Đồ án thiết kế và chế tạo máy in 3D cơ cấu song song tại HCMUTE

• Tác giả: Trịnh Hoàng Việt
• Người hướng dẫn: PGS. Nguyễn Trường Thịnh
• Trường học: Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM
• Chuyên ngành: Công Nghệ Kỹ Thuật Cơ Điện Tử
• Đề tài: Thiết kế và chế tạo máy in 3D cơ cấu song song
• Loại tài liệu: đồ án tốt nghiệp
• Năm xuất bản: 2016
• Địa điểm: Tp. Hồ Chí Minh

• LỜI CÁM ƠN
• 1. CHƯƠNG I: TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI
• 1.1. Tính cấp thiết của đề tài
• 1.2. Ý nghĩa khoa học và thực tiển đề tài
• 1.3. Mục tiêu nghiên cứu của đề tài
• 1.4. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
• 1.4.1. Đối tượng nghiên cứu
• 1.4.2. Phạm vi nghiên cứu
• 1.5. Phương pháp nghiên cứu
• 1.5.1. Cơ sở phương pháp luận
• 1.5.2. Các phương pháp nghiên cứu cụ thể
• 1.6. Kết cấu của ĐATN
• 2. CHƯƠNG II: TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI
• 2.1. Giới thiệu về công nghệ TMN
• 2.2. Sự ra đời và phát triển của phương pháp TMN
• 2.2.1. Thời kỳ đầu: tạo mẫu bằng tay
• 2.2.2. Thời kỳ thứ hai: phần mềm tạo mẫu hay tạo mẫu ảo
• 2.2.3. Thời kỳ thứ ba: quá trình TMN
• 2.3. Ứng dụng của TMN
• 2.3.1. Phát triển sản phẩm mới
• 2.3.2. Kiểm tra chức năng làm việc của sản phẩm
• 2.3.3. Tạo khuôn nhanh (Rapid Tooling)
• 2.3.4. Ứng dụng trong y học
• 3. CHƯƠNG III
• 3.1. Một số phương pháp tạo mẫu nhanh
• 3.1.1. Phương pháp SLA (Stereo lithography apparatus)
• 3.1.2. Phương pháp SGC (Solid Ground Curing)
• 3.1.3. Phương pháp LOM (Laminated Object Manufacturing)
• 3.1.4. Phương pháp SLS (Selective Laser Sintering)
• 3.1.5. Phương pháp in 3D FDM (Fused Deposition Manufacturing)
• 3.2. Phân loại phương pháp gia công nhanh dựa trên vật liệu in
• 3.3. Phân tích phương pháp in 3D FDM
• 3.3.1. Lý do để lựa chọn FDM
• 3.3.2. Nguyên lý hoạt động
• 3.4. Độ chính xác và chất lượng bề mặt
• 3.7. Lựa chọn sử dụng
• 3.9. Cấu trúc Robot song song ứng dụng trong đề tài
• 3.9.1. Giới thiệu chung về robot song song
• 3.9.2. Cấu trúc cơ cấu
• 3.9.3. Một số ưu nhược điểm của Robot song song
• 4. CHƯƠNG IV: PHƯƠNG HƯỚNG VÀ CÁC GIẢI PHÁP THIẾT KẾ
• 4.1. Phân tích một số yếu tố cần thiết của một máy in 3D
• 4.2. Đưa ra phương án thiết kế từ những yêu cầu đưa ra
• 4.3. Phân tích lựa chọn thiết kế khung giàn
• 4.4. Phân tích lựa chọn hệ thống truyền động
• 4.5. Phân tích lựa chọn vật liệu in
• 4.6. Đầu phun vật liệu
• 4.6.1. Cấu tạo đầu phun vật liệu in 3D
• 4.6.2. Ảnh hưởng của nhiệt độ đến hoạt động của đầu in
• 5. TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ
• 5.1. Xét cấu trúc robot song song để tìm ra số bậc tự do của cơ cấu
• 5.2. Lựa chọn cơ cấu truyền động
• 5.3. Các thành phần cơ khí
• 5.4. Tính toán động học cho tay máy
• 5.4.1. Phân tích cấu hình robot delta lăng trụ
• 5.5. Thuật toán cắt lớp mô hình 3D
• 5.5.2. Định dạng và thông số kỹ thuật
• 5.5.3. Thuật toán cắt lớp file
• 5.6. Hệ thống điều khiển
• 5.6.1. Sơ đồ khối bộ điều khiển
• 5.6.2. Bộ điều khiển
• 5.7. Thuật toán nội suy
• 5.7.1. Nội suy đoạn thẳng AB
• 5.7.3. Giản đồ vận tốc hình thang
• 5.8. Giải thuật điều khiển
• 5.8.1. Chuyển đổi dữ liệu từ CAD sang Gcode
• 5.8.2. Đọc và xử lý dữ liệu Gcode
• 5.8.3. Điều khiển động cơ
• 5.8.4. Điều khiển nhiệt độ
• 5.8.5. Thực hiện thí nghiệm và điều khiển nhiệt độ theo thuật toán PID
• 5.9. Phần mềm KISSLICER (xuất G-CODE cho 3D PRINTING DELTA ROBOT)
• 5.9.1. Giới thiệu chung
• 6. CHƯƠNG VI: THỰC NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ
• 6.1. Một số mẫu in thực nghiệm
• 6.2. Đánh giá, khắc phục lỗi
• 6.2.1. Hiện tượng sản phẩm bị cong vênh
• 6.2.2. Hiện tượng hở mặt trên
• 6.2.3. Hiện tượng hở giữa các lớp
• 6.2.4. Một số lưu ý trước khi in mẫu
• 6.3. Các sai số trong quá trình tạo mẫu FDM, tối ưu thông số công nghệ ảnh hưởng tới độ chính xác của mẫu
• 6.4. Tối ưu thông số công nghệ ảnh hưởng tới độ chính xác của mẫu
• 6.4.1. Xác định độ chính xác của mẫu được tạo bởi máy in 3D dựa trên cấu hình song song
• 6.5. Đo sai số chiều cao của đầu phun với mặt bàn in
• 6.5.1. Thực nghiệm đo sai số của mẫu được in
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

I. Giới thiệu về Thiết kế máy in 3D cơ cấu song song tại HCMUTE

Đồ án tốt nghiệp "Thiết kế và chế tạo máy in 3D cơ cấu song song" tại HCMUTE (Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh) tập trung vào việc nghiên cứu và phát triển một máy in 3D sử dụng cơ cấu song song. Đồ án này có ý nghĩa quan trọng trong việc ứng dụng công nghệ in 3D tại Việt Nam, đặc biệt là trong lĩnh vực nghiên cứu khoa học HCMUTE. Sinh viên HCMUTE, Trịnh Hoàng Việt, đã thực hiện đồ án này dưới sự hướng dẫn của PGS. Nguyễn Trường Thịnh. Đồ án tập trung vào thiết kế cơ khí của máy, nhằm khắc phục nhược điểm của các thiết kế trước đó. Thiết kế máy in 3D này hướng đến việc tạo ra một máy in chất lượng cao, có độ chính xác cao, đáp ứng nhu cầu ứng dụng máy in 3D trong nhiều lĩnh vực. Đây là một dự án máy in 3D có giá trị thực tiễn cao, góp phần thúc đẩy công nghệ in 3D tại Việt Nam.

1.1. Bối cảnh và tầm quan trọng của đề tài

Công nghệ in 3D đang phát triển mạnh mẽ trên toàn thế giới. In 3D FDM và các công nghệ khác nhƣ In 3D SLA, In 3D SLS đang được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực. Việc nghiên cứu máy in 3D nhằm mục đích tạo ra các sản phẩm với chất lượng cao và đáp ứng được yêu cầu của thị trường. Tại Việt Nam, nghiên cứu máy in 3D vẫn còn nhiều tiềm năng phát triển. Thiết kế máy in 3D tại HCMUTE đóng góp vào việc thúc đẩy nghiên cứu và ứng dụng công nghệ này. Đồ án tập trung vào máy in 3D giá rẻ, tối ưu hóa chi phí mà vẫn đảm bảo chất lượng. Việc sử dụng cơ cấu song song trong thiết kế máy in 3D mang lại nhiều ưu điểm về độ chính xác và tốc độ. Parallel kinematic mechanism là cơ sở lý thuyết quan trọng cho thiết kế này. Additive manufacturing và rapid prototyping là hai khái niệm then chốt liên quan đến công nghệ in 3D. Mục tiêu nghiên cứu là tạo ra một mẫu máy in 3D hoàn chỉnh, hoạt động hiệu quả.

1.2. Phương pháp nghiên cứu và thiết kế

Đồ án sử dụng phương pháp nghiên cứu khoa học tổng hợp, kết hợp giữa lý thuyết và thực tiễn. Sinh viên đã nghiên cứu các tài liệu về công nghệ in 3D, cơ cấu song song, và thiết kế cơ khí. Quá trình lập ráp máy in 3D được thực hiện cẩn thận, đảm bảo độ chính xác cao. Phần mềm thiết kế máy in 3D được sử dụng để tạo ra bản vẽ kỹ thuật. Việc lựa chọn vật liệu in 3D phù hợp là yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm. Đồ án đã tiến hành so sánh máy in 3D cơ cấu song song với các loại máy in khác như máy in 3D cơ cấu Delta và máy in 3D cơ cấu Cartesian. Mô hình máy in 3D được xây dựng dựa trên nguyên lý hoạt động của cơ cấu song song. Bản vẽ máy in 3D được thiết kế chi tiết, đảm bảo tính khả thi trong chế tạo. Quá trình thiết kế máy in 3D tại HCMUTE đã ứng dụng các kiến thức chuyên môn về cơ khí, điện tử, và lập trình.

1.3. Kết quả và đánh giá

Đồ án đã thành công trong việc thiết kế và chế tạo máy in 3D cơ cấu song song. Máy in hoạt động ổn định và cho ra sản phẩm với chất lượng tốt. Đồ án đã đánh giá các nhược điểm máy in 3D cơ cấu song song và đề xuất các giải pháp khắc phục. Độ chính xác của máy in đã được kiểm tra và đánh giá. Sai số trong quá trình in được phân tích. Ưu điểm máy in 3D cơ cấu song song là độ chính xác cao và khả năng in các chi tiết phức tạp. Đồ án cũng đề cập đến việc tối ưu hóa các thông số công nghệ để nâng cao chất lượng sản phẩm. Các mẫu in thực nghiệm cho thấy khả năng ứng dụng của máy in trong thực tế. Kết luận đồ án khẳng định tính khả thi của thiết kế máy in 3D cơ cấu song song tại HCMUTE và đóng góp vào sự phát triển của công nghệ in 3D ở Việt Nam. Việc so sánh máy in 3D cơ cấu song song và Delta hay máy in 3D cơ cấu song song và Cartesian cho thấy ưu điểm và nhược điểm của từng loại.