I. Nghiên cứu máy in 3D Tổng quan và xu hướng
Đồ án tốt nghiệp "Nghiên cứu và chế tạo máy in 3D" tại HCMUTE tập trung vào việc nghiên cứu máy in 3D, bao gồm lịch sử phát triển, các loại công nghệ in 3D phổ biến như SLA, SLS, LOM, 3DP, và đặc biệt là FDM (Fused Deposition Modeling) – công nghệ được lựa chọn cho dự án này. Đồ án khảo sát xu hướng in 3D, nhấn mạnh sự phát triển nhanh chóng của công nghệ này và ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực. Công nghệ in 3D hiện đại cho phép tạo ra các sản phẩm với chi phí thấp và thời gian nhanh hơn so với phương pháp truyền thống. Đồ án đề cập đến ứng dụng máy in 3D trong các lĩnh vực như in 3D y tế, in 3D giáo dục, in 3D thời trang, in 3D công nghiệp, và in 3D kiến trúc. Việc hiểu rõ các công nghệ này là cơ sở quan trọng để thiết kế và chế tạo máy in 3D hiệu quả. Nghiên cứu khoa học HCMUTE trong lĩnh vực này góp phần thúc đẩy sự phát triển của công nghệ in 3D tại Việt Nam. Đồ án cũng phân tích so sánh các loại máy in 3D, giúp người đọc hiểu rõ hơn về ưu, nhược điểm của từng loại, từ đó lựa chọn máy in phù hợp với nhu cầu sử dụng. Chi phí máy in 3D cũng là một yếu tố được xem xét trong quá trình nghiên cứu.
1.1 Lịch sử và phát triển công nghệ in 3D
Đồ án trình bày lịch sử phát triển công nghệ in 3D, bắt đầu từ ý tưởng ban đầu cho đến các bước đột phá quan trọng. Charles Hull, người phát minh ra Stereolithography (SLA), được đề cập như một nhân vật quan trọng trong lĩnh vực này. Đồ án theo dõi sự phát triển của các công nghệ in 3D khác nhau, từ những công nghệ tiên phong đến các công nghệ hiện đại hơn, cho thấy sự tiến bộ vượt bậc về độ chính xác, tốc độ, và vật liệu sử dụng. Sự ra đời của máy in 3D đã mở ra nhiều khả năng mới cho sản xuất và sáng tạo. Máy in 3D HCMUTE được chế tạo dựa trên những hiểu biết về lịch sử và sự phát triển của công nghệ in 3D. Đồ án đề cập đến sự ảnh hưởng của xu hướng in 3D đối với sự phát triển của công nghệ này, từ đó đưa ra nhận định về tương lai của in 3D. Sự phát triển của phần mềm máy in 3D cũng được đề cập đến như một yếu tố quan trọng góp phần thúc đẩy hiệu quả của công nghệ này.
1.2 Ứng dụng của công nghệ in 3D
Đồ án phân tích ứng dụng máy in 3D trong nhiều lĩnh vực, bao gồm cả in 3D nguyên mẫu, in 3D khuôn mẫu, và các ứng dụng chuyên biệt khác. In 3D tại HCMUTE nhằm mục đích thúc đẩy ứng dụng công nghệ này trong giáo dục và nghiên cứu. Việc chế tạo thành công máy in 3D trong đồ án là một minh chứng cho khả năng ứng dụng công nghệ trong thực tiễn. Đồ án cũng đề cập đến những ứng dụng in 3D cụ thể, ví dụ như in 3D kim loại, in 3D nhựa, in 3D gốm, cho thấy phạm vi ứng dụng rộng lớn của công nghệ này. In 3D công nghiệp và in 3D nha khoa cũng được đề cập đến, nhấn mạnh tiềm năng phát triển của công nghệ in 3D trong tương lai. Đồ án cũng thảo luận về lựa chọn máy in 3D phù hợp với từng ứng dụng cụ thể, giúp người đọc có cái nhìn toàn diện hơn về công nghệ này.
II. Chế tạo máy in 3D tại HCMUTE Thiết kế và chế tạo
Phần này tập trung vào quá trình chế tạo máy in 3D dựa trên công nghệ FDM. Đồ án mô tả chi tiết quá trình thiết kế máy in 3D, bao gồm thiết kế khung máy, hệ thống truyền động, hệ thống điều khiển, và hệ thống phun vật liệu in 3D. Thiết kế máy in 3D được thực hiện dựa trên các nguyên lý cơ khí và điện tử. Việc lựa chọn vật liệu in 3D phù hợp cũng được đề cập đến trong đồ án. Lắp ráp máy in 3D là một phần quan trọng trong quá trình chế tạo. Đồ án cũng bao gồm phần tính toán bền cho hệ thống, đảm bảo độ chắc chắn và an toàn của máy in 3D. Phần mềm máy in 3D được sử dụng để điều khiển và quản lý quá trình in. Giảng viên HCMUTE hướng dẫn in 3D đã đóng vai trò quan trọng trong việc hỗ trợ sinh viên hoàn thành đồ án. Sinh viên HCMUTE nghiên cứu in 3D đã tích lũy được nhiều kinh nghiệm thực tế thông qua quá trình này. Mô hình in 3D được tạo ra trong đồ án có kích thước hoạt động tối đa là 550x450x400 mm.
2.1 Thiết kế cơ khí và lựa chọn vật liệu
Đồ án trình bày chi tiết về thiết kế khung máy in 3D, bao gồm việc lựa chọn vật liệu, tính toán kích thước, và đảm bảo độ bền của khung. Việc lựa chọn kiểu chuyển động cho các trục X, Y, Z được trình bày một cách khoa học và logic. Lựa chọn vitme – đai ốc, bộ truyền đai, và động cơ được giải thích rõ ràng, kèm theo các tính toán kỹ thuật. Tính toán độ bền các phương chuyển động được thực hiện để đảm bảo sự hoạt động ổn định và an toàn của máy. Việc lựa chọn vật liệu in 3D như nhựa, kim loại,... được căn cứ trên các yêu cầu về độ chính xác, độ bền, và khả năng tương thích với đầu phun. Thiết kế trục X, thiết kế trục Y, và thiết kế trục Z được mô tả với các hình vẽ minh họa và các thông số kỹ thuật cụ thể. Lựa chọn thanh trượt bi và vitme-đai ốc bi được thực hiện dựa trên các tính toán kỹ thuật để đảm bảo độ chính xác và độ bền của hệ thống.
2.2 Thiết kế điện điều khiển và phần mềm
Đồ án trình bày về thiết kế hệ thống điện của máy in 3D, bao gồm các thành phần như board điều khiển (Mega Arduino 2560), màn hình hiển thị LCD, và các cơ cấu chấp hành. Quá trình đổ code vào board mạch điều khiển và thiết lập thông tin mạch điều khiển được mô tả cụ thể. Việc thiết lập nhiệt độ, thiết lập nhiệt độ tối đa cho phép, và thiết lập điều khiển PID nhiệt độ cho đầu đùn được giải thích chi tiết. Hệ thống đùn-phun nhựa được mô tả với các hình vẽ minh họa và các thông số kỹ thuật. Đồ án cũng trình bày về việc thiết lập phần cơ khí và phần truyền động của máy. Nguyên lý vận hành máy được giải thích một cách dễ hiểu. Phần mềm điều khiển được sử dụng trong quá trình in, bao gồm cả việc thiết lập các thông số in ấn và quản lý quá trình in. Việc sử dụng Arduino trong hệ thống điều khiển thể hiện sự áp dụng công nghệ hiện đại trong quá trình chế tạo.
III. Kết quả và ứng dụng thực tiễn
Đồ án trình bày kết quả thử nghiệm máy in 3D sau khi chế tạo. Máy in 3D có khả năng in các chi tiết với độ chính xác cao, sai số kích thước đạt mức 0.5mm. Đồ án đề cập đến các hạn chế của mô hình, ví dụ như các mối ghép chưa đạt độ thẩm mỹ, đầu phun nhựa còn kém chất lượng. Đồ án đưa ra các đề xuất cải tiến để nâng cao hiệu suất và chất lượng của máy in 3D. Dự án máy in 3D này có giá trị thực tiễn cao, góp phần thúc đẩy ứng dụng công nghệ in 3D trong giáo dục và nghiên cứu tại HCMUTE. Đồ án có thể được sử dụng làm tài liệu tham khảo cho các nghiên cứu và dự án tương tự trong tương lai. Học in 3D tại HCMUTE sẽ mang lại nhiều kinh nghiệm thực tiễn cho sinh viên.
3.1 Đánh giá hiệu quả và hạn chế
Đồ án đánh giá hiệu quả của máy in 3D dựa trên các chỉ tiêu như độ chính xác, tốc độ in, và chất lượng sản phẩm. Các thử nghiệm được thực hiện để xác định hiệu suất của máy in 3D. Đồ án nêu rõ các hạn chế của máy in 3D, chẳng hạn như độ thẩm mỹ của các mối ghép, chất lượng của đầu phun, hay sự ổn định của hệ thống. Việc xác định các hạn chế này giúp cho việc cải tiến và hoàn thiện máy in 3D trong tương lai. Bảo trì máy in 3D và sửa chữa máy in 3D cũng là những vấn đề cần được quan tâm để đảm bảo tuổi thọ và hiệu quả sử dụng của máy. Đồ án đưa ra các khuyến nghị về việc khắc phục các hạn chế này. In 3D khuôn mẫu và in 3D nguyên mẫu là những ứng dụng cụ thể được đánh giá trong đồ án. Khoá học in 3D HCMUTE có thể tích hợp đồ án này vào chương trình giảng dạy.
3.2 Ứng dụng và tiềm năng phát triển
Đồ án nhấn mạnh giá trị thực tiễn của việc chế tạo máy in 3D, đặc biệt trong bối cảnh công nghệ in 3D đang phát triển mạnh mẽ. Đồ án đề xuất các hướng phát triển cho máy in 3D, ví dụ như cải tiến hệ thống điều khiển, nâng cấp đầu phun, hoặc sử dụng vật liệu in 3D mới. In 3D nguyên mẫu và in 3D sản xuất là hai lĩnh vực tiềm năng mà máy in 3D này có thể được ứng dụng. Đồ án cũng gợi mở về in 3D giáo dục, cho thấy tiềm năng của công nghệ in 3D trong việc hỗ trợ giảng dạy và học tập. Hệ thống in 3D HCMUTE có thể được mở rộng và phát triển dựa trên kết quả của đồ án này. Phát triển máy in 3D là một quá trình liên tục, đòi hỏi sự nỗ lực và sáng tạo không ngừng. Đồ án tốt nghiệp này chỉ là bước khởi đầu cho các nghiên cứu và phát triển tiếp theo.
