Đặt vấn đề Công nghệ sản xuất đắp dần, hay còn gọi là công nghệ in 3D, đã trở nên quan trọng trên toàn thế giới. Theo nhiều nhà phân tích, ứng dụng công nghệ in 3D là “chìa khoá” công nghệ cho tương lai mà bất cứ doanh nghiệp nào, bất cứ ngành công nghiệp sản xuất nào và bất cứ quốc gia nào đều phải chú ý. Trong đó, máy in 3D kim loại đang được biết đến như một ứng dụng thực tiễn nhất của công nghệ in 3D vào cuộc sống và công nghiệp. Nếu máy in 3D kim loại tiếp tục tăng số lượng, chất lượng và tốc độ tạo ra sản phẩm, thì nó sẽ là độc tôn của công nghệ in 3D.
Cũng như làm thay đổi đến 50% phương pháp gia công truyền thống. Việc nghiên cứu ảnh hưởng của thông số in 3D kim loại tới độ bền của sản phẩm trên thể giới đã có những thành tựu nhất định. Còn ở nước ta hiện nay đề tài này vẫn còn khá mới mẻ, nhưng đây là vấn đề cần thiết vì nó giúp chúng ta hiểu rõ hơn về khả năng ứng dụng của sản phẩm, thuận lợi cho việc gia công và nghiên cứu sau này. Từ đó tăng tuổi thọ, giảm giá thành sản phẩm phục vụ cho các ngành khoa học, ứng dụng vào các lĩnh vực công nghiệp.
Vì tính chất cấp bách phát triển công nghệ in 3D kim loại ở nước ta, đề tài nghiên cứu ảnh hưởng của một số yếu tố công nghệ đến độ bền của sản phẩm sử dụng công nghệ in 3D kim loại có một ý nghĩa thực tiễn khá quan trọng. Phương pháp thử kéo kim loại ở nhiệt độ môi trường được ứng dụng rộng rãi trong các ngành sản xuất kim loại, chế tạo cơ khí, đúc luyện kim và kiểm định vật liệu…ở nước ta cũng đã được sử dụng từ rất lâu, thuận lợi cho mọi người có thể nghiên cứu. Do đó, với sự định hướng và giúp đỡ của thầy TS. Phạm Sơn Minh nên em chọn lĩnh vực này làm cơ sở để nghiên cứu và thực hiện đề tài: “Nghiên cứu phân bố độ bền kéo giữa các lớp in 3D kim loại theo phương pháp hàn đắp” 1 Luan van 1.2 Nội dung nghiên cứu Tìm hiểu một số đặc trưng cơ bản của công nghệ in 3D kim loại.
Các phương pháp và ứng dụng của công nghệ in 3D kim loại. Nghiên cứu độ bền của sản phẩm sử dụng công nghệ in 3D bằng phương pháp thử độ bền kéo. Những thành tựu về nghiên cứu công nghệ in 3D kim loại hiện nay.3 Nhiệm vụ nghiên cứu và giới hạn đề tài a. Nhiệm vụ nghiên cứu: Thực nghiệm đo đạc trên máy thử kéo - nén.
Phân tích kết quả thực tế b. Giới hạn đề tài: Do thời gian thực hiện đề tài còn hạn chế, vật liệu thí nghiệm còn ít. Máy móc thiết bị thí nghiệm còn phụ thuộc vào “Công ty cổ phần tư vấn kiểm định Sài Gòn Á Châu” nên chỉ nghiên cứu đối với đối tượng mẫu thử là thép và sử dụng TCVN 197. Do thời gian hạn chế và yêu cầu của chuyên đề nên ta chỉ nghiên cứu một số thông số in 3D cơ bản: hướng bồi đắp, liên kết giữa các lớp bồi đắp.4 Phương pháp nghiên cứu Dựa trên cơ sở lý thuyết, các tài liệu hiện có trên thế giới về lý thuyết độ bền kéo để áp dụng vào thử nghiệm và tính toán số liệu bằng mẫu thử thép.
Tạo mẫu thử bằng công nghệ in 3D kim loại, tiến hành thử độ bền kéo tại “Công ty cổ phần tư vấn kiểm định Sài Gòn Á Châu” để thu thập số liệu thực nghiệm sau đó dựa vào lý thuyết để tính toán độ bền kéo của mẫu thử. Tham khảo tài liệu trên thế giới có liên quan đến việc tính độ bền kéo. Các định thức, ma trận, các bài báo khoa học.5 Điểm mới của luận văn Trong thực tế, việc tính toán độ bền kéo của kim loại không còn mới mẻ ở nước ta. Rất nhiều bài báo và công trình khoa học đã thực hiện nghiên cứu này.
Nhưng những nghiên cứu này chỉ đối với các mẫu kim loại được tạo phôi theo phương pháp truyền thống. Công nghệ in 3D kim loại ở Việt Nam hiện nay, dịch vụ này còn chưa phát triển mạnh, các nghiên cứu về lĩnh vực này còn ít. Các nghiên cứu chỉ dừng lại ở việc thiết kế và chế tạo máy chứ chưa quan tâm sâu vào tính chất, cơ tính của vật liệu. Vì vậy đề tài này sẽ thực hiện nghiên cứu tính toán độ bền kéo của mẫu kim loại được tạo phôi bằng phương pháp in 3D, khác với phương pháp tạo phôi truyền thống.
Làm cơ sở cho việc nghiên cứu sau này ở nước ta.6 Giá trị thưc tiễn của luận văn Có rất nhiều các chi tiết kim loại, thiết bị làm việc trong môi trường chịu các lực kéo như vỏ tàu đi biển, vỏ tàu phi thuyền, máy bay, …. Các chi tiết này cần phải có các chỉ tiêu về độ cứng, độ bền, …. phải được kiểm soát nghiêm ngặt. Chính vì vậy việc xác định độ bền kéo của vật liệu thép được chế tạo bằng phương pháp in 3D là một phương pháp giúp kiểm soát độ bền rất tốt.
Kết quả của đề tài có thể áp dụng cho việc kiểm định, tính toán ứng suất, tuổi thọ của các chi tiết được chế tạo bằng phương pháp in 3D. Phân loại các phương pháp in 3D: đặc trưng, ứng dụng và ưu nhược điểm của các phương pháp in 3D. Tính toán độ bền kéo kim loại được chế tạo bằng phương pháp in 3D hiện nay ở nước ta vẫn còn khá mới mẻ. Chưa được chú ý nhiều nên đề tài này sẽ tạo cơ sở cho các thí nghiệm sau này ở nước ta.
Hoặc làm tài liệu nghiên cứu, tham khảo cho cho sinh viên và các nghiên cứu viên của các chuyên ngành có liên quan.7 Các nghiên cứu trong và ngoài nước a. Các nghiên cứu trong nước: “Nghiên cứu hàn đắp thép dụng cụ bằng công nghệ hàn TIG” luận văn Thạc Sỹ của Bùi Thị Tuyết Nhung đã nghiên cứu và xây dựng quy trình công nghệ Hàn Đắp bằng công nghệ hàn TIG. Các nghiên cứu ngoài nước: “Welding makes major impact on 3D printing technology” của trường Cranfield University Mỹ đã ứng dụng phương pháp hàn hồ quang kết hợp với cánh tay robot để tạo các mẫu in 3D kim loại có cơ tính và độ chính xác cao. “Ability3D's Innovative 3D printer uses MIG welding and CNC milling to create sturdy metal parts” bài báo trên tạp chí Digital Trends posted on January 4, 2017 chế tạo thành công máy in 3D kim loại có tên “888 3D printer” kết hợp giữa công nghệ Hàn MIG và máy phay CNC cho giá thành rẻ.
“Applications of Open Source GMAW-Based Metal 3-D Printing” nghiên cứu của trường Michigan Technological University về ứng dụng công nghệ hàn GMAW kết hợp với nguồn mở như: máy CNC 3 trục hoặc kết hợp với máy in 3D polymer, …. để có một chiếc máy in 3-D kim loại có chi phí thấp. Đáp ứng được nhu cầu của cá nhân, phòng thí nghiệm nhỏ, … 4 Luan van CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ LUẬN 2.1 Lý thuyết về độ bền kéo 2.1 Khái niệm độ bền kéo 2.1 Độ bền Độ bền (ký hiệu: δ) [1] là đặc tính cơ bản của vật liệu. Người ta định nghĩa độ bền như là khả năng chịu đựng không bị nứt, gãy, phá hủy dưới tác động của ngoại lực lên vật thể.
Độ bền có thể hiểu rộng hơn, vì vậy người ta chia ra thành các đặc tính về độ bên theo cách tác động ngoại lực khác nhau: độ bền nén, độ bền cắt, độ bền uốn, độ bền mỏi, độ bền va đập, giới hạn chảy.2 Độ bền kéo Độ bền kéo là đặc tính chịu được lực kéo đứt vật liệu. Đơn vị tính thông thường là Kg/cm², hay N/mm².2 Phương pháp thử độ bền kéo Để xác định được giá trị độ bền kéo của kim loại và hợp kim trước tiên phải chế tạo mẫu của vật liệu đó. Mẫu được chế tạo theo tiêu chuẩn của từng nước. Ở Việt Nam mẫu thử có tiết diện hình tròn hoặc hình chữ nhật (Hình 2.
Sau đó mẫu được kẹp trên máy kéo nén vạn năng được truyền động bằng cơ khí hoặc thủy khí (Hình 2. Khi tiến hành kéo mẫu trên máy, máy sẽ vẽ biểu đồ quan hệ giữa lực kéo và biến dạng của mẫu. Tùy theo tính chất của vật liệu là vật liệu dẻo (thép, đồng, nhôm…) hay vật liệu dòn (gang) mà ta có các dạng biểu đồ tương ứng (Hình 2.1 - Mẫu thử và sơ đồ nguyên lý máy thử kéo – nén [4]. Máy thử kéo – nén 5 Luan van Hình 2.2 - Biểu đồ quan hệ giữa lực kéo và biến dạng khi kéo [4].
Vật liệu dẻo b. Vật liệu giòn Trên biểu đồ quan hệ lực kéo và biến dạng của mẫu làm bằng vật liệu dẻo ta thấy có các giai đoạn như sau: OA: Giai đoạn đàn hồi, quan hệ giữa lực và biến dạng là quan hệ bậc nhất lực kéo lớn nhất gọi là lực tỉ lệ Ptl. 𝑃𝑡𝑙 Giới hạn tỉ lệ : 𝜎𝑡𝑙 = (2.1) [1] 𝐹0 Trong đó 𝐹0 là diện tích ban đầu của mặt cắt ngang. AC: giai đoạn chảy, lực không tăng nhưng biến dạng tăng, giá trị lực là lực chảy.
𝑃𝑐ℎ Giới hạn chảy : 𝜎𝑐ℎ = (2. Giới hạn bền được tính: 𝑃𝐵 𝜎𝐵 = (2.3) [1] 𝐹0 Riêng đối với vật liệu dòn ta thấy mẫu bị đứt khi biến dạng còn bé, vật liệu chỉ có giới hạn bền.3 Ý nghĩa - Nhờ các chỉ tiêu phản ánh độ bền của kim loại và hợp kim mà ta đánh giá được khả năng sử dụng của kim loại và hợp kim đó. 6 Luan van - Khả năng chịu tải trọng tĩnh: nếu các chi tiết máy có cùng hình dáng, kích thước, nhưng làm bằng các vật liệu khác nhau thì: Vật liệu nào có độ bền lớn hơn sẽ có khả năng chịu được tải trọng lớn hơn mà vẫn đảm bảo được tính đàn hồi. Vật liệu nào có độ bền lớn hơn sẽ chịu được tải trọng lớn hơn mà vẫn không bị biến dạng.
Vật liệu nào có độ bền lớn hơn sẽ có khả năng chịu được tải trọng lớn hơn mà vẫn chưa bị phá hủy. - Tuổi thọ sử dụng: nếu các chi tiết máy làm việc cùng chịu tải trọng như nhau nhưng được làm từ các loại vật liệu khác nhau thì vật liệu nào có độ bền cao hơn sẽ có tuổi thọ lâu hơn.