CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN Các sản phẩm của công nghệ in 3D rất đa dạng, có thể tạo được những hình khối từ đơn giản cho đến phức tạp ứng dụng trong cực kỳ nhiều lĩnh vực khác nhau: y tế, công nghiệp sản xuất chế tạo, ô tô, hàng không vũ trụ, quốc phòng, giáo dục… Sử dụng công nghệ in 3D có thể mang lại rất nhiều lợi ích cho cả cá nhân và doanh nghiệp, tạo ra một cuộc cách mạng khá lớn trong thời đại mới: - Tăng tốc độ sản xuất. - Dễ dàng tiếp cận, ứng dụng. - Tạo ra mẫu có chất lượng cao. - Tiết kiệm thời gian.
- Thiết kế sáng tạo và tự do tùy biến. - Hạn chế rác thải. - Tiết kiệm chi phí… 1. Tính cấp thiết của đề tài: Việc ứng dụng công nghệ in 3D màu cho phép tạo ra các đối tượng đa màu sắc nhanh chóng, chính xác tiết kiệm chi phí ứng dụng trong nhiều lĩnh vực hiện nay.
Tạo ra các đối tượng mang tính thẩm mỹ vượt trội hơn nhiều so với việc tô màu thủ công, giảm thiểu các bước xử lý hậu kỳ và tiết kiệm chi phí cho người dùng. 2 Ứng dụng của công nghệ in 3D đa màu 2 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN In 3D màu giúp các kỹ sư và nhà thiết kế tiết kiệm tiền bạc và thời gian với các nguyên mẫu trông giống nhau, các nhà làm phim biến các mô hình kỹ thuật số thành đạo cụ, các nhà sản xuất mô hình tạo ra các mô hình thu nhỏ sống động, các chuyên gia y tế tạo ra các mô hình giải phẫu chính xác, v. ❖ Tạo nguyên mẫu nhanh: giúp các công ty biến ý tưởng thành bằng chứng thực tế về khái niệm, nâng cao các khái niệm này thành nguyên mẫu có độ chính xác cao, trông và hoạt động giống như sản phẩm cuối cùng. In 3D đủ màu cũng cho phép nhóm phát triển sản phẩm thử nghiệm các tùy chọn màu khác nhau và tiến hành nghiên cứu với khách hàng trước khi chuyển sang sản xuất.
❖ Ứng dụng trong giải trí phim ảnh: đạo cụ và mô hình in 3D đang làm mờ ranh giới giữa mô hình vật lý và hiệu ứng kỹ thuật số. Các nghệ sĩ tạo ra các mô hình chi tiết, chân thực bằng phần mềm tạo mô hình 3D và sau đó biến chúng thành hiện thực trong vài giờ bằng cách sử dụng tính năng in 3D đa màu sắc. ❖ Ứng dụng trong nghệ thuật – đồ chơi: tạo ra những bước tượng, mô hình với nhiều độ phức tạp và màu sắc khác nhau dùng vào mục đích sưu tầm, trang trí hoặc làm quà tặng. ❖ Mô hình y tế: Trong lĩnh vực chăm sóc sức khỏe, bác sĩ X quang, bác sĩ phẫu thuật và chuyên gia y sinh đang ngày càng chuyển sang in 3D để tạo ra các mô hình 3D chính xác về các đặc điểm giải phẫu có thể được sử dụng làm công cụ tham khảo cho việc lập kế hoạch trước phẫu thuật, hình dung trong phẫu thuật và giáo dục.
In 3D cho phép các chuyên gia y tế tạo ra các mô hình phức tạp với các chi tiết phức tạp mà các công nghệ khác không thể sản xuất được. In 3D nhiều trục: Khi gặp những mô hình, chi tiết phức tạp ngoài việc sử dụng nhựa PLA để in support đỡ những cơ cấu phức tạp thì việc kết hợp in đa trục, in không đồng phẳng là khá cần thiết. 3 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN Đầu tiên, phải biết rằng hầu như tất cả các quy trình in 3D ngày nay đều là “phẳng”. Phương pháp in 3D tiêu chuẩn thật sự giống in 2,5D hơn.
Chỉ có trục X và trục Y di chuyển đồng thời; trục Z chỉ chuyển động khi trục X và Y dừng lại để đầu in di chuyển lên để in lớp tiếp theo. Những hạn chế của việc vẫn sử dụng phương pháp cũ để in: - Những đường in xếp chống lên nhau tạo thành các bậc liên tiếp làm cho mẫu in trở nên không được mịn màng, không được đẹp mắt. - Muốn in những chi tiết phức tạp như chi tiết vươn ra khỏi đế, lơ lửng, những đường cong, uốn lượng buộc phải in thêm một lớp nhựa mỏng bỏ đi để làm đế, sau khi in xong phải tỉ mỉ cắt bỏ nhựa thừa làm tốn thêm công sức và thời gian. - Ở những trường hợp không mong muốn, hay in ra những sản phẩm quá phức tạp, đầu in có thể phá hủy luôn mẫu in.
- Tốc độ in 3D đa trục rõ ràng là nhanh hơn rất nhiều so với chỉ in 3D 3 trục rhoe kiểu truyền thống. 3 In 3D buộc phải dùng cơ cấu support Cần thêm phương pháp in mới để hỗ trợ đó là in nhiều trục. Hiện nay, người ta sử dụng phần mềm của Slic3r để thực hiện việc này, đây là phần mềm cắt lát phổ biến có khả năng phát triển mã G để in 3D nhiều trục, in không 4 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN đồng phẳng. Ngoài ra người ta còn dùng thêm phần mềm Rhino và Grasshopper trong dự án nghiên cứu Open 5X Printer của hãng Prusa.
Tại sao lại sử dụng công nghệ FDM: Máy in 3D FDM hoạt động thông qua việc thực hiện đùn các sợi nhựa nóng chảy, sau đó tiến hành in thành từng lớp và bồi đắp dần hình thành cấu trúc chi tiết của sản phẩm theo dạng khối 3D. Máy in công nghệ 3D FDM có kích thước đường kính vòi phun nhỏ chỉ từ 0. Các vật liệu bằng nhựa dẻo thường được ứng dụng để chế tạo các nguyên mẫu và có thể tạo ra những sản phẩm với kết hợp nhiều màu sắc khác nhau. Với cấu tạo cơ khí đặc trưng máy in theo công nghệ FDM có thể kết hợp cơ cấu cho phép in nhiều trục và cơ cấu cho phép thay đổi đầu in hoặc trộn màu để có thể in được nhiều màu sắc.
Vật liệu tạo mẫu cho công nghệ FDM có đặc tính kỹ thuật tốt chịu đựng được tác nhân ngoại cảnh của môi trường dễ dàng kết hợp in nhiều màu, không khó kết hợp và chi phí vật liệu không cao như vật liệu của công nghệ in SLA và SLS. 4 Công nghệ in 3D FDM 5 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1. Mục tiêu của đề tài: Nghiên cứu - thiết kế - chế tạo ra một chiếc máy in 3D gồm 6 đầu in có khả năng in được mẫu nhiều màu sắc. Máy in có “cơ cấu chuyển đổi đầu in” thông minh linh hoạt trong quá trình in.
Có cơ cấu để in nhiều trục để in những chi tiết phức tạp không cần sử dụng cơ cấu đỡ support. 1 Bảng phân tích SWOT: Điểm mạnh Điểm yếu Cơ hội Thách thức Kết hợp được việc Công nghệ in FDM Thị trường in 3D rất Thách thức về thiết in được nhiều màu cho chất lượng mẫu tìm năng, đang trên kế, chế tạo, lập và đa vật liệu tạo in không mịn màng, đà phát triển mạnh trình điều khiển để mẫu trực quan. chính xác bằng các mẽ. tạo ra máy in đảm công nghệ khác.
bảo chất lượng. Tạo ra mô hình có Mẫu in bị giới hạn Trên thị trường các Thách thức về sự chi phí thấp, thời bởi số lượng màu hãng tập trung vào cạnh tranh của các gian tạo mẫu nhanh sắc nhất định không chất lượng mô hình hãng khác. thể in được quá thì không có độ đa nhiều màu dạng màu sắc, và. ngược lại.
Nếu đảm bảo cả hai thì chi phí tạo mẫu sẽ rất cao. Tạo ra mô hình có Tính ứng dụng cao, Chưa có phần mềm độ phức tạp nhờ in có thể phát triển cắt lớp chuyên nhiều trục. theo nhiều hướng dụng cho đề tài này. Hạn chế được tối đa việc sử dụng in nhựa support cho mẫu in 6 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.
Thông số kỹ thuật máy in 3D cần thiết kế: - Máy in 3D gồm 6 đầu in với công nghệ FDM hỗ trợ in nhựa PLA nhiều màu sắc. - Có cơ cấu thay đổi đầu in thông minh, linh hoạt để hỗ trợ in nhiều màu. - Có cơ cấu in đa trục giúp máy in có thể in những mẫu có biên dạng nhấp nhô, cong vênh, lơ lửng hạn chế tối đa việc sử dụng các công cụ support. - Tạo được mẫu in có kích thước 180x180x150 mm.
- Chiều cao layer: 0.4 mm - Độ chính xác vị trí 0.2 mm - Tốc độ in 20 – 80 mm/s. - Nhiệt độ vòi in có thể điều chỉnh tối đa lên đến 240oC 1. Tổ chức của đồ án: Chương 1: Tìm hiểu tổng quan về công nghệ in 3D cũng như tính cấp thiết, ứng dụng của đề tài trong nhiều lĩnh vực. Chương 2: Tìm hiểu những máy in 3D trên thị trường từ đó đưa ra những phương án sau đó đưa ra những phân tich - lựa chọn cho phù hợp với yêu cầu đặt ra của máy in.
Chương 3: Tinh toán – thiết kế cơ khí cho máy in 3D, lựa chọn các phần cơ khí với thông số tính toán phù hợp như động cơ, thanh trượt, vitme, đai, pulley, đầu nung,. Chương 4: Tính toán và lựa chọn các thiết bị điện cho máy in 3D, xây dựng sơ đồ đấu nối mạch điện và các thiết bị ngoại vi, đảm bảo máy in hoạt động một cách trơn tru. Chương 5: Tiến hành xây dựng lưu đồ giải thuật cho thay đầu in, in nhiều màu và in không đồng phẳng, viết phần mềm cắt lớp kết hợp, cấu hình firmware cũng như điều khiển máy in 3D. Chương 6: Tổng kết quá trình thực nghiệm, lắp ráp máy in, đánh giá chất lượng mẫu in, đưa ra hướng phát triển của đề tài trong tương lai.
7 CHƯƠNG 2: TÌM HIỀU - NGHIÊN CỨU – LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN 2. CHƯƠNG 2: TÌM HIỂU - NGHIÊN CỨU - LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN 2. Ý tưởng về cơ cấu thay đầu in: 2. Máy in 3D Original Prusa MMUS2: Hình 2.
1 Máy in 3D Original Prusa MMUS2 Hình 2. 2 Cơ cấu đẩy nhựa của máy in 3D 8 CHƯƠNG 2: TÌM HIỀU - NGHIÊN CỨU – LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN Thông số kỹ thuật: - Kích thước mấu in: 250 x 210 x 210 mm. - Chiều cao layer: 0,05 – 0,35 mm - Hỗ trợ in nhựa: PLA, ABS, PETG, vật liệu hòa tan (BVOH, PVA). - Tốc độ di chuyển tối đa: 200+ mm / s - Nhiệt độ vòi phun tối đa: 300 ° C / 572 ° F - Nhiệt độ tấm nhiệt tối đa: 120 ° C / 248 ° F - Hỗ trợ in tối đa 5 sợi nhựa.
Đặc điểm nổi bật: - Là bộ sản phẩm độc đáo cho phép máy in 3D in tối đa 5 sợi nhựa cùng một lúc. - Với hệ thống dẫn nhựa nạp truyền động trực tiếp từ MMU2S tới Extruder chỉ với một dây dẫn ống PTFE duy nhất giúp quá trình nạp sợi nhựa dễ dàng và ít bị kẹt hơn.