CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU Phương pháp phân tích tổng hợp: Sau khi đã tham khảo, nghiên cứu tài liệu, quá trình nghiên cứu thực nghiệm cho ra các số liệu cần thiết để đưa ra phương án thiết kế ban đầu, phát thảo nên mô hình khuôn ép. Qua các thực nghiệm và phân tích tổng hợp các yếu tố có thể có khả năng tác động lên hệ thống làm nguội. Phương pháp mô hình hóa: Xây dựng mô hình 3D bằng phần mềm Autodesk Inventor. Gia công, chế tạo ra hệ thống làm nguội là mục tiêu chính của đề tài, đây cũng là cơ hội tốt để áp dụng các kiến thức đã học và thực tập, là thách thức với những kiến thức mới mà thực tiễn đòi hỏi đặt ra.
Phương pháp kiểm nghiệm: Khuôn sau khi được thiết kế chế tạo xong sẽ tiến hành lắp ráp và chuẩn bị in sản phẩm. Sau khi in ra được sản phẩm ta sẽ so sánh đánh giá cũng như kiểm tra chất lượng sản phẩm trong quá trình in. 3 CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN 2. Công nghệ in 3D kim loại và yêu cầu của bánh răng khi phun ép 2.
Công nghệ in 3D kim loại Công nghệ in 3D ra đời đã lâu thường được sử dụng trên vật liệu nhựa để tạo ra những sản phẩm dưới dạng mô hình. Vì những sản phẩm này nhược điểm thường có sức bền và sức chịu nhiệt kém. Nên công nghệ in 3D kim loại ra đời. Sản phẩm do công nghệ này tạo ra là những sản phẩm bằng kim loại nhằm khắc phục những nhược điểm trên để tạo ra những sản phẩm có độ bền cao.
Bên cạnh đó, còn làm giảm thời gian và chi phí cho doanh nghiệp vì giúp đẩy nhanh quá trình sản xuất. Công nghệ in 3D kim loại có 2 dạng chính là DMLS (Công nghệ Laser kim loại thiêu kết trực tiếp) và SLM (Nóng chảy bằng Laser có chọn lọc). Hai phương pháp này giống nhau về cơ bản, cụ thể: Nhằm giảm thiểu quá trình oxy hóa của bột kim loại, buồng tạo hình được đổ đầy khí trơ (như argon) Bột kim loại sẽ được làm nóng đến nhiệt độ tạo hình tối ưu Trải đều lớp bột kim loại mỏng lên bàn in Sử dụng tia laser hoạt động với công suất cao để quét mặt cắt ngang của chi tiết làm tan chảy các hạt kim loại lại với nhau để tạo ra lớp kim loại tiếp theo Khu vực của mô hình được quét toàn bộ, chi tiết tạo hình hoàn toàn vững chắc Quá trình quét hoàn tất, bàn in sẽ di chuyển xuống theo độ dày và phủ một lớp bột kim loại mỏng khác. Quá trình lặp lại đến khi chi tiết hoàn thành Quá trình in kết thúc, chi tiết lẫn trong bột kim loại.
Phần hỗ trợ in 3D kim loại được tạo cùng từ vật liệu chi tiết, giúp giảm thiểu sự cong vênh hoặc biến dạng do nhiệt độ xử lý cao Sau khi chi tiết nguội đến nhiệt độ phòng, bột thừa được loại bỏ và sản phẩm được xử lý nhiệt trên bàn in để giảm bớt ứng xuất dư Tiếp đó, sản phẩm lấy ra khỏi tấm in bằng cách cắt, gia công 2.2 Công nghệ in 3D kim loại bằng phương pháp hàn Công nghệ in 3D kim loại có nhiều phương pháp khác nhau để thực hiện như công nghệ SLM (Selective Laser Melting), công nghệ EBM (Electron Beam Melting), công nghệ LOM (Laminated Object Manufacturing) và in 3D kim loại bằng phương phương pháp hàn (hay công nghệ in 3D bằng phương pháp FDM) là một trong những phương pháp mang lại hiệu quả kinh tế cao và dễ tiếp cận nhất đối với các doanh nghiệp. Với các ưu điểm là có thể tạo ra các máy in 3D đơn giản chi phí thấp, vật liệu rẻ tiền, ít tiêu tốn năng lượng, thời gian tạo mẫu ngắn, có thể sử dụng nhiều loại vật liệu khác nhau, in 3D kim loại bằng phương pháp 4 CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN hàn mang lại nhiều tiềm năng phát triển và có thể ứng dụng rộng rãi trong các doanh nghiệp trong và ngoài nước Tình hình nghiên cứu trong nước Ở Việt Nam, hiện tại, chưa có nhiều nghiên cứu thử nghiệm và chế tạo máy theo hướng in 3D kim loại nói chung và bằng phương pháp hàn nói riêng, ít tài liệu thảo luận và đi sâu vào việc thực thi ý tưởng này mà mới chỉ dừng lại ở việc đề cập những máy móc thiết bị có công nghệ tương tự có ở nước ngoài và những khả năng và sản phẩm mà máy in 3D kim loại đó có thể làm được. Tình hình nghiên cứu ngoài nước Cho tới thời điểm hiện tại đã có nhiều thử nghiệm chế tạo, ý tưởng, nghiên cứu phương pháp cũng như sản phẩm kết hợp giữa việc in 3D kim loại và phương pháp hàn. Sau đây là một số công trình tiêu biểu và dự án liên quan đến công nghệ này đã được thực hiện trên thế giới Jean-Michel Rogero và nhóm của ông tại Artilect Fablab đã phát triển một máy được gọi là StrongPrint, sử dụng các quy trình sử dụng máy hàn TIG (khí trơ vonfram) và có điểm tương đồng với công nghệ FDM.
“StrongPrint” có thể in trên thép, titan và nhiều vật liệu khác với các mục tiêu của việc tinh chỉnh các thiết bị thông qua mã nguồn mở. Chiếc máy có thể in với bất kì kim loại nào mà chúng bị tan chảy bởi quá trình hàn. Máy in 3D kim loại StrongPrint hoạt động bằng cách đưa những sợi kim loại vào trong và được đốt nóng bởi quá trình TIG, sau đó là những dòng chất lỏng kim loại được đưa ra ngoài thông qua một đầu phun để tạo ra sản phẩm.1: Máy StrongPrint [5] Một máy khác sử dụng công nghệ tương tự là máy in 3D 888. Máy sử dụng máy hàn MIG kết hợp chuyển động máy phay để tạo ra các chi tiết có hình dáng bất kì làm bằng nhôm, thép hay thép không rỉ, mặc dù về bản chất vẫn là phương pháp in ra từng lớp kim loại một để tạo ra sản phẩm hoàn chỉnh như đa số các máy khác.
Máy được thiết kế có vỏ máy làm bằng kim loại để ngăn tia hàn bắn ra ngoài, và có bộ phận dọn các 5 CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN phoi kim loại bắn ra sau quá trình cắt kim loại, cũng như bộ phận thổi khí hàn ra khỏi máy. Tính chất của sản phẩm in 3D kim loại - Sản phẩm bằng kim loại có hình dáng độc đáo. - Lý tưởng cho đồ trang sức, tượng, phần cứng hoặc hiện vật nhân bản. - Tính linh hoạt thấp, tùy thuộc vào thiết kế kết cấu.
- Không được coi là an toàn. - Nhiệt độ in 3D kim loại khoảng 700°C đến 1450°C, phụ thuộc vào vật liệu in. - Rất ít co rút trong quá trình làm mát. - Khó khăn khi in cao, đòi hỏi phải tinh chỉnh nhiệt độ in, tốc độ chảy vật liệu và xử lý sau khi in.3: Một số sản phẩn in 3D kim loại 6 CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN 2.
Thuận lợi và khó khăn khi sử dụng công nghệ in 3D kim loại Thuận lợi: - Tốc độ tạo nên sản phẩm rất nhanh so với công nghệ khác. - Trong lĩnh vực công nghệ tạo mẫu nhanh thì chi phí đầu tư sở hữu của công nghệ này thấp. - Chi phí sản xuất và chi phí nguyên vật liệu thấp. - Đa dạng về vật liệu cho quá trình chế tạo và các ứng dụng.
- Có thể in các sản phẩm có cấu tạo hình học phức tạp mà không cần sự hỗ trợ của giá đỡ. - Dễ dàng chuẩn bị, sử dụng và bảo trì, bảo dưỡng. - Là công nghệ tạo mẫu đa dạng. - Cho phép người dùng chế tạo ra các sản phẩm đa dạng từ các vật liệu khác nhau, khối lượng và kích thước với các tỷ lệ khác nhau, màu sắc khác nhau so với chi tiết hoặc sản phẩm thật.
Khó khăn: - Bị hạn chế trong việc ứng dụng để lắp ghép chi tiết phức tạp vì độ chính xác chưa cao, đòi hỏi bề mặt sản phẩm in không có độ mịn và khả năng chịu lực đồng đều. - Kích thước của đối tượng được in hạn chế. - Chi tiết hoặc độ phân giải của sản phẩm được in còn giới hạn. - Chi phí vật liệu còn cao, ở trong một vài trường hợp, độ bền chắc của sản phẩm được in cũng hạn chế.
Tuy nhiên, trong những năm gần đây, với sự phát triển của khoa học kỹ thuật mà công nghệ in 3D kim loại đã có những tiến bộ vượt bậc trong việc giảm các hạn chế này. Công nghệ hàn MIG Khái niệm và nguyên lý hàn MIG Hình 2.4: Sơ đồ nguyên lý hàn MIG [1] Hàn MIG là viết tắt của “Metal Inert Gas Arc” nghĩa là “Hàn hồ quang trong môi trường khí trơ với điện cực nóng chảy”. Phương pháp hàn MIG tương tự như hàn trong môi trường khí bảo vệ CO2. Hàn MIG là phương pháp tạo hồ quang giữa kim loại hàn và dây hàn trong môi trường khí trơ như khí Argon (Ar) hoặc (He).
Dây hàn được đưa vào khu vực hàn liên 7 CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN tục nhờ bộ phận đẩy dây. Dây hàn là loại dây đặc có chất lượng tương tự như kim loại hàn và không cần thêm chất khử, khí trơ không phản ứng với kim loại nóng chảy và bảo vệ vùng hàn khỏi không khí rất tốt.[1] Khi các kim loại dễ bị ô xi hóa như nhôm và hợp kim nhôm, nên sử dụng khí trơ. Khi hàn thép không gỉ, dùng hỗn hợp khí Ar với 2% ôxy sẽ làm hồ quang cháy ổn định và vẫn giữ được khả năng làm sạch của khí trơ (nếu sử dụng khí Ar nguyên chất, hồ quang cháy không ổn định). Khi hàn thép hợp kim thấp, có thể sử dụng hỗn hợp khí CO2 và Ar.
Dây hàn nóng chảy và chuyển dịch tia ở dòng điện hàn cao, hình dạng mối hàn đẹp với độ ngấu sâu dạng “ngón tay” với độ bắn tóe kim loại ít. Tuy nhiên, ở dòng điện hàn thấp, chuyển dịch kim loại lỏng là chuyển dịch cầu, mức độ bắn tóe nhiều hơn. Do đó, phương pháp hàn MIG xung được phát triển, cho phép dòng điện hàn tăng định kỳ với hệ thống chuyển dịch tia, thậm chí khi hàn bằng dòng thấp. Hệ thống này cũng được sử dụng khi hàn tấm nhôm (hợp kim) mỏng.
Khi sử dụng khí bảo vệ như Ar, He hay khí hỗn hợp, chúng ta không thể sử dụng hàn MIG hay “Hàn hồ quang kim loại khí bảo vệ” trong trường hợp gió mạnh bởi vì hàn MIG dễ bị ảnh hưởng bởi gió. Chúng ta cần bảo vệ vùng hàn khỏi tác động của gió.5: Hình dạng mối hàn của kim loại ngấu với hỗn hợp khí Ar và Oxy [1] 2.