BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM KHOA CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT CƠ ĐIỆN TỬ THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MÁY IN 3D CƠ CẤU SONG SONG GVHD: PGS. NGUYỄN TRƯỜNG THỊNH SVTH: TRỊNH HOÀNG VIỆT MSSV: 11146274 SKL 0 0 4 2 1 9 Tp. Hồ Chí Minh, tháng 1/2016 do an BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HỒ CHÍ MINH BỘ MÔN CƠ ĐIỆN TỬ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Đề tài: THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MÁY IN 3D CƠ CẤU SONG SONG Giảng viên hướng dẫn: PGS.
NGUYỄN TRƯỜNG THỊNH Sinh viên thực hiện: TRỊNH HOÀNG VIỆT MSSV: 11146274 Lớp: 111463A Khoá: 2011 - 2015 Tp. Hồ Chí Minh, tháng 01 năm 2016 do an LỜI CÁM ƠN Chúng tôi không thể theo đuổi và hoàn thành đề tài này nếu không có sự tạo điều kiện và giúp đỡ của những ngƣời thân, bạn bè và thầy cô. Vì vậy, chúng tôi vô cùng biết ơn và trân trọng những giúp đỡ dành cho chúng tôi trong thời gian qua. Chúng tôi xin gửi lời cảm ơn đến những ngƣời thân trong gia đình, bạn bè xung quanh đã hết lòng quan tâm, giúp đỡ để chúng tôi có đƣợc điều kiện tốt nhất hoàn thành đồ án.
Chúng tôi cũng xin đƣợc trân trọng gửi lời cảm ơn chân thành và sâu sắc đến thầy Nguyễn Trƣờng Thịnh ngƣời đã truyền đạt những kiến thức, kinh nghiệm quý báu, đã hết sức tạo điều kiện, tận tình hƣớng dẫn và theo dõi sát sao tiến trình đề tài, từ đó thầy đóng góp những ý kiến kịp thời cũng nhƣ động viên chúng tôi trong suốt quá trình nghiên cứu thực hiện đề tài. Chúng tôi xin chân thành cảm ơn đến tất cả quý thầy cô Khoa Cơ khí Chế tạo máy, Bộ môn Cơ điện tử và quý thầy cô các khoa thuộc trƣờng Ðại học Sƣ phạm Kỹ thuật TP.HCM đã trang bị cho chúng tôi những kiến thức cơ bản, những kinh nghiệm thực tiễn và những kiến thức chuyên môn cũng nhƣ đã nhiệt tình hƣớng dẫn giúp đỡ chúng tôi trong suốt khóa học và nhất là trong thời gian thực hiện đề tài. Thành phố Hồ Chí Minh, ngày tháng năm Trịnh Hoàng Việt Trang 1 do an TÓM TẮT ĐỒ ÁN In 3D trong công nghiệp đƣợc gọi là TMN (tạo mẫu nhanh), là một trong những ngành công nghệ mới đang phát triển mạnh mẽ. Công nghệ in 3D tạo ra sản phẩm thật, vật thể thật mà ta có thể cầm trên tay, sờ mó, quan sát một cách chính xác giúp ta có thể cảm nhận chúng dễ dàng hơn mà chúng ta không cần phải suy nghĩ mơ hồ, tƣởng tƣợng ra nó.
Trên thế giới, tầm ảnh hƣởng của in 3D trên thị trƣờng công nghệ ngày càng tăng, với việc các ứng dụng của in 3D xuất hiện ngày càng nhiều trong các lĩnh vực khác nhau nhƣ: y học, sản xuất, chế tạo công cụ … Hiện tại ở Việt Nam, in 3D cũng đang dần đƣợc phổ biến trong giới nghiên cứu về TMN và vì thế việc tự nghiên cứu thiết kế chế tạo máy in 3D cũng ngày càng đƣợc quan tâm hơn bởi các nhóm nghiên cứu. … Trên thế giới, các ứng dụng này đã xuất hiện và bắt đầu đƣợc tiêu thụ rộng rãi trên thị trƣờng, cùng lúc với sự xuất hiện của những công ty chuyên ngành, đã và đang phát triển không ngừng. Đề tài này đƣợc thực hiện trong bối cảnh ngành công nghệ in 3D trong nƣớc và trên thế giới đang phát triển mạnh mẽ, nhiều trƣờng đại học và các công ty lớn đã tự chế tạo, sản xuất đƣa ra thị trƣờng sử dụng ngày càng rộng rãi và đƣợc ứng dụng nhiều trong các ngành thiết kế. Ở đề tài này, nhóm đặt ra mục tiêu thiết kế và chế tạo một máy in 3D hoàn chỉnh in đƣợc vật thật với yêu cầu là phải thiết kế đƣợc phần cứng cơ khí với độ chính xác cao khắc phục đƣợc các nhƣợc điểm của các nhóm đi trƣớc.
Tìm hiểu phƣơng pháp TMN FDM và áp dụng vào máy in 3D. Trang 2 do an ABSTRACT Industrial 3D printing technology called RAP (rapid prototyping) is one of the new technologies which is growing tremendously. 3D printing technology create real products, real objects which we can hold hands, touch, observe accurately that can help us feel easy that we do not need to think or visualize about it. Worldwide, the effect of 3D printing technology in the market is increasing.
There are more and more applications of 3D printing in various fields such as medicine, manufacturing, toolmaking. Currently in Vietnam, 3D printing is gradually gaining its popularity of researchers on RAP. Therefore, the study of self-design and manufacturing of 3D printing is more and more concerned by the groups of researchers. Worldwide, these applications which have been available and widely consumed in the market, together with availability of the specialized companies, has been developing constantly.
This project is studied in the scenario of 3D printing technology in the country and around the world that it is strongly developed. Many universities and large companies have self-manufactured many 3D printers and launched them to the market. They are widely used and applied in various kinds of design. On this project, our group sets the goal to design and manufacture a complete 3D printer to print real objects.
The request is to design mechanical hard wares with high precision to overcome the weaknesses of those previous groups. Study the methods and apply RAP FDM into 3D printers. Trang 3 do an MỤC LỤC Trang LỜI CÁM ƠN .3 DANH MỤC BẢNG BIỂU .8 DANH MỤC HÌNH ẢNH .1 Tính cấp thiết của đề tài.2 Ý nghĩa khoa học và thực tiển đề tài.3 Mục tiêu nghiên cứu của đề tài.4 Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu.1 Đối tƣợng nghiên cứu.2 Phạm vi nghiên cứu.5 Phƣơng pháp nghiên cứu.1 Cơ sở phƣơng pháp luận.2 Các phƣơng pháp nghiên cứu cụ thể.6 Kế t cấ u của ĐATN.14 CHƢƠNG II. TỔNG QUAN NGHIÊN CƢ́U ĐỀ TÀI .1 Giới thiệu về công nghệ TMN.2 Sự ra đời và phát triển của phƣơng pháp TMN.1 Thời kỳ đầu: tạo mẫu bằng tay.2 Thời kỳ thứ hai: phần mềm tạo mẫu hay tạo mẫu ảo.3 Thời kỳ thứ ba: quá trình TMN.3 Ứng dụng của TMN.1 Phát triển sản phẩm mới.2 Kiểm tra chức năng làm việc của sản phẩm.17 Trang 4 do an 2.3 Tạo khuôn nhanh ( Rapid Tooling).4 Ứng dụng trong y học.19 CHƢƠNG III.1 Một số phƣơng pháp tạo mẫu nhanh.1 Phƣơng pháp SLA (Stereo lithographyapparatus).2 Phƣơng pháp SGC (Solid Ground Curing).3 Phƣơng pháp LOM (Laminated Object Manufacturing).4 Phƣơng pháp SLS (Selective Laser Sintering).5 Phƣơng pháp in 3D FDM (Fused Deposition Manufacturing).2 Phân loại Phƣơng pháp gia công nhanh dựa trên vật liệu in.3 Phân tích phƣơng pháp in 3D FDM.1 Lý do để lựa chọn FDM.2 Nguyên lý hoạt động.4 Độ chính xác và chất lƣợng bề mặt.7 Lựa chọn sử dụng.9 Cấu trúc Robot song song ứng dụng trong đề tài.1 Giới thiệu chung về robot song song.2 Cấu trúc cơ cấu: .3 Một số ƣu nhƣợc điểm của Robot song song.30 CHƢƠNG IV.
PHƢƠNG HƢỚNG VÀ CÁC GIẢI PHÁP THIẾT KẾ.1 Phân tích một số yếu tố cần thiết của một máy in 3D.2 Đƣa ra phƣơng án thiết kế từ những yêu cầu đƣa ra.31 Trang 5 do an 4.3 Phân tích lựa chọn thiết kế khung giàn.4 Phân tích lựa chọn hệ thống truyền động.5 Phân tích lựa chọn vật liệu in.6 Đầu phun vật liệu.1 Cấu tạo đầu phun vật liệu in 3D.2 Ảnh hƣởng của nhiệt độ đến hoạt động của đầu in. TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ.1 Xét cấu trúc robot song song để tìm ra số bậc tự do của cơ cấu .2 Lựa chọn cơ cấu truyền động.3 Các thành phần cơ khí.4 Tính toán động học cho tay máy.1 Phân tích cấu hình robot delta lăng trụ.5 Thuật toán cắt lớp mô hình 3D (*.2 Định dạng và thông số kỹ thuật.3 Thuật toán cắt lớp file *.6 Hệ thống diều khiển.1 Sơ đồ khối bộ điều khiển.2 Bộ điều khiển.7 Thuật toán nội suy.1 Nội suy đoạn thẳng AB.64 Nội suy dƣờng tròn.3 Giản đồ vận tốc hình thang.8 Giải thuật điều khiển.1 Chuyển đổi dữ liệu từ CAD sang Gcode.2 Đọc và xử lý dữ liệu Gcode.3 Điều khiển động cơ.4 Điều khiển nhiệt độ.5 Thực hiện thí nghiệm và điều khiển nhiệt độ theo thuật toán PID.70 Trang 6 do an 5.9 Phần mềm KISSLICER (xuất G - CODE cho 3D PRINTING DELTA ROBOT) .1 Giới thiệu chung.72 CHƢƠNG VI. THỰC NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ .1 Một số mẫu in thực nghiệm.2 Đánh giá, khắc phục lỗi.1 Hiện tƣợng sản phẩm bị cong vênh.2 Hiện tƣợng hở mặt trên.3 Hiện tƣợng hở giữa các lớp.4 Một số lƣu ý trƣớc khi in mẫu .3 Các sai số trong quá trình tạo mẫu FDM, tối ƣu thông số công nghệ ảnh hƣởng tới độ chính xác của mẫu.4 Tối ƣu thông số công nghệ ảnh hƣởng tới độ chính xác của mẫu.1 Xác định độ chính xác của mẫu đƣợc tạo bởi máy in 3D dựa trên cấu hình song song.5 Đo sai số chiều cao của đầu phun với mặt bàn in.1 Thực nghiệm đo sai số của mẫu đƣợc in.83 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .87 TÀI LIỆU THAM KHẢO .88 Trang 7 do an DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1: Sai số đầu phun với mặt bàn in.82 Bảng 2: Mẫu đƣợc thực nghiệm trên máy in có các thông số kĩ thuật sau.84 Bảng 3: Giá trị các thông số thực nghiệm.85 Trang 8 do an DANH MỤC HÌNH ẢNH Trang Hình 1-1Kết cấu thực tế máy in 3D.14 Hình 2-1Một hộp số động cơ xe đƣợc in bằng máy in 3D.17 Hình 2-2Một động cơ máy bay đƣợc in 3D để kiểm tra lỗi.18 Hình 2-3Tạo khuôn bằng công nghệ in 3D.18 Hình 2-4Các khớp xƣơng đƣợc tạo từ máy in 3D để thay thế cho các bệnh nhân thoái hóa khớp.19 Hình 3-1Nguyên lí phƣơng pháp tạo mẫu SLA.20 Hình 3-2Nguyên lí phƣơng pháp tạo mẫu SGC.21 Hình 3-3Nguyên lí phƣơng pháp tạo mẫu LOM.22 Hình 3-4Nguyên lí phƣơng pháp tạo mẫu SLS.23 Hình 3-5Nguyên lí phƣơng pháp tạo mẫu FDM.24 Hình 4-1Cấu hình Robot song song cấu trúc tịnh tiến.32 Hình 4-2Phần nhôm dạng lá giúp phần trên đầu in tản nhiệt tốt hơn.33 Hình 4-3Cấu tạo đầu phun vật liệu in 3D.39 Hình 4-4So sánh phân bố nhiệt độ giữa đầu phun không và có tản nhiệt tốt.40 Hình 4-5Kẹt vật liệu tại vị trí tiếp xúc hai vùng nhiệt.41 Hình 4-6Thêm vật liệu tại vị trí chuyển tiếp nhiệt.41 Hình 4-7Thêm vật liệu tại vị trí chuyển tiếp nhiệt.42 Hình 4-8Bộ đầu phun J Head Nozzle.42 Hình 4-9Bộ đầu phun Buda nozzle.43 Hình 5-1Cấu trúc đơn giản robot song song cấu trúc tịnh tiến.44 Hình 5-2Động cơ bƣớc. 46 Hình 5-3Bánh răng mô tơ pulley GT2.47 Hình 5-4Thông số kĩ thuật bánh răng mô tơ pulley GT2.47 Hình 5-5Đai gá động cơ.48 Hình 5-6Đế chứa đầu phun.48 Hình 5-7Bệ di động (đầu công tác của máy).49 Hình 6-1Mô hình nhân vật game và tƣợng phật in bằng nhựa PLA.75 Hình 6-2Mô hình lắp bắnh răng và hộp số.75 Hình 6-3Hiện tƣợng sản phẩm bị cong vênh.76 Hình 6-4Hiện tƣợng hở mặt trên.77 Hình 6-5Hiện tƣợng hở giữa các lớp.