I. Thiết kế cơ khí máy in 3D Delta tại HCMUTE Tổng quan và mục tiêu
Công trình nghiên cứu tập trung vào thiết kế cơ khí cho một máy in 3D Delta tại Đại học Công nghệ Thành phố Hồ Chí Minh (HCMUTE). Mục tiêu chính là thiết kế phần cứng cơ khí với độ chính xác cao, khắc phục nhược điểm của các thiết kế trước đó. Thiết kế máy in 3D này sử dụng phương pháp in 3D FDM (Fused Deposition Manufacturing), tập trung vào việc in được các chi tiết vừa và lớn phục vụ học tập và nghiên cứu. Kỹ thuật cơ khí chính xác là yếu tố then chốt để đảm bảo chất lượng sản phẩm. Đề tài này nằm trong ngành cơ khí, cụ thể là thiết kế chế tạo máy. Giải pháp thiết kế được lựa chọn phải tối ưu về hiệu suất và chi phí.
1.1 Phân tích phương pháp in 3D FDM và lựa chọn cấu trúc Delta
Đề tài lựa chọn phương pháp in 3D FDM do tính khả thi cao, chi phí tương đối thấp và vật liệu đa dạng. In 3D FDM sử dụng vật liệu dạng sợi nhựa, điển hình là PLA và ABS. Cấu trúc Delta được lựa chọn cho máy in 3D do các ưu điểm về tốc độ in nhanh, độ chính xác cao và khả năng in các chi tiết có kích thước lớn. Cơ cấu Delta thuộc loại robot song song, có cấu trúc tịnh tiến. Tuy nhiên, cần khắc phục những hạn chế của cấu trúc này như độ rung và độ chính xác cần được tối ưu hóa. Việc lựa chọn cấu trúc robot song song này cần được phân tích kỹ lưỡng, dựa trên những bài toán thiết kế cụ thể. Nghiên cứu thiết kế này cần bao hàm cả quá trình sản xuất, từ khâu thiết kế, chế tạo đến vận hành và bảo trì. Vật liệu in 3D là một yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm. Xu hướng in 3D hiện nay hướng đến việc sử dụng vật liệu thân thiện với môi trường và có độ bền cao.
1.2 Thiết kế CAD và phân tích phần tử hữu hạn FEA
Quá trình thiết kế bắt đầu từ việc xây dựng mô hình 3D bằng phần mềm thiết kế CAD. Các thông số kỹ thuật được tính toán cẩn thận để đảm bảo độ chính xác và độ bền của máy. Phần mềm thiết kế cơ khí được sử dụng sẽ hỗ trợ trong việc tạo hình, tính toán và mô phỏng. Sau khi hoàn thành bản vẽ, phân tích phần tử hữu hạn (FEA) được áp dụng để kiểm tra độ bền và độ cứng của các bộ phận, đặc biệt là các thành phần chịu lực chính. Kết quả phân tích FEA giúp tối ưu hóa thiết kế, giảm thiểu trọng lượng và chi phí vật liệu đồng thời đảm bảo độ tin cậy của máy in 3D. Mô phỏng các điều kiện làm việc của máy in 3D được tiến hành để đánh giá hiệu quả của giải pháp thiết kế. Tự động hóa quá trình sản xuất là một mục tiêu quan trọng. Thiết kế tự động hóa sẽ giúp nâng cao hiệu quả sản xuất. Ứng dụng máy in 3D trong nhiều lĩnh vực khác nhau được đề cập, từ giáo dục đến công nghiệp. In 3D nhựa là trọng tâm của nghiên cứu này.
II. Thực nghiệm và đánh giá
Giai đoạn này bao gồm việc chế tạo nguyên mẫu, thực nghiệm in 3D, và đánh giá kết quả. Các thông số kỹ thuật được điều chỉnh để tối ưu hóa chất lượng sản phẩm. Các vấn đề như hiện tượng sản phẩm bị cong vênh, hở mặt trên, hở giữa các lớp cần được nghiên cứu và khắc phục. Độ chính xác của máy được đánh giá thông qua việc đo sai số chiều cao của đầu phun với mặt bàn in và sai số của mẫu in. Quá trình thử nghiệm được ghi chép đầy đủ để phân tích, đánh giá và rút ra kết luận. Các mẫu in thực nghiệm cho thấy hiệu quả của thiết kế và khả năng ứng dụng thực tiễn. Điều khiển máy in 3D được nghiên cứu để đảm bảo hoạt động ổn định. Báo cáo tổng kết đề tài ghi nhận các thành công và hạn chế, cùng với các hướng phát triển trong tương lai.
2.1 Phân tích sai số và tối ưu hóa thông số
Sai số trong quá trình in 3D FDM là vấn đề cần được nghiên cứu kỹ lưỡng. Các yếu tố ảnh hưởng đến độ chính xác của mẫu in bao gồm: sai số của đầu phun, sai số của hệ thống truyền động, chất lượng vật liệu, và nhiệt độ. Tối ưu hóa thông số công nghệ như tốc độ in, nhiệt độ đầu phun, và độ dày lớp in là cần thiết để giảm thiểu sai số. Các thực nghiệm được thiết kế để đánh giá ảnh hưởng của từng thông số đến chất lượng sản phẩm. Kết quả thực nghiệm được phân tích để tìm ra các thông số tối ưu. Đánh giá cuối cùng dựa trên độ chính xác của mẫu in, tốc độ in, và khả năng in các chi tiết phức tạp. Báo cáo kỹ thuật cần trình bày rõ ràng các phương pháp thử nghiệm, kết quả thu được, và phân tích. Sửa chữa và bảo trì máy in 3D cũng là một phần quan trọng trong quá trình thực nghiệm.
2.2 Kết luận và hướng phát triển
Công trình nghiên cứu đã hoàn thành mục tiêu thiết kế và chế tạo một máy in 3D Delta hoạt động hiệu quả. Kết quả nghiên cứu cho thấy khả năng ứng dụng của máy in 3D trong giáo dục và nghiên cứu. Đóng góp của đề tài là cung cấp một thiết kế máy in 3D chất lượng cao, với độ chính xác và hiệu suất tốt. Tuy nhiên, vẫn còn một số hạn chế cần được giải quyết trong các nghiên cứu tiếp theo. Hướng phát triển trong tương lai tập trung vào việc cải tiến thiết kế để tăng độ chính xác, tốc độ in, và đa dạng hóa vật liệu in. Ứng dụng in 3D trong công nghiệp cũng là một hướng nghiên cứu tiềm năng. Học thiết kế cơ khí tại HCMUTE đóng vai trò quan trọng trong việc thực hiện đề tài này. Khóa học thiết kế cơ khí cần được cập nhật để đáp ứng nhu cầu phát triển công nghệ.
