai số là bước đầu tiên để xây dựng phương pháp bù sai số hiệu quả.
2.1. Sai số cơ khí
Sai số cơ khí bao gồm các lỗi trong hệ thống truyền động, độ rung của máy, và độ chính xác của các bộ phận cơ khí. Những sai số này có thể dẫn đến lệch vị trí đầu phun, ảnh hưởng đến hình dạng và kích thước của chi tiết. Việc tối ưu hóa hệ thống cơ khí là một trong những cách để giảm thiểu sai số này.
2.2. Sai số do nhiệt độ
Nhiệt độ là yếu tố quan trọng trong quá trình đùn vật liệu. Sự thay đổi nhiệt độ có thể gây ra hiện tượng co rút hoặc biến dạng vật liệu, dẫn đến sai số hình học của chi tiết. Việc kiểm soát nhiệt độ trong quá trình gia công là cần thiết để đảm bảo độ chính xác của sản phẩm.
III. Phương pháp bù sai số trong FDM
Luận văn đề xuất phương pháp bù sai số dựa trên việc xây dựng mô hình sai số tổng thể của máy FDM. Bằng cách sử dụng phần mềm điều khiển, các sai số được dự đoán và bù trừ trong quá trình gia công, giúp cải thiện độ chính xác của chi tiết. Phương pháp này không chỉ giảm thiểu sai số mà còn tối ưu hóa quá trình sản xuất.
3.1. Mô hình hóa sai số
Mô hình hóa sai số là quá trình xác định các nguồn sai số và xây dựng phương trình toán học để dự đoán sai số. Trong luận văn, mô hình sai số được xây dựng dựa trên các thông số cơ khí, nhiệt độ, và vật liệu của máy FDM. Mô hình này là cơ sở để phát triển phần mềm bù sai số.
3.2. Phần mềm bù sai số
Phần mềm bù sai số được phát triển để tự động điều chỉnh các thông số gia công dựa trên mô hình sai số. Phần mềm này tích hợp với hệ thống điều khiển của máy FDM, giúp giảm thiểu sai số và nâng cao độ chính xác của sản phẩm. Kết quả thực nghiệm cho thấy sự cải thiện đáng kể về độ chính xác của chi tiết sau khi áp dụng phương pháp này.
IV. Kết quả và ứng dụng thực tiễn
Luận văn đã thực hiện các thí nghiệm để kiểm tra hiệu quả của phương pháp bù sai số. Kết quả cho thấy sự cải thiện rõ rệt về độ chính xác của chi tiết sau khi áp dụng phương pháp này. Phương pháp này không chỉ có giá trị trong nghiên cứu mà còn có tiềm năng ứng dụng rộng rãi trong sản xuất công nghiệp.
4.1. Kết quả thực nghiệm
Các thí nghiệm được thực hiện trên máy FDM Vina 2015, với các mẫu thử nghiệm được đo lường bằng máy đo tọa độ CMM. Kết quả cho thấy độ chính xác của chi tiết được cải thiện đáng kể sau khi áp dụng phương pháp bù sai số. Sai số tổng thể giảm từ 0.5mm xuống còn 0.1mm, chứng minh hiệu quả của phương pháp.
4.2. Ứng dụng thực tiễn
Phương pháp bù sai số có thể được áp dụng trong các ngành công nghiệp yêu cầu độ chính xác cao, như sản xuất linh kiện điện tử, y tế, và hàng không. Việc cải thiện độ chính xác của máy FDM mở ra nhiều cơ hội ứng dụng mới, giúp giảm chi phí và thời gian sản xuất.
