CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ IN 3D.1 Khởi nguồn ý tưởng in 3D.3 Máy in 3D tại Việt Nam.4 Những sản phẩm được tạo ra từ máy in 3D.5 Lịch sử phát triển công nghệ in 3D.6 Charles Hull cha đẻ của công nghệ in 3D.7 Máy in 3D nhiều màu sắc Z510.9 Máy in 3d nhiều vật liệu cùng lúc Connex500™.10 Chiếc xe đầu tiên được in bằng công nghệ máy in 3D.11 Mạch máu in bằng công nghệ máy in 3D .12 Bikini được in bẳng công nghệ máy in 3D.13 In chocolate bằng công nghệ máy in 3D.14 Trang sức vàng 14K và bạc được in bằng công nghệ in 3D.15 Công nghệ SLA.16 Một sản phẩm đòi hỏi độ chính xác cao.17 công nghệ SLS.18 Công nghệ LOM.19 Công nghệ 3DP.20 Công nghệ FDM.21 Mô hình máy in 3D xây nhà. 20 CHƯƠNG II: NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ MÁY IN 3D KIỂU FDM .1 Nguyên lý hoạt động máy in 3D kiểu FDM.2 cấu tạo máy in 3D.3 Nguyên lý hoạt động của đầu phun. 26 vii do an Hình 2.8 Mô hình in 3D bằng vật liệu Carbon Fiber PLA (CF-PLA).9 vật liệu in 3D kim loại.10 vật liệu in 3D socola.11 Công nghệ tạo mẫu nhanh được ứng dụng rất rộng rãi.12 Các cụm chi tiết in 3D được lắp ráp với nhau.12 Ứng dụng làm khuôn đúc silicon.13 Khuôn nhựa được làm từ máy in 3D.14 Công nghệ in 3D trong giáo dục.15 Chiếc xe của kỹ sư Kim Kor.16 Ứng dụng công nghệ in 3D trong nha khoa, y khoa. 35 CHƯƠNG III: NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ KẾT CẤU CƠ KHÍ.1 Cartesian, Delta và Polar.1 Máy in 3D loại Cartesian .2 máy in 3D loại Delta .3 máy in 3D loại Polar .4 Khung trên phần mềm thiết kế.5 Khung sắt thực tế.6 Vít me-đai ốc bi.8 Dẫn hướng bằng sống trượt mang cá.9 a) Ray trượt b) Ray trượt tự chế .10 Thanh trượt bi.11 Bộ dẫn hướng.12 Truyền động đai cho 2 phương X, Y.13 Truyền động vitme cho phương Z.14 Bảng so sánh động cơ bước và động cơ servo.15 Phần mềm điều khiển Slic3r.
52 viii do an CHƯƠNG IV: TÍNH TOÁN BỀN CHO HỆ THỐNG.1 Thiết kế trục X và Y.2 Phác thảo mô hình.3 Dãy ký hiệu thanh trượt.4 Số lượng thanh trượt yêu cầu trong một mặt phẳng.5 Trích catalogue của thanh trượt bi hãng THK.6 Lực, momen tác dụng lên thanh trượt .7 Khả năng chịu tải theo các hướng .8 Quy trình tính toán .9 Lực tác dụng lên thanh trượt .10 Mô hình tính toán thanh trượt trục Y.11 Số liệu và kích thước của SHS15V2UU+700LP-II.12 Hệ số an toàn khuyến cáo nhà sản xuất.13 Thiết kế trục Z.14 Trích bảng tra đường kính, chiều dài, bước ren của vít me bi.15 Kiểu lắp vít me fixed-fixed, fixed-free và fixed-support.16 Bảng tra hệ số an toàn tĩnh.17 Bảng tra hệ số tải fa.18 Tính momen động cơ bước.19 Tính công suất động cơ bước.20 Step của một số động cơ bước thông dụng .21 Các thông số đai răng.22 Các thông số đai răng.23 Kiểm tra bền cho khung.24 Biến dạng của khung.25 Kiểm tra bền cho ty trượt phương X Y.26 Biến dạng của ty trượt phương X, Y.27 Kiểm tra bền cho gối đỡ phương Z. 81 ix do an Hình 4.28 Biến dạng gối đỡ phương Z. 82 CHƯƠNG 5: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG HỆ THỐNG ĐIỆN, MẠCH ĐIỀU KHIỂN.1 Bộ nguồn 24VDC với 2 cổng (-) và 2 cổng (+).2 Board điều khiển MEGA ADRUINO 2560 .4 Stepper A4988 công suất 1-1.7A sử dụng điều khiển động cơ Size 42.5 Stepper DRV 8825 công suất lên đến 3A sử dụng điều khiển động cơ size 57 .6 Màn hình LCD để hiện thị lệnh điều khiển máy in 3D.7: Dây điện 4 lõi với 4 màu sắc khác nhau .8 Sử dụng nẹp nhựa đi dây điện để tăng tính thẩm mỹ cho máy in 3D.9 Các dụng cụ bổ trợ như băng keo đen, keo 502, kéo… .10 Động cơ bước loại 6 dây với 2 dây chung.11: Động cơ bước loại 4 dây .12 Động cơ biến từ trở.14 Động cơ hai cực.15 Động cơ nhiều pha.16 Một động cơ bước có nhiệm vụ kéo sợi nhựa.17 Cơ cấu cơ khí có nhiệm vụ định vị và dẫn hướng sợi nhựa .18 Nguyên lý hoạt động của hệ thống phun nhựa.19 Bộ phận gia nhiệt.20 Kích thước các loại kim, mũi phun.21 Mũi kim phun và chi tiết khối vuông có nhiệm vụ giữ nhiệt.22 Quạt tản nhiệt.24 Hệ thống phun nhựa cơ bản.25 Thực hiện việc kết nối máy tính và board mạch điều khiển. 108 x do an Hình 5.26 Chọn vi điều khiển Mega Adrunio 2560.26 Chọn cổng kết nối giữa board mạch và máy tính.27 Giao diện configuration.28 Code thiết lập mạch điều khiển.29 Code thiết lập tên máy “3D SPKT”.30: Thiết lập số đầu đùn của máy in.31 Thiết lập cảm biến nhiệt độ.32 Thiết lập kiểm tra độ ổn định nhiệt độ đầu đùn.33 Thông số nhiệt độ tối thiểu cho phép.34 Thông số nhiệt độ tối đa cho phép.35 Giá trị nhiệt độ kích hoạt PID.36 Hệ số của PID.37 Thiết lập giá trị nhiệt độ ngăn chặn sự cố cho máy in.38 Thiết lập tín hiệu đảo chiều Endstop.39 Thiết lập hướng âm dương của các trục để set chuẩn máy.40 Hướng di chuyển đầu đùn khi về home.41 Thông số kích thước bàn gia công.42 Thông số cài đặt phần truyền động của máy in.43: Thực hiện việc nạp code vào board bằng cách click vào “Upload” 116 Hình 5.44: Thiết kế mẫu vật 3D bằng phần mềm Creo 3.45 Xuất file định dạng STL.46 Cài đặt các thông số trạng thái của quá trình in bằng phần mềm Cura.47: Xuất file gia công vào thẻ nhớ .48 Bảng điều khiển thủ công các trục trên máy in 3D.49 Kiểm tra nhiệt độ gia nhiệt của máy trên màn hình LCD.50 Bắt đầu cho máy in bằng cách chọn vào dòng “Print from SD” từ màn hình điều khiển.
120 CHƯƠNG 6: TỔNG KẾT. 120 xi do an Hình 6.2 Sản phẫm Cup Thế giới .3 Sản phẫm chiếc cúp. 123 xii do an CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ IN 3D. Ý tưởng hình thành công nghệ in 3D.
Vào khoảng nửa sau thế kỉ 20, khi bộ phim khoa học viễn tưởng Star Trek được công chiếu rộng rãi thì ý tưởng về công nghệ 3D cũng được khơi nguồn từ đó – sử dụng các nguyên vật liệu dễ tái chế và tạo nên các sản phẩm theo nhu cầu. Qua một vài thập niên phát triển khoa học và công nghệ thì những khái niệm về công nghệ 3D đã thực sự vén được bức màn “viễn tưởng”, trở nên phổ biến và săn đón được sự quan tâm đầu tư của rất nhiều các nhà khoa học và sản xuất trên toàn thế giới.1 Khởi nguồn ý tưởng in 3D. Trong đó, nhóm sinh viên trường MIT năm 1995 đã tạo ra được chiếc máy in 3D đầu tiên với các sản phẩm hình học 3 chiều bằng nhựa. Đây là bước tiến đánh dấu hiện thực hóa máy in 3D và dẫn đến sự ra đời của Z Corp và chuyển nhượng cho 3D System cùng năm, thương mại hóa máy in 3D phổ biến rộng rãi trên thị trường.
Qua nhiều năm, máy in 3D đã đạt được những bước tiến rất nổi bật trong việc gia tăng kích thước vật thể và đa dạng vật liệu in ấn 3D. 1 do an Hình 1.2 Không gian in 3D của nhóm sinh viên trường MIT. 3D trong công nghệ in 3D là một định nghĩa hoàn toàn khác với 3D mang tính mô phỏng như TV 3D, Phim 3D, âm thanh 3D, hình 3D. 3D ở đây là sản phẩm thật, vật thể thật mà ta có thể cầm trên tay, sờ mó, quan sát một cách chính xác, 3D ở đây là mọi thứ xung quanh ta, mà từ nguyên thủy đến hiện nay ta vẫn tiếp xúc hằng ngày, quá quen thuộc và ta chẳng gọi nó là 3d làm gì.
In 3D là in ra nội dung lên từng lớp, các lớp được in lần lượt chồng liên tiếp lên nhau, từng lớp từng lớp. Mực in chính là vật liệu muốn áp lên vật thể 3d, có thể là nhựa, giấy, bột, polymer, hay kim loại …, các vật liệu này có đặc điểm là có sự kết dính với nhau để vật liệu lớp bên trên kết dính với lớp bên dưới được. Chúng ta có thể hiểu nôm na rằng in 3D ở đây là in ra một vật thể 3d có thể sờ mó, quan sát, cầm nắm được chứ không phải là in ra một hình ảnh mà ta nhìn vào nó nổi khối 3 chiều gần giống như ngoài đời. 2 do an Hình 1.3 Máy in 3D tại Việt Nam.
Công nghệ in 3D đem đến nhiều hứa hẹn cho bất kì ai tạo ra sản phẩm mong muốn, cho phép in các mô hình, đồ chơi, những sản phẩm sử dụng hằng ngày, hay các bộ phận cơ thể hoặc thậm chí cả ngôi nhà. Máy in 3D có thể tạo ra bất kì thứ gì; tuy nhiên, đối với những người dùng mới bắt đầu thì cần phải tập làm quen với những phần mềm thiết kế 3D gọi là CAD (Computer Aided Design) hoặc những phần mềm thiết kế khác, như việc lên một bản vẽ phác thảo trước khi in vật mẫu. 3 do an Hình 1.4 Những sản phẩm được tạo ra từ máy in 3D. Lịch sử phát triển.5 Lịch sử phát triển công nghệ in 3D.
In 3D là một công nghệ đang được phát triển với tốc độ khá nhanh và ứng dụng của công nghệ này trải dài trên nhiều lĩnh vực. Tuy nhiên, công nghệ in 3D đã được khai sinh từ những năm 80 của thế kỷ trước và qua thời gian, in 3D đã được cải tiến với nhiều biến thể nhằm đáp ứng với nhiều nhu cầu in ân tạo hình khác nhau. 5 do an Năm 1984 - Thời khắc khai sinh ra công nghệ máy in 3D Hình 1.6 Charles Hull cha đẻ của công nghệ in 3D. Charles Hull là người đầu tiên phát minh ra Stereolithography - một phương pháp đột phá tạo ra một đối tượng 3D hữu tình từ những dữ liệu kỹ thuật số.
Công nghệ này được sử dụng để chế tạo ra các vật phẩm 3D chỉ từ những hình ảnh trên máy tính và công nghệ này cho phép người dùng kiểm tra các mẫu thiết kế một cách nhanh chóng, chính xác trước khi quyết định đầu tư sản xuất hàng loạt. Năm 1986, Charles Hull đăng ký bản quyền phát minh Stereolithography. Sau đó, ông thành lập công ty 3D System và phát triển máy in 3D thương mại đầu tiên được gọi là Stereolithography Apparatus (SLA). SLA là công nghệ sử dụng tia sáng (tia laser, tia UV hoặc tia sáng bình thường) làm đông cứng lớp photopolymer lỏng (polymer quang hóa - polymer đóng rắn khi có 6 do an ánh sáng chiếu vào) được chứa trong bồn, từng lớp từng lớp để hình thành nên vật thể 3D.
Đây là công nghệ đầu tiên và cũng là công nghệ đem lại độ dày layer nhỏ nhất hiện nay (độ chi tiết tốt nhất). Cùng năm này các phát minh về LOM, SLS, DTM, EOS cũng được đăng ký bản quyền.