Đặt vấn đề Công nghệ in 3D đang là một trong những xu hướng phát triển mới của khoa học và kỹ thuật hiện đại. Hiện nay trên thế giới, công nghệ in 3D đã được ứng dụng trong việc tạo sản phẩm phục vụ đời sống-xã hội. Một số sản phẩm được tạo bằng công nghệ in 3D trong một số lĩnh vực như thiết kế thời trang, linh kiện thay thế, thực phẩm, công nghiệp, xây dựng và y học. Trong các ứng dụng đó thì việc tạo mô hình 3D trực quan để phục vụ đào tạo, tạo mẫu thiết kế được chú trọng, một số mô hình 3D được tạo bằng máy in 3D dùng để phục vụ đào tạo được thể hiện như in các chi tiết hình hộp giảm tốc (hình 2-1).1 Chi tiết hộp giảm tốc Công nghệ in 3D là một công nghệ tạo mẫu tiên tiến.
Các sản phẩm máy in thương mại được sản xuất không những bởi các công ty, tập đoàn như 3D system, Stratasys, Z Corporation mà còn bởi các trường đại học như Đại học Cardiff ở nước Anh. Tại Phòng thí nghiệm sản xuất phụ trợ, Đại học Cardiff, các nghiên cứu về máy in cho các sản phẩm bằng nhựa và kim loại đã được nghiên cứu từ những năm 90 của thế kỷ XX. Tại Việt Nam, các nghiên cứu về tạo mẫu để ứng dụng trong công nghiệp đã được chú trọng, nhiều tác giả, cơ sở sản xuất đã đề xuất nghiên cứu chế tạo máy in 3D như nhóm nghiên cứu thuộc Bộ môn Cơ khí chính xác và quang học (Trường Đại học Bách khoa Hà Nội) đã thiết kế chế tạo thử nghiệm thành công máy in chi tiết nhựa 3D. Máy in 3D 3DMaker® GEM do Công ty cổ phần 3Dmaker (TP Hồ Chí Minh) thiết kế và chế tạo dựa theo công nghệ in 3D-DLP.
Công nghệ in 3D hỗ trợ rất nhiều cho người thiết kế và những nhà sản xuất có thể kiểm tra các chi tiết hay hệ thống được thiết kế trước khi được cấp vốn để sản xuất hàng 3 Luan van loạt. Các công nghệ in 3D đã giúp các nhà sản xuất đẩy mạnh việc thiết kế sản phẩm, hạn chế các sai sót không đáng có trong quá trình thiết kế và sản xuất. Về cơ bản công nghệ in 3D là quá trình tạo mẫu sản phẩm giúp người sản xuất quan sát nhanh sản phẩm cuối cùng. Quá trình tạo mẫu được hỗ trợ bởi các phần mềm CAD giúp thiết kế nhanh sản phẩm, các phần mềm cắt lớp.
Tạo đường chuyển động. Đặc điểm của công nghệ in 3D là: - Thực hiện tạo mẫu trong thời gian ngắn, đây chính là điểm mạnh của phương pháp này. - Sản phẩm của quá trình in có thể dùng để kiểm tra các mẫu được sản xuất bằng các phương pháp khác. - Mẫu tạo ra có thể dùng hỗ trợ cho quá trình sản xuất.
Một số công nghệ in 3D 2. Công nghệ SLA Công nghệ SLA được phát minh ở Mỹ vào năm 1984. Phương pháp tạo mẫu lập thể SLA dựa vào nguyên tắc đông cứng vật liệu lỏng photopolymer thành hình dạng rõ ràng khi nó được chiếu bởi một chùm tia laser cường độ cao. Có thể sử dụng Laser He-Cd với bước sóng 325nm hoặc Laser dạng rắn [1].
4 Luan van Hình 2.2 Công nghệ SLA Tại vị trí bệ đỡ cao nhất thì trên tấm là một lớp chất lỏng cạn. Máy phát laser phát ra chùm tia cực tím tập trung trên một diện tích của lớp chất lỏng và di chuyển theo hướng X – Y. Chùm tia cực tím chiếu sáng làm đông đặc lớp dung dịch tạo nên một khối đặc, bệ đỡ được hạ xuống một khoảng bằng chiều dày 1 lớp và quá trình được lặp lại. Quá trình được tiếp diễn cho đến khi đạt được kích thước của chi tiết.
Phần dung dịch xung quanh không bị đông kết và có thể được sử dụng cho lần kế tiếp. Công nghệ 3DP Công nghệ in chiều được phát triển ở khoa kỹ thuật cơ khí viện công nghệ MIT. 5 Luan van Hình 2.3 Sơ đồ nguyên lý tạo mẫu 3DP Đầu phun sẽ phun dung dịch keo kế dính trên bề mặt lớp nền bột vật liệu chế tạo. Bột sẽ kết dính với nhau ở những vị trí có keo dính.
Sau khi lớp đầu tiên hoàn thành piston chế tạo sẽ đi xuống một khoảng bằng bề dày một lớp. Piston phân phối bột đi lên, con lăn chạy qua đẩy bột cung cấp tiếp tục cho quá trình. Quá trình được lặp lại cho đến khi toàn bộ vật thể được chế tạo xong trong nền bột. Công nghệ FDM Công nghệ in FDM được sử dụng khá nhiều trong các loại máy in hiện nay với kết cấu đơn giản, vật liệu dễ tìm [3].
6 Luan van Hình 2. Công nghệ in FDM Nguyên lý hoạt động: Ở vị trí ban đầu bàn in cách đầu phun nhiệt một khoảng bằng chiều dày lớp in. Sợi nhựa được đưa vào kim phun nhờ hệ thồng tời nhựa bằng cặp bánh răng một cách liên tục. Tại đầu phun nhựa, nhựa được nung nóng tới khoảng nhiệt độ thích hợp bởi bộ phận gia nhiệt.
Nhựa nóng chảy được đùn ra theo biên dạng dịch chuyển của đầu phun. Sau khi lớp thứ nhất hoàn thành bàn máy dịch xuống một khoảng bằng chiều dày một lớp. Quá trình tiếp tục cho đến khi hoàn thành chi tiết. Giới thiệu một số mẫu máy in 3D 2.
Máy in 3D theo dạng Cartesian Hình 2. Máy in 3D dạng Cartesian 7 Luan van Là các máy in 3D di chuyển đầu đùn nhựa nhờ các chuyển động theo phương X, Y, Z trong hệ tọa độ Cartesian. Đại diện tiêu biểu dòng máy in 3D mã nguồn mở loại Cartesian chính là Prusa i3 hay Mendel [4]. Cho đến nay, máy in 3D Cartesian bao gồm phần lớn máy in 3D FDM để bàn và thương mại được sử dụng rộng rãi.
Phương án thiết kế máy in này dựa trên hệ tọa độ Cartesian, đây là một trong những hệ tọa độ cơ bản nhất được sử dụng trong một loạt các ứng dụng công nghiệp và học thuật. Hệ tọa độ Cartesian sử dụng ba số để xác định vị trí của một điểm trong không gian X, Y và Z. Trình tự của những con số này rất quan trọng, vì chúng là một tiêu chuẩn công nghiệp. Nói một cách đơn giản, số X và Y xác định vị trí bên và dọc của một điểm, trong khi số Z xác định độ cao của nó.
Trong máy in 3D Cartesian tiêu chuẩn, mỗi lớp được in bằng tọa độ X và Y của mỗi điểm trước khi đầu in di chuyển lên theo chiều cao một lớp. Sau đó, nó tiến hành in lớp tiếp theo tương ứng với tọa độ Z của chiều cao hiện tại của đầu in. Hầu hết những nỗ lực của ngành in 3D đã đi vào việc tạo ra các máy in 3D Cartesian sáng tạo và thân thiện hơn với người dùng. Ngày nay, máy in 3D Cartesian có thể được mua trong bộ dụng cụ lắp ráp hoàn chỉnh, sẵn sàng sử dụng.
Với thiết lập tối thiểu, chúng ta có thể in bằng máy in 3D Cartesian trong vài phút. Máy in 3D theo dạng Delta Hình 2. Máy in 3D dạng Delta 8 Luan van Là các máy in 3D di chuyển đầu đùn nhựa theo nguyên lý của robot delta (robot song song). Đại diện tiêu biểu cho dòng máy in mã nguồn mở dạng Delta là Delta robot 3D printer [4].
Máy in Delta 3D rất dễ nhận biết chỉ bằng sự xuất hiện của chúng. Trong máy in 3D Delta, máy đùn được treo không phải từ phía trên, mà bởi vị trí ba cánh tay trong cấu hình hình tam giác. Ba cánh tay đẩy và kéo vào máy đùn để định vị nó theo mô hình được in. Mặc dù cấu hình khác thường của máy in Delta 3D, nó vẫn xây dựng các bản in theo hệ thống tọa độ của Cartesian.
Thay vì định vị đầu in theo các vị trí x, y và z, mỗi ba cánh tay sẽ thay đổi góc của nó để định vị đầu in trên nền tảng xây dựng theo mô hình. Đánh vào vị trí chính xác được thực hiện bởi một loạt các hàm lượng giác xem xét góc của tất cả các nhánh định vị. Do cấu trúc hình tam giác, Máy in Delta 3D thường có nền tảng xây dựng hình tròn giúp chúng phù hợp hơn cho bản in tròn. Máy in 3D theo dạng Polar Hình 2.7 Máy in 3D dạng Polar Loại máy in 3D này mới và ít phổ biến hơn hai loại trên.
Đầu đùn nhựa di chuyển theo nguyên lý của tọa độ cực. Đây vẫn được coi là một thiết kế mới nổi, nhưng ngày càng nhiều chuyên gia in 3D bắt đầu nhận ra lợi thế của nó có thể như thế nào. Thay vì sử dụng hệ tọa độ Descartes, Máy in 3D Polar sử dụng hệ tọa độ cực. Trong hệ thống 9 Luan van này, các điểm được xác định chỉ sử dụng hai số: một góc trong không gian 3D và khoảng cách (hoặc bán kính) từ một trung tâm được xác định trước [5].
Các cơ chế di chuyển rất khác so với những gì chúng ta thường thấy trong Máy in 3D của Cartesian. Thay vì nền tảng xây dựng cố định, giường in của máy in 3D Polar có thể xoay, di chuyển sang trái và phải hoặc di chuyển qua lại. Điều này làm cho nó có thể có một chiếc giường in gần như đứng yên - nó chỉ di chuyển lên và xuống khi chuyển sang lớp khác. Thiết kế rất khéo léo này cho phép máy in 3D Polar tạo ra khối lượng xây dựng lớn bằng cách sử dụng một không gian nhỏ hơn nhiều.
Việc thực hiện dự án máy in 3D lần này nhóm tác giả nghiên cứu vận dụng tổng hợp lý thuyết về đặc điểm của các loại vật liệu chế tạo máy, các phương pháp gia công, chế tạo phôi được học trong môn học Kỹ thuật chế tạo trong kỳ này. Đồng thời kết hợp với kiến thức tổng hợp về phần điện tử, vi mạch được học ở các kỳ trước cùng với việc tự nghiên cứu của nhóm để tạo ra được một chiếc máy in 3D hoàn chỉnh đáp ứng được yêu cầu về tính linh hoạt cũng như về chi phí mà nhóm đã đề ra lúc đầu. Ngoài ra nhóm còn vận dụng kiến thức về việc bố trí và sắp xếp các linh kiện trong chiếc máy in 3D để phù hợp không gian học tập của các bạn sinh viên để mang lại hiệu quả tối ưu nhất cho hệ thống. Kết luận Ta có bảng thống kê ưu nhược điểm của cả 3 phương án thiết kế như sau [4]: Phương pháp STT Ưu điểm Nhược điểm thiết kế Lắp ráp, căn chỉnh và Khối lượng các cơ bảo dưỡng dễ dàng.
cấu đi động lớn, Cộng đồng mã nguồn nên tốc độ in không mở lớn. cao và gây ồn.