Đề tài thử nghiệm độ bền kéo sản phẩm in 3d từ bột nhựa

Nghiên cứu độ bền kéo của sản phẩm in 3D từ bột nhựa là một lĩnh vực đang thu hút… 105 trang · Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh · 2020.

• Tác giả: Nguyễn Trung Kiên
• Người hướng dẫn: ThS. Trần Thái Sơn
• Trường học: Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Công Nghệ Kỹ Thuật Cơ Khí
• Đề tài: Nghiên Cứu Độ Bền Kéo Sản Phẩm In 3D Từ Bột Nhựa
• Loại tài liệu: Báo Cáo Tổng Kết Đề Tài Nghiên Cứu Khoa Học
• Năm xuất bản: 2020
• Địa điểm: Thành Phố Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• MỞ ĐẦU
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
• 1.1. Tình hình và công nghệ in 3D
• 1.2. Nguyên lý chung của in 3D
• 1.3. Công nghệ sử dụng vật liệu nhiều lớp (LOM)
• 1.4. Công nghệ lỏng dạng bằng đùn (FDM)
• 1.5. Công nghệ thiêu kết laser chọn lọc (SLS)
• 1.6. Ứng dụng của in 3D
• 2. CHƯƠNG 2: CHẾ TẠO MẪU THỬ BẰNG PHƯƠNG PHÁP IN 3D LASER BẮT (SLS)
• 2.1. Tiêu chuẩn thiết kế mẫu
• 2.2. Chương trình điều khiển
• 2.3. Các thông số có thể thay đổi được
• 2.4. Thiết lập các bộ thông số thí nghiệm
• 2.5. Tiến hành chế tạo mẫu thử
• 3. CHƯƠNG 3: KHẢO SÁT ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC THÔNG SỐ IN 3D LASER BẮT ĐƠN ĐẾ BỀN KÉO CỦA CHI TIẾT
• 3.1. Phương pháp và trình tự tiến hành xác định độ bền kéo của mẫu thử
• 3.2. Phương pháp kéo
• 3.3. Các bước tiến hành kéo
• 3.4. Kết quả thu được sau thí nghiệm
• 3.5. Sự ảnh hưởng của độ bền kéo khi thay đổi các thông số in 3D
• 3.5.1. Ảnh hưởng của công suất Laser đến độ bền kéo của mẫu
• 3.5.2. Ảnh hưởng của tốc độ dịch chuyển của laser đến độ bền kéo của mẫu
• 3.5.3. Ảnh hưởng của bề dày vỏ mẫu đến độ bền kéo của mẫu
• 3.5.4. Ảnh hưởng của bề dày mỗi lớp in đến độ bền kéo của mẫu
• 3.5.5. Ảnh hưởng của mặt độ in đến độ bền kéo của mẫu
• 3.6. Nhận xét kết quả
• 4. CHƯƠNG 4: TỐI ƯU HÓA QUÁ TRÌNH CHẾ TẠO CHI TIẾT TỪ CÔNG NGHỆ IN 3D SLS
• 4.1. Phương pháp Taguchi
• 4.1.1. Khái quát về phương pháp Taguchi
• 4.1.2. Kết quả phương pháp Taguchi
• 4.1.3. Nhận xét kết quả
• 4.2. Phương pháp Anova
• 4.2.1. Kết quả của phương pháp Anova
• 4.2.2. Nhận xét kết quả
• 4.3. Phương pháp Mạng Nơron
• 4.3.1. Trình tự các bước tiến hành
• 4.3.2. Nhận xét kết quả phương pháp mạng Nơron
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng Quan Về Nghiên Cứu Độ Bền Kéo Sản Phẩm In 3D

Nghiên cứu độ bền kéo của sản phẩm in 3D từ bột nhựa là một lĩnh vực đang thu hút sự quan tâm lớn trong ngành công nghiệp chế tạo. Công nghệ in 3D, đặc biệt là phương pháp SLS (Selective Laser Sintering), đã mở ra nhiều cơ hội mới cho việc sản xuất các chi tiết phức tạp với độ chính xác cao. Độ bền kéo là một trong những yếu tố quan trọng quyết định chất lượng và khả năng ứng dụng của sản phẩm in 3D. Việc nghiên cứu và tối ưu hóa các thông số in 3D sẽ giúp nâng cao độ bền kéo của sản phẩm, từ đó đáp ứng tốt hơn nhu cầu của thị trường.

1.1. Tình Hình Công Nghệ In 3D Hiện Nay

Công nghệ in 3D đang phát triển mạnh mẽ với nhiều ứng dụng trong các lĩnh vực khác nhau như y tế, kiến trúc và sản xuất. Việc sử dụng bột nhựa trong in 3D giúp tạo ra các sản phẩm có độ bền cao và chi phí sản xuất thấp.

1.2. Lý Do Chọn Đề Tài Nghiên Cứu

Đề tài nghiên cứu độ bền kéo của sản phẩm in 3D từ bột nhựa được chọn vì tính cấp thiết trong việc cải thiện chất lượng sản phẩm. Nghiên cứu này không chỉ giúp nâng cao độ bền kéo mà còn góp phần vào việc phát triển công nghệ in 3D tại Việt Nam.

II. Vấn Đề Đặt Ra Trong Nghiên Cứu Độ Bền Kéo

Một trong những thách thức lớn trong nghiên cứu độ bền kéo của sản phẩm in 3D là sự ảnh hưởng của các thông số in đến tính chất vật liệu. Các yếu tố như công suất laser, tốc độ di chuyển bàn máy, và độ dày lớp in đều có thể tác động đến độ bền kéo của sản phẩm. Việc xác định mối quan hệ giữa các thông số này là rất quan trọng để tối ưu hóa quy trình sản xuất.

2.1. Các Thông Số Ảnh Hưởng Đến Độ Bền Kéo

Các thông số như công suất laser và tốc độ di chuyển bàn máy có thể làm thay đổi cấu trúc của sản phẩm in 3D, từ đó ảnh hưởng đến độ bền kéo. Nghiên cứu cần xác định rõ ràng các thông số này để có thể đưa ra các giải pháp tối ưu.

2.2. Thách Thức Trong Việc Thí Nghiệm

Việc thực hiện thí nghiệm để đo độ bền kéo của sản phẩm in 3D gặp nhiều khó khăn do sự biến đổi của các thông số in. Cần có một quy trình thí nghiệm chặt chẽ để đảm bảo tính chính xác của kết quả.

III. Phương Pháp Nghiên Cứu Độ Bền Kéo Sản Phẩm In 3D

Phương pháp nghiên cứu độ bền kéo sản phẩm in 3D từ bột nhựa bao gồm việc thiết kế thí nghiệm, thu thập dữ liệu và phân tích kết quả. Sử dụng các phương pháp khoa học như Taguchi và ANOVA giúp tối ưu hóa các thông số in, từ đó nâng cao độ bền kéo của sản phẩm.

3.1. Thiết Kế Thí Nghiệm Để Đánh Giá Độ Bền Kéo

Thiết kế thí nghiệm cần phải đảm bảo tính đại diện cho các thông số in 3D. Các mẫu thử sẽ được tạo ra với các thông số khác nhau để đánh giá độ bền kéo một cách chính xác.

3.2. Phân Tích Kết Quả Thí Nghiệm

Sau khi thu thập dữ liệu, việc phân tích kết quả sẽ giúp xác định mối quan hệ giữa các thông số in và độ bền kéo. Sử dụng phần mềm phân tích thống kê sẽ hỗ trợ trong việc rút ra các kết luận chính xác.

IV. Ứng Dụng Thực Tiễn Của Nghiên Cứu Độ Bền Kéo

Kết quả nghiên cứu độ bền kéo của sản phẩm in 3D từ bột nhựa có thể được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau. Từ sản xuất công nghiệp đến y tế, việc cải thiện độ bền kéo sẽ giúp nâng cao chất lượng sản phẩm và giảm thiểu chi phí sản xuất.

4.1. Ứng Dụng Trong Ngành Công Nghiệp

Trong ngành công nghiệp, sản phẩm in 3D có độ bền kéo cao sẽ giúp giảm thiểu chi phí sản xuất và thời gian chế tạo. Điều này đặc biệt quan trọng trong các lĩnh vực như ô tô và hàng không.

4.2. Ứng Dụng Trong Y Tế

Sản phẩm in 3D với độ bền kéo cao có thể được sử dụng trong y tế để tạo ra các thiết bị hỗ trợ và mô hình phẫu thuật. Điều này không chỉ giúp nâng cao hiệu quả điều trị mà còn giảm thiểu rủi ro cho bệnh nhân.

V. Kết Luận Về Nghiên Cứu Độ Bền Kéo Sản Phẩm In 3D

Nghiên cứu độ bền kéo của sản phẩm in 3D từ bột nhựa đã chỉ ra rằng việc tối ưu hóa các thông số in là rất cần thiết để nâng cao chất lượng sản phẩm. Kết quả nghiên cứu không chỉ có giá trị trong việc cải thiện độ bền kéo mà còn góp phần vào sự phát triển của công nghệ in 3D tại Việt Nam.

5.1. Tương Lai Của Nghiên Cứu Độ Bền Kéo

Tương lai của nghiên cứu độ bền kéo sản phẩm in 3D sẽ tiếp tục được mở rộng với sự phát triển của công nghệ và vật liệu mới. Việc áp dụng các phương pháp nghiên cứu hiện đại sẽ giúp nâng cao độ chính xác và hiệu quả của nghiên cứu.

5.2. Đề Xuất Hướng Nghiên Cứu Tiếp Theo

Các nghiên cứu tiếp theo nên tập trung vào việc phát triển các vật liệu mới cho in 3D và tối ưu hóa quy trình sản xuất. Điều này sẽ giúp nâng cao hơn nữa độ bền kéo và mở rộng ứng dụng của sản phẩm in 3D.

Nội dung chính

Nghiên Cứu Thực Nghiệm & Tối Ưu Hóa Độ Bền Kéo Của Sản Phẩm In 3D Bột Nhựa (SLS)

---

Tóm tắt nghiên cứu

Nghiên cứu này tập trung giải quyết câu hỏi cốt lõi: Các thông số công nghệ trong quy trình in 3D thiêu kết laser chọn lọc (Selective Laser Sintering - SLS) ảnh hưởng như thế nào đến cơ tính, cụ thể là độ bền kéo của chi tiết chế tạo từ bột nhựa Polyethylene mật độ thấp (LDPE), và bộ thông số tối ưu nhất là gì?

Để trả lời vấn đề này, nhóm nghiên cứu đã triển khai phương pháp thực nghiệm kết hợp: thiết kế mẫu thử theo tiêu chuẩn quốc tế ASTM-D638 Loại V, chế tạo trên hệ thống máy CNC điều khiển bằng Mach3, và kiểm tra cơ tính trên máy kéo nén vạn năng INSTRON 3369 tích hợp phần mềm Bluehill Lite. Quy trình phân tích dữ liệu ứng dụng chuỗi phương pháp khoa học chuẩn mực: khảo sát đơn biến (25 bộ mẫu), quy hoạch thực nghiệm Taguchi, phân tích phương sai ANOVA để định lượng mức độ ảnh hưởng, và xây dựng mô hình Mạng Nơ-ron Nhân tạo (ANN) trên MATLAB nhằm dự báo lực kéo đứt.

Kết quả nghiên cứu chỉ ra rằng: công suất laser, bề dày vỏ và mật độ điền đầy tỷ lệ thuận với độ bền kéo; ngược lại, tốc độ dịch chuyển đầu laser và bề dày mỗi lớp in tỷ lệ nghịch với độ bền kéo. Đáng chú ý, bề dày mỗi lớp in (Layer height) là thông số có tác động chi phối lớn nhất đến độ bền sản phẩm. Bộ thông số tối ưu được xác lập bao gồm: Công suất laser: 2,5W; Tốc độ dịch chuyển: 465 mm/phút; Bề dày vỏ: 1,0 mm; Bề dày mỗi lớp in: 0,6 mm; Mật độ in: 60%. Mô hình Mạng Nơ-ron được huấn luyện thành công cho phép dự báo chính xác độ bền cơ học mà không cần tốn kém chi phí chế tạo thử nghiệm lại.

---

Bối cảnh và tầm quan trọng

Hiện trạng công nghệ và khoảng trống nghiên cứu

Công nghệ chế tạo đắp lớp (Additive Manufacturing - AM / 3D Printing) đã mở ra cuộc cách mạng trong chế tạo mẫu nhanh và sản xuất linh hoạt. Trong số các phân nhóm AM, công nghệ Thiêu kết Laser Chọn lọc (SLS) được đánh giá là vượt trội nhờ khả năng gia công các hình học phức tạp mà không cần kết cấu đỡ (support structure), tận dụng chính lớp bột chưa thiêu kết làm giá đỡ tự nhiên.

Tuy nhiên, phần lớn các nghiên cứu và ứng dụng SLS thương mại trên thế giới hiện nay tập trung gần như độc quyền vào nhóm vật liệu đắt tiền như Polyamide 12 (PA12) hoặc kim loại. Việc ứng dụng các loại polyme nhiệt dẻo thông dụng như Polyethylene (LDPE) vẫn còn rất hạn chế do các thách thức về kiểm soát nhiệt độ, độ co ngót và tính chất cơ học sau thiêu kết. Tại Việt Nam, việc làm chủ quy trình công nghệ SLS cũng như nghiên cứu mối quan hệ tương hỗ giữa thông số chế tạo và độ bền chi tiết từ nguồn vật liệu bột nhựa giá thành thấp vẫn là một "khoảng trống" lớn chưa được giải quyết thấu đáo.

Tính thời sự và tác động tiềm năng

Nghiên cứu này mang tính cấp thiết cao khi ngành chế tạo đang dịch chuyển mạnh mẽ sang kỷ nguyên Công nghiệp 4.0. Việc định lượng chính xác tác động của 5 tham số công nghệ cốt lõi giúp các kỹ sư cơ khí chuyển từ phương pháp "thử - sai" cảm tính sang việc kiểm soát chất lượng có hệ thống. Kết quả nghiên cứu không chỉ giúp hạ giá thành sản xuất mẫu thử nghiệm chức năng mà còn mở đường cho việc ứng dụng vật liệu bột nhựa LDPE tái chế, giảm thiểu rác thải công nghiệp và gia tăng hiệu quả kinh tế cho các doanh nghiệp vừa và nhỏ.

---

Methodology và tiếp cận kỹ thuật

Nghiên cứu sử dụng quy trình thực nghiệm nghiêm ngặt, kết hợp giữa mô hình hóa thống kê và trí tuệ nhân tạo để bảo đảm độ tin cậy khoa học cao nhất.

1. Thiết kế và chế tạo mẫu thử nghiệm

• Tiêu chuẩn thiết kế: Mẫu thử kéo được thiết kế theo tiêu chuẩn ASTM-D638 Loại V (kích thước: chiều dài tổng thể 63,5 mm; bề rộng phần thử 3,18 mm; bề dày 4 mm), đặc biệt thích hợp cho vật liệu nhựa trong điều kiện số lượng mẫu lớn và kích thước buồng in giới hạn.
• Vật liệu: Bột nhựa Polyethylene mật độ thấp (LDPE) có kích thước hạt 80 ÷ 300 μm, nhiệt độ nóng chảy 108 ÷ 115°C, tỷ trọng 0,92 ÷ 0,94 g/cm³.
• Hệ thống điều khiển: Máy in SLS tích hợp hệ điều khiển CNC Mach3 để biên dịch mã lệnh G-code và điều khiển chính xác chuyển động các trục.

2. Không gian tham số khảo sát

Nghiên cứu khảo sát 5 biến số đầu vào then chốt:

1. Công suất Laser ($P$): 2,1W ÷ 2,5W
2. Tốc độ dịch chuyển ($F$): 445 mm/phút ÷ 470 mm/phút
3. Bề dày vỏ ($Shell$): 0,5 mm ÷ 1,5 mm
4. Bề dày mỗi lớp in ($Layer\ height$): 0,4 mm ÷ 0,8 mm
5. Mật độ điền đầy ($Infill\ density$): 30% ÷ 60%

3. Phương pháp phân tích và đo lường

• Đo kiểm cơ tính: Tiến hành kéo đứt trên máy kéo nén vạn năng INSTRON 3369 (tải trọng tối đa 50 kN, tốc độ kéo chuẩn, gá kẹp ren ốc chuyên dụng cho mẫu nhỏ) kết hợp trích xuất dữ liệu tự động qua phần mềm Bluehill Lite.
• Kỹ thuật tối ưu hóa:
  • Phương pháp đơn biến: Khảo sát độc lập từng yếu tố qua 25 tổ hợp mẫu (3 lần lặp lại cho mỗi chế độ).
  • Phương pháp Taguchi & ANOVA: Thiết kế ma trận trực giao trên Minitab 18 nhằm đánh giá tương quan $S/N$ (Signal-to-Noise) với tiêu chí Larger-is-Better và kiểm định thống kê ở mức ý nghĩa 95% ($\alpha = 0,05$).
  • Mạng Nơ-ron Nhân tạo (ANN): Sử dụng công cụ nntool trong MATLAB để huấn luyện mạng truyền thẳng đa tầng, ánh xạ phi tuyến tính từ 5 thông số đầu vào đến lực kéo đứt đầu ra.

---

Phát hiện chính và phân tích cơ chế

Dữ liệu thực nghiệm qua 138 mẫu kéo đã làm sáng tỏ cơ chế thiêu kết và liên kết phân tử của bột nhựa LDPE dưới tác động của chùm tia laser.

1. Tác động của nhóm thông số năng lượng và mật độ (Tỷ lệ thuận)

• Công suất Laser (2,1W $\rightarrow$ 2,5W): Khi tăng công suất laser, mật độ năng lượng truyền vào bề mặt bột tăng, giúp các hạt LDPE nóng chảy hoàn toàn tại điểm tiếp xúc, tạo nên các "cổ thiêu kết" (sintering necks) bền vững giữa các hạt lân cận, làm tăng trực tiếp lực kéo đứt.
• Bề dày vỏ (0,5mm $\rightarrow$ 1,5mm) & Mật độ in (30% $\rightarrow$ 60%): Tăng bề dày vỏ giúp củng cố lớp biên chịu ứng suất kéo biên lớn nhất, trong khi mật độ in cao triệt tiêu các lỗ xốp tế vi (micro-voids) bên trong lõi cấu trúc, tạo diện tích truyền lực đồng nhất.

2. Tác động của nhóm thông số vận tốc và phân tầng (Tỷ lệ nghịch)

• Tốc độ dịch chuyển (445 $\rightarrow$ 470 mm/phút): Tốc độ quét quá nhanh làm giảm thời gian tương tác quang nhiệt (laser exposure time). Bột nhựa không nhận đủ nhiệt lượng dẫn đến hiện tượng thiêu kết dở dang (partial sintering), gây ra các khuyết tật liên kết.
• Bề dày mỗi lớp in (0,4mm $\rightarrow$ 0,8mm): Đây là yếu tố ảnh hưởng mạnh nhất theo phân tích ANOVA. Khi lớp in quá dày ($0,8$ mm), chùm tia laser không thể thấu nhiệt đến đáy của lớp bột hiện tại để làm nóng chảy và dính kết với lớp đã thiêu kết bên dưới, gây ra sự tách lớp (delamination) khi chịu tải trọng kéo.

3. Xác định bộ thông số tối ưu toàn cục

Thông qua phân tích tỷ lệ $S/N$ của Taguchi và kiểm định mô hình, bộ thông số tối ưu cho chất lượng cơ tính cao nhất đạt được tại:

• Laser Power: $2,5\text{ W}$
• Feed Rate: $465\text{ mm/phút}$
• Shell Thickness: $1,0\text{ mm}$
• Layer Height: $0,6\text{ mm}$ (Điểm cân bằng giữa năng lượng thẩm thấu và độ liên kết lớp)
• Infill Density: $60%$

4. Hiệu quả của mô hình Mạng Nơ-ron (ANN)

Mô hình ANN sau khi huấn luyện đã hội tụ với sai số cực thấp, mô phỏng chính xác đáp ứng phi tuyến tính của vật liệu. Kỹ sư có thể nhập bất kỳ bộ thông số nào trong miền khảo sát để nhận kết quả lực kéo đứt dự báo với độ tin cậy vượt trội, giảm tới 80% nhu cầu chế tạo mẫu vật lý.

---

Đóng góp khoa học và giá trị thực tiễn

Đóng góp về mặt học thuật và phương pháp luận

• Làm sáng tỏ cơ chế nhiệt - cơ của bột LDPE trong SLS: Nghiên cứu cung cấp hệ thống dữ liệu thực nghiệm chuẩn xác về hành vi cơ học của Polyethylene khi thiêu kết laser — một loại vật liệu bán tinh thể vốn rất nhạy cảm với sự co ngót và gradient nhiệt.
• Quy trình kết hợp Taguchi - ANOVA - ANN: Đề xuất một khung phương pháp luận hoàn chỉnh từ sàng lọc đơn biến, định lượng phương sai thống kê đến thiết lập mô hình AI dự báo cho lĩnh vực chế tạo đắp lớp.

Ứng dụng thực tiễn trong sản xuất

• Tối ưu hóa sản xuất nguyên mẫu chức năng: Giúp các cơ sở gia công in 3D thiết lập trực tiếp chế độ in cho các chi tiết đòi hỏi khả năng chịu lực kéo trong ngành phụ tùng ô tô, vỏ thiết bị điện tử, và thiết bị y tế cá nhân hóa.
• Tiết kiệm chi phí R&D: Ứng dụng bột LDPE thay thế PA12 giúp hạ giá thành nguyên liệu thô đáng kể, đồng thời bột thừa sau quá trình in có thể thu hồi và tái sử dụng 100%.

---

Đối tượng quan tâm và lợi ích cụ thể

Nghiên cứu mang lại giá trị thiết thực cho nhiều nhóm đối tượng trong hệ sinh thái khoa học và công nghiệp:

• Nhà nghiên cứu học thuật & Giảng viên ngành Cơ khí/Vật liệu:
  • Tiếp cận bộ cơ sở dữ liệu thực nghiệm hoàn chỉnh về công nghệ SLS sử dụng bột nhựa LDPE.
  • Tài liệu tham khảo chuẩn mực để phát triển các đề tài chuyên sâu về mô phỏng phần tử hữu hạn (FEA), truyền nhiệt đa pha và tối ưu hóa đa mục tiêu.
• Kỹ sư R&D & Doanh nghiệp sản xuất chế tạo:
  • Ứng dụng ngay bộ thông số tối ưu ($P=2,5\text{W}$, $F=465\text{ mm/ph}$, $Shell=1\text{ mm}$, $Layer=0,6\text{ mm}$, $Infill=60%$) để vận hành máy in SLS mà không cần tốn thời gian thử nghiệm.
  • Tận dụng mô hình mạng Nơ-ron để kiểm soát chất lượng đầu ra của sản phẩm in.
• Cơ sở đào tạo và xưởng thực hành đại học:
  • Cung cấp giáo trình thực hành mẫu về kiểm chuẩn cơ tính vật liệu polymer theo chuẩn ASTM-D638 trên thiết bị đo lường hiện đại (INSTRON).

---

Câu hỏi thường gặp (FAQ)

1. Phát hiện quan trọng nhất của nghiên cứu này là gì?

Trả lời: Phát hiện then chốt là bề dày mỗi lớp in (Layer height) đóng vai trò quyết định lớn nhất đến độ bền kéo của sản phẩm in SLS bột LDPE. Nếu lớp in dày quá $0,6$ mm, năng lượng laser không thể làm nóng chảy sâu đến lớp nền, gây ra hiện tượng tách lớp và làm suy giảm nghiêm trọng độ bền cơ học.

2. Phương pháp nghiên cứu trong đề tài có điểm gì đặc biệt?

Trả lời: Điểm đặc biệt là sự kết hợp 3 tầng phân tích: khảo sát thực nghiệm đơn biến để xác định vùng làm việc $\rightarrow$ ứng dụng Taguchi & ANOVA để định lượng mức độ ảnh hưởng của từng thông số $\rightarrow$ xây dựng Mạng Nơ-ron Nhân tạo (ANN) để mô hình hóa và dự báo kết quả cơ tính tự động.

3. Kết quả của nghiên cứu có thể khái quát hóa (generalize) cho các máy in khác không?

Trả lời: Quy luật ảnh hưởng tương đối giữa các thông số (tỷ lệ thuận/nghịch) hoàn toàn có thể áp dụng cho mọi hệ thống SLS sử dụng vật liệu nhiệt dẻo bán tinh thể. Tuy nhiên, giá trị số tuyệt đối (như công suất $2,5\text{W}$) cần được hiệu chuẩn nhẹ tùy theo bước sóng nguồn phát laser và đường kính điểm hội tụ (spot size) của từng dòng máy cụ thể.

4. Đâu là bước phát triển tiếp theo cần thực hiện từ đề tài này?

Trả lời: Cần tích hợp thêm hệ thống gia nhiệt sơ bộ buồng in (preheating bed) để kiểm soát gradient nhiệt độ, mở rộng khảo sát các chỉ tiêu cơ tính khác như độ bền va đập (Izod/Charpy), độ bền uốn, và nghiên cứu cấu trúc tế vi bằng kính hiển vi điện tử quét (SEM).

5. Những ứng dụng thực tiễn điển hình của sản phẩm in SLS từ bột LDPE là gì?

Trả lời: Nhựa LDPE có tính dẻo dai, kháng hóa chất tuyệt vời và an toàn sinh học, rất phù hợp để sản xuất các ống mềm kỹ thuật, bình chứa mẫu hóa chất, nẹp chỉnh hình trong y tế, và các chi tiết nội thất ô tô chịu tải nhẹ.

---

Kết luận

Công trình nghiên cứu đã giải quyết trọn vẹn bài toán thực nghiệm và tối ưu hóa độ bền kéo cho sản phẩm in 3D SLS từ bột nhựa LDPE. Bằng việc làm sáng tỏ mức độ tác động của 5 thông số công nghệ cốt lõi và xác lập thành công mô hình Mạng Nơ-ron dự báo, đề tài đã đặt nền móng kỹ thuật vững chắc cho việc ứng dụng vật liệu polyolefin trong công nghệ chế tạo đắp lớp tại Việt Nam.

Trong giai đoạn tiếp theo, các nghiên cứu chuyên sâu về kiểm soát trường nhiệt buồng in và phân tích vi cấu trúc tinh thể sẽ tiếp tục hoàn thiện công nghệ, mở rộng khả năng thương mại hóa các sản phẩm in 3D chất lượng cao với chi phí tối ưu.

Trích đoạn nội dung tài liệu

MỞ ĐẦU. Tình hình vß công nghệ in 3D. Khái quát vß các công nghệ in 3D phß bi¿n hiện nay. þng dÿng cÿa in 3D.

Lý do chßn đß đß tài. Lý do chßn đß tài. Mÿc tiêu cÿa đß tài. Ph±¡ng pháp nghiên cÿu.

Công nghệ in 3D SLS. Nguyên lý thiêu k¿t bßt nhÿa b¿ng laser. Các lo¿i v¿t liệu đ±ÿc dùng cho công nghệ in 3D SLS. V¿t liệu bßt nhÿa PE.

Đß bßn kéo cÿa chi ti¿t. Khái quát đß bßn cÿa chi ti¿t. Đß bßn kéo cÿa chi ti¿t. Các tiêu chu¿n thÿ kéo cho s¿n ph¿m nhÿa.

Các thông sß in 3D ¿nh h±ßng đ¿n đß bßn kéo cÿa s¿n ph¿m .21 i CH¾ T¾O M¾U THþ B¾NG PH¯¡NG PHÁP IN 3D LASER BÞT (SLS). Tiêu chu¿n thi¿t k¿ m¿u. Ch±¡ng tr椃nh đißu khißn:. C愃Āc thông sß có thß thay đßi đ±ÿc.

Thi¿t l¿p các bß thông sß thí nghiệm .3 Ti¿n hành ch¿ t¿o m¿u thÿ .30 KH¾O SÁT SỰ ¾NH H¯ỞNG CþA CÁC THÔNG SÞ IN 3D LASER BÞT Đ¾N ĐÞ BÞN KÉO CþA CHI TI¾T. Ph±¡ng pháp và trình tÿ ti¿n hành xác đßnh đß bßn kéo cÿa m¿u thÿ .1 Ph±¡ng pháp kéo .2 Các b±ßc ti¿n hành kéo. K¿t qu¿ thu đ±ÿc sau thí nghiệm. Sÿ ¿nh h±ßng cÿa đß bßn kéo khi thay đßi các thông sß in 3D .1 ¾nh h±ßng cÿa công su¿t Laser đ¿n đß bßn kéo cÿa m¿u.

¾nh h±ßng cÿa tßc đß dßch chuyßn cÿa laser đ¿n đß bßn kéo cÿa m¿u. ¾nh h±ßng cÿa bß dày vß m¿u đ¿n đß bßn kéo cÿa m¿u. ¾nh h±ßng cÿa bß dày mßi lßp in đ¿n đß bßn kéo cÿa m¿u. ¾nh h±ßng cÿa m¿t đß đißn đ¿y đ¿n đß bßn kéo cÿa m¿u.

Nh¿n xét k¿t qu¿ .53 TÞI ¯U HÓA QUÁ TRÌNH CH¾ T¾O CHI TI¾T Tþ CÔNG NGHỆ IN 3D SLS 53 5. Ph±¡ng pháp Taguchi. Khái quát vß ph±¡ng pháp Taguchi. K¿t qu¿ ph±¡ng pháp Taguchi.

Nh¿n xét k¿t qu¿. Ph±¡ng pháp Anova. K¿t qu¿ cÿa ph±¡ng pháp Anova. Nh¿n xét k¿t qu¿.

Ph±¡ng pháp M¿ng N¡ron. Trình tÿ các b±ßc ti¿n hành .2 Nh¿n xét k¿t qu¿ ph±¡ng pháp m¿ng N¡ron.73 K¾T LU¾N VÀ H¯ÞNG PHÁT TRIÞN. H±ßng phát trißn.73 TÀI LIỆU THAM KH¾O .75 iii DANH MþC CÁC B¾NG BIÞU B¿ng 2.1 B¿ng thông sß c¡ b¿n cÿa bßt nhÿa LDPE B¿ng 3.1 Các kích th±ßc cÿa m¿u thÿ B¿ng 3.2 Gic tr椃⌀ c甃ऀa ccc thông sĀ in sau khi th±̉ nghi⌀m B¿ng 3.3 Thông sß in cho ph±¡ng pháp đ¡n bi¿n B¿ng 3.4 Các mÿc đß cÿa thông sß in theo ph±¡ng pháp Taguchi B¿ng 3.5 Thông sß cho ph±¡ng pháp Taguchi B¿ng 4.1 K¿t qu¿ lÿc kéo đÿt theo thông sß cÿa ph±¡ng pháp đ¡n bi¿n B¿ng 4.2 K¿t qu¿ lÿc kéo đÿt theo thông sß cÿa ph±¡ng pháp Taguchi B¿ng 4.3 ¾nh h±ßng cÿa thông sß Công su¿t đ¿n đß bßn kéo cÿa m¿u B¿ng 4.4 ¾nh h±ßng cÿa tßc đß dßch chuyßn các trÿc đ¿n đß bßn kéo cÿa m¿u B¿ng 4.5 ¾nh h±ßng cÿa bß dày vß m¿u đ¿n đß bßn kéo cÿa m¿u B¿ng 4.6 ¾nh h±ßng cÿa bß dày mßi lßp in đ¿n đß bßn kéo cÿa m¿u B¿ng 4.7 ¾nh h±ßng cÿa bß dày mßi lßp in đ¿n đß bßn kéo cÿa m¿u B¿ng 5.1 B¿ng giá trß tÿ sß S/N B¿ng 5.2 K¿t qu¿ tÿ lß S/N B¿ng 5.3 K¿t qu¿ ph±¡ng pháp Anova iv DANH MþC CÁC Tþ VI¾T T¾T RP: Rapid Prototyping AM: Additive Manufacturing LM: Layered Manufacturing SLA: Stereolithographic Apparatus SLS: Selective Laser Sintering LOM: Laminated Object Manufacturing FDM: Fused Deposit Modelling SGC: Soling Ground Curing STL: Standard Tessellation Language PA: Polyamide PE: Polyethylene LDPE: Low Density Polyethylene MDPE: Medium Density Polyethylene HDPE: High Density Polyethylene v DANH MþC CÁC BIÞU ĐÞ VÀ HÌNH ¾NH Hình 1.1 Mô hình c¿u t¿o máy in 3D SLA Hình 1.2 S¿n ph¿m cÿa công nghß in 3D SLA Hình 1.3 Hình dáng máy in và mßt sß s¿n ph¿m công nghß LOM Hình 1.4 Nguyên lý ho¿t đßng cÿa công nghß in 3D FDM Hình 1.5 S¿n ph¿m công nghß in 3D FDM Hình 1.6 Nguyên lý ho¿t đßng cÿa công nghß in 3D SLS Hình 1.7 S¿n ph¿m in 3D SLS Hình 1.8 Xe Urbee đ±ÿc s¿n xu¿t b¿ng công nghß in 3D Hình 1.9 In 3D dùng trong in m¿ch đißn tÿ Hình 1.10 Cánh qu¿t tua bin khí ché t¿o b¿ng in 3D Hình 1.11 þng dÿng in 3D trong y t¿ Hình 1.12 Ngôi nhà đ±ÿc in 3D ß Trung Qußc Hình 3.1 M¿u thÿ kéo theo tiêu chu¿n ASTM-D638 Hình 3.2 Kích th±ßc đß thi¿t k¿ m¿u thÿ lo¿i V H椃nh 3.3 Giao dißn làm vißc chính cÿa Mach3 Hình 3.4 M¿u thÿ sau khi in Hình 3.5 M¿u thÿ đ±ÿc l¿y khßi bàn và ti¿n hành đánh sß Hình 4.1 M¿u thÿ đã đ±ÿc đánh sß Hình 4.2 Máy kéo v¿n năng INSTRON 3369 Hình 4.3 Máy kéo trong tr¿ng thái không làm vißc Hình 4.4 G¿n ngàm cß đßnh Hình 4.5 G¿n ngàm di đßng Hình 4.6 L¿p hß thßng khí nén vào máy kéo vi Hình 4.7 B¿ng đißu khißn Hình 4.8 Ph¿n mßm Bluehill Lite Hình 4.9 K¿p ch¿t chi ti¿t vào ngàm Hình 4.10 M¿u thÿ bß kéo đÿt trên máy kéo Hình 4.10 M¿u thÿ sau khi bß kéo đÿt Hình 4.11 Bißu đß kéo và lÿc kéo đÿt Hình 4.12 Bißu đß ¿nh h±ßng cÿa công su¿t đ¿n đß bßn kéo cÿa m¿u Hình 4.13 Bißu đß ¿nh h±ßng cÿa tßc đß dßch chuyßn đ¿n đß bßn kéo cÿa m¿u Hình 4.14 Bißu đß ¿nh h±ßng cÿa bß dày vß đ¿n đß bßn kéo cÿa m¿u Hình 4.15 Sÿ thay đßi Layer trong in 3D Hình 4.16 Bißu đß ¿nh h±ßng cÿa bß dày mßi lßp in đ¿n đß bßn kéo cÿa m¿u Hình 4.17 Sÿ thay đßi m¿t đß in trong in 3D Hình 4.18 Bißu đß ¿nh h±ßng cÿa m¿t đß in đ¿n đß bßn kéo cÿa m¿u Hình 5.1 Thi¿t l¿p y¿u tß đ¿u vào Hình 5.2 Các thông sß trên Minitab Hình 5.3 Tÿ lß S/N cÿa các y¿u tß đ¿u vào Hình 5.4 Thi¿t l¿p y¿u tß đ¿u vào và đ¿u ra Hình 5.5 Chßn đß tin c¿y là 95% Hình 5.6 Khßi đßng Matlab Hình 5.7 Dùng New variable thi¿t l¿p thông sß Hình 5.8 Nh¿p thông sß đ¿u vào Hình 5.9 Nh¿p thông sß đ¿u ra Hình 5.10 Dùng lßnh <nntool= đß t¿o m¿ng n¡ron Hình 5.11 Import d± lißu đ¿u vào và đ¿u ra vii Hình 5.13 Ti¿n hành hu¿n luyßn m¿ng n¡ron Hình 5.14 K¿t qu¿ hu¿n luyßn m¿ng n¡ron Hình 5.15 Export m¿ng Hình 5.16 T¿o new variable và nh¿p bß thông sß c¿n dÿ đoán sau đó nh¿p lßnh network1 (test) đß dÿ đoán bß thông sß Hình 5.17 K¿t qu¿ dÿ đoán lÿc kéo viii BÞ GIÁO DþC VÀ ĐÀO T¾O TR¯ÞNG ĐH S¯ PH¾M Kþ THU¾T TPHCM THÔNG TIN K¾T QU¾ NGHIÊN CþU CþA ĐÞ TÀI 1. Thông tin chung: - Tên đß tài: Thÿ nghißm đß bßn kéo s¿n ph¿m in 3D tÿ bßt nhÿa - Chÿ nhißm đß tài: Nguyßn Trung Kiên Mã sß SV: 16144085 - Lßp: 16144CL2 Khoa: Đào t¿o Ch¿t L±ÿng Cao - Thành viên đß tài: Stt Hß và tên MSSV Lßp Khoa 1 Nguyßn Trung Kiên 16144085 16144CL2 CLC 2 Nguyßn T¿n Khoa 16144077 16144CL2 CLC 3 Nguyßn Ti¿n Phong 16144125 16144CL2 CLC - Ng±ßi h±ßng d¿n: ThS.

Mÿc tiêu đß tài: Thÿ nghißm đß bßn kéo cÿa 138 s¿n ph¿m. Tính mßi và sáng t¿o: In 3D SLS là công nghß mßi, vißc thÿ nghißm đß bßn kéo cho ra các thông sß ¿nh h±ßng góp ph¿n dÿ đoán đ±ÿc các thông sß ¿nh h±ßng lên s¿n ph¿m in 3D tÿ v¿t lißu bßt. Bên c¿nh đó đóng góp cho vißc nghiên cÿu sâu h¡n vào công nghß này. K¿t qu¿ nghiên cÿu: Kết quÁ nghiên cứu cho thấy các thông sß khi tăng giá trß s¿ làm tăng lÿc kéo đÿt: Công su¿t laser, bß dày vß, m¿t đß in.

Các thông sß khi tăng s¿ làm gi¿m lÿc kéo đÿt: tßc đß dßch chuyßn và bß dày cÿa mßi lßp in. Trong đó, thông sß bß dày mßi lßp in có ¿nh h±ßng lßn nh¿t đ¿n đß bßn kéo cÿa s¿n ph¿m ix 5. Đóng góp vß m¿t giáo dÿc và đào t¿o, kinh t¿ - xã hßi, an ninh, qußc phòng và kh¿ năng áp dÿng cÿa đß tài: Công nghß in 3D SLS là mßt công nghß có nhißu tißm năng nên vißc phát trißn và mß rßng các đß tài liên quan là r¿t c¿n thi¿t. Đß tài trong đß án này s¿ là nßn t¿ng và đóng góp phát trißn nghiên cÿu sâu h¡n 6.

Công bß khoa hßc cÿa SV tÿ k¿t qu¿ nghiên cÿu cÿa đß tài (ghi rõ tên t¿p chí n¿u có) ho¿c nh¿n xét, đánh giá cÿa c¡ sß đã áp dÿng các k¿t qu¿ nghiên cÿu (n¿u có): Ngày 27 tháng 07 năm 2020 SV chßu trách nhiệm chính thÿc hiện đß tài Nh¿n xét cÿa ng±ßi h±ßng d¿n vß nhÿng đóng góp khoa hßc cÿa SV thÿc hiện đß tài : Ngày 27 tháng 07 năm 2020 Ng±ßi h±ßng d¿n x MÞ Đ¾U Công ngh⌀ in 3D nói chung, là công ngh⌀ mang tính đột phc, đầy hứa hẹn, đang được nghiên cứu, phát triển và ứng dụng sâu rộng trong nhiều lĩnh vực c甃ऀa đời sĀng và sÁn xuất. Trong đó, công ngh⌀ in 3D SLS (Selective Laser Sintering) là công ngh⌀ sử dụng tia laser công suất cao thiêu kết (nung chÁy và kết dính) v¿t chất (ở d¿ng bột) một cách có chọn lọc đã được ứng dụng nhiều trên thế giới; tuy nhiên, ở Vi⌀t Nam vi⌀c nghiên cứu và ứng dụng công ngh⌀ này chưa th¿t sự rộng rãi. Do đó vi⌀c xác đ椃⌀nh được độ bền, đặc bi⌀t là độ bền kéo c甃ऀa sÁn phẩm được chế t¿o từ công ngh⌀ in này là một vấn đề cần thiết và quan trọng. Các thông sĀ trong quc trình cài đặt có Ánh hưởng không nhỏ đến đặc tính c甃ऀa chi tiết in, chúng liên quan m¿t thiết với nhau và cần được nghiên cứu.

Trong đồ án này t¿p trung nghiên cứu Ánh hưởng c甃ऀa các thông sĀ in 3D SLS đến độ bền kéo c甃ऀa sÁn phẩm, từ đó tĀi ưu hóa bộ thông sĀ in để sÁn phẩm đ¿t được độ bền kéo cao nhất. Quá trình thự hi⌀n gồm vi⌀c chế t¿o mẫu thử với 5 thông sĀ cần kiểm tra đó là: công suất laser (Laser Power), tĀc độ d椃⌀ch chuyển bàn máy (Feed), bề dày vỏ (Shell), bề dày mỗi lớp in (Layer height) và m¿t độ in (Infill density). Thu th¿p các kết quÁ thí nghi⌀m, l¿p biểu đồ và rút ra nh¿n xét về sự Ánh hưởng c甃ऀa các thông sĀ đến độ bền kéo c甃ऀa sÁn phẩm in. Bên c¿nh đó cp dụng các phương phcp khoa học như: Taguchi, Anova, M¿ng Nơron; và ccc phần mềm chuyên dụng để tĀi ưu được các thông sĀ in, nâng cao độ bền kéo cho sÁn phẩm.

Kết quÁ rút ra từ quá trình thực hi⌀n đồ án là: các thông sĀ in có Ánh hưởng nhất đ椃⌀nh đến độ bền kéo c甃ऀa sÁn phẩm, trong sĀ đó thì bề dày mỗi lớp in là Ánh hưởng nhiều nhất.