Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu
Công nghệ tạo mẫu nhanh (Rapid Prototyping) đóng vai trò quan trọng trong việc hỗ trợ nhà thiết kế và nhà sản xuất kiểm tra hình học, công năng của chi tiết trước khi đầu tư chế tạo hàng loạt. Trong số các phương pháp tạo mẫu nhanh, công nghệ mô hình hóa lắng đọng nóng chảy FDM (Fused Deposition Modeling) được ứng dụng rộng rãi nhờ ưu điểm kết cấu cơ khí đơn giản, chi phí chế tạo thấp, vật liệu dễ tiếp cận và không gây độc hại trong quá trình vận hành. Tuy nhiên, các dòng máy in 3D FDM thông thường trên thị trường còn tồn tại những hạn chế nhất định như chất lượng độ bóng bề mặt chưa cao, độ chính xác kích thước bị ảnh hưởng bởi rung động quán tính khi cụm đầu in hoặc bàn in di chuyển với gia tốc lớn, và tốc độ in còn bị giới hạn.
Nhằm giải quyết các nhược điểm trên, đề tài tập trung nghiên cứu động học truyền động, tối ưu hóa kết cấu cơ khí thông qua việc ứng dụng cơ cấu truyền động CoreXY, giúp giảm tải trọng di động trên các trục tọa độ, từ đó nâng cao chất lượng mẫu in và rút ngắn thời gian tạo hình.
Mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu của đề tài được xác định cụ thể gồm:
- Tìm hiểu, phân tích và lựa chọn phương án truyền động tối ưu cho các trục tọa độ của máy in 3D.
- Khảo sát các phần mềm CAD/CAM hỗ trợ xử lý mô hình, cắt lớp và điều khiển quá trình in 3D.
- Tính toán, thiết kế, gia công và lắp ráp hoàn chỉnh cụm kết cấu cơ khí (khung máy, cụm trục Z, cụm truyền động trục XY CoreXY, bộ phận đùn nhựa).
- Tính toán, thiết kế và đấu nối hệ thống mạch điện tử điều khiển, cảm biến và cơ cấu chấp hành.
- Chế tạo mô hình thực nghiệm, vận hành in mẫu thử nghiệm để đánh giá sai số hình học và độ ổn định của hệ thống.
Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:
- Đối tượng nghiên cứu: Thiết kế và chế tạo máy in 3D công nghệ FDM sử dụng cơ cấu truyền động phẳng CoreXY.
- Phạm vi không gian và công nghệ: Không gian làm việc hữu ích của máy đạt kích thước 200 x 200 x 200 mm; sử dụng vật liệu in dạng sợi nhựa nhiệt dẻo ABS và PLA; hệ thống điều khiển số vòng hở dựa trên vi điều khiển 8-bit kết hợp mạch công suất điều khiển động cơ bước.
- Phạm vi thời gian: Đồ án tốt nghiệp ngành Công nghệ Kỹ thuật Cơ khí, thực hiện tại Khoa Cơ khí Chế tạo máy, Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. Hồ Chí Minh, hoàn thành và nghiệm thu vào tháng 07 năm 2016.
Cơ sở lý thuyết và phương pháp
Khóa luận xây dựng trên các nền tảng lý thuyết kỹ thuật cơ khí và điều khiển số:
- Lý thuyết công nghệ tạo mẫu nhanh FDM: Nguyên lý nung chảy sợi vật liệu nhiệt dẻo qua đầu đùn (Hotend) ở nhiệt độ xác định và ép đùn từng lớp theo quỹ đạo 2D xếp chồng lên nhau theo trục Z để tạo thành vật thể 3D.
- Lý thuyết động học cơ cấu truyền động CoreXY: Cơ cấu truyền động song song sử dụng hai động cơ bước cố định trên khung máy kết hợp với hệ thống dây đai khép kín để điều khiển chuyển động của đầu in theo hai trục X và Y.
- Lý thuyết tính toán truyền động cơ khí: Tính toán bộ truyền vít me – đai ốc bi theo tải trọng tĩnh ($C_0$), tải trọng động ($C_a$), bước vít dẫn hướng và vận tốc tới hạn; tính toán chọn động cơ bước dựa trên mô-men xoắn yêu cầu, mô-men quán tính tải quy đổi ($J_l$) và tỉ số quán tính so với rô-to ($J_m$).
- Lý thuyết điều khiển động cơ bước: Cấu tạo và nguyên lý của động cơ bước nam châm vĩnh cửu, động cơ biến từ trở và động cơ bước lai hai pha; các chế độ kích từ (điều khiển dạng sóng, bước đủ, nửa bước và vi bước - Microstepping).
Phương pháp nghiên cứu thực tế bao gồm:
- Phương pháp phân tích - tổng hợp tài liệu: Thu thập, khảo cứu các tài liệu kỹ thuật, tiêu chuẩn thiết kế cơ khí, catalog thiết bị dẫn hướng (PMI, bạc dẫn hướng) và các công trình nghiên cứu về máy in 3D nguồn mở.
- Phương pháp tính toán thiết kế kỹ thuật: Tính toán giải tích lực dọc trục, mô-men xoắn, kiểm nghiệm độ bền và độ võng nhiệt của trục vít me; ứng dụng phần mềm CAD để dựng mô hình không gian 3 chiều và lập bản vẽ gia công.
- Phương pháp thực nghiệm chế tạo và kiểm thử: Gia công phay CNC các thanh nhôm định hình, lắp ráp cơ khí chính xác; lập trình firmware điều khiển; thực hiện in các mẫu chi tiết thực tế để đo lường sai số kích thước và đánh giá tính ổn định của máy.
Nguồn dữ liệu nghiên cứu:
- Dữ liệu thông số kỹ thuật chuẩn từ catalog nhà sản xuất linh kiện cơ khí chính xác (PMI), nhà sản xuất động cơ bước (Oriental Motor, Moons' Motor), linh kiện bán dẫn (Atmel, Pololu, Allegro, Texas Instruments).
- Dữ liệu thực nghiệm thu thập trực tiếp từ quá trình hiệu chuẩn bước xung (step/mm), tốc độ in và đo đạc kích thước mẫu in thực tế bằng dụng cụ đo cơ khí.
Thiết kế và triển khai
Hệ thống máy in 3D CoreXY được thiết kế và triển khai đồng bộ qua ba phân hệ chính: cơ khí, điện tử điều khiển và phần mềm.
| Phân hệ |
Thành phần cấu tạo |
Thông số kỹ thuật / Đặc tính triển khai |
| Khung máy cơ khí |
Nhôm định hình $20 \times 20$ mm |
Cắt cưa tay dung sai 2–3 mm, phay phẳng 2 đầu trên máy phay CNC; liên kết bằng ke góc nhôm và bu-lông lục giác; gắn 4 chân đế cao su chống rung. |
| Truyền động trục Z |
Vít me – đai ốc bi PMI |
Mã FSM0801-C3-1R-0248 (đường kính $D = 8$ mm, bước ren $l = 2,5$ mm, chiều dài $L = 270$ mm); cấp chính xác C7; kiểu lắp Fixed – Free; dẫn hướng bằng 2 trục trượt tròn và bạc dẫn hướng LHFRDM8; nối trục mềm. |
| Truyền động trục XY |
Cơ cấu truyền động CoreXY |
2 động cơ bước cố định trên khung thân; truyền động bằng dây đai răng GT2 kết hợp puly đai và cụm ổ bi dẫn hướng 624zz; thanh trượt dẫn hướng tuyến tính định vị chuyển động đầu phun. |
| Cụm đầu đùn nhựa |
Extruder & Hotend |
Cụm tời nhựa kéo sợi liên tục bằng cặp bánh răng ăn khớp; đầu phun gia nhiệt tích hợp khối gia nhiệt điện trở, cảm biến nhiệt độ thermistor và quạt làm mát tản nhiệt. |
| Khối điều khiển & Mạch |
Vi điều khiển và bo mạch mở rộng |
Bo mạch Arduino Mega 2560 (chip xử lý ATmega2560, 54 chân I/O số, 16 ngõ vào tương tự) kết hợp bo mạch mở rộng RAMPS 1.4 (RepRap Arduino Mega Pololu Shield). |
| Mạch công suất & Động cơ |
Mạch lái Driver & Động cơ bước |
Driver A4988 / DRV8825 (hỗ trợ vi bước $1/16$ hoặc $1/32$); động cơ bước trục Z mã 42H47HM-0504A-18 (góc bước $0,9^\circ$, dòng định mức 1,7 A, mô-men $0,45\text{ N}\cdot\text{m}$, khối lượng 367 g). |
| Cảm biến & Hiển thị |
Endstop, Thermistor, LCD |
Công tắc hành trình cơ học xác định gốc tọa độ Home cho 3 trục (X, Y, Z); màn hình LCD tích hợp nút nhấn và khe cắm thẻ nhớ SD phục vụ in độc lập (offline). |
| Phân hệ phần mềm |
CAD, CAM, Firmware, Giao tiếp |
Thiết kế 3D bằng SolidWorks/Creo/SketchUp; phần mềm CAM cắt lớp Slic3r, Cura, Skeinforge; phần mềm giao diện điều khiển Pronterface, Repetier-Host; biên dịch firmware bằng Arduino IDE. |
Nội dung chính theo từng chương
Chương 1: Giới thiệu
Chương 1 thiết lập khung nghiên cứu tổng thể của đề tài. Tác giả trình bày tính cấp thiết của việc phát triển thiết bị tạo mẫu nhanh công nghệ FDM trong nước nhằm phục vụ đào tạo và nghiên cứu khoa học với giá thành hợp lý. Nội dung xác định rõ mục tiêu thiết kế máy in 3D có không gian làm việc $200 \times 200 \times 200\text{ mm}$, tốc độ in từ $90\text{ mm/s}$ đến $130\text{ mm/s}$, tốc độ di chuyển cực đại $300\text{ mm/s}$, và dung sai sản phẩm đạt $\pm0,1\text{ mm}$. Chương này cũng xác định đối tượng, phạm vi, phương pháp luận và cấu trúc 6 chương của bản thuyết minh đồ án.
Chương 2: Tổng quan về công nghệ tạo mẫu nhanh
Chương 2 tổng hợp lịch sử phát triển và phân loại các công nghệ tạo mẫu nhanh tiêu biểu. Quy trình tạo mẫu chuẩn gồm 4 bước: tạo mô hình CAD 3D, tiền xử lý (chuyển sang định dạng STL, tạo cấu trúc nâng đỡ support, cắt lớp và xuất mã G-code), tạo mẫu tự động và hậu xử lý bóc tách support. Tác giả phân tích nguyên lý làm việc của các công nghệ chính:
- Công nghệ SLA (Stereolithography): Đông cứng nhựa lỏng photopolymer bằng tia laser cực tím (bước sóng 325 nm của Laser He-Cd hoặc 354,7 nm của Nd:YVO4).
- Công nghệ 3DP (Three Dimensional Printing): Phun chất kết dính lên bề mặt bột vật liệu theo từng lớp.
- Công nghệ FDM (Fused Deposition Modeling): Gia nhiệt nung chảy sợi nhựa và ép đùn định hình.
Đồng thời, chương này so sánh thông số kỹ thuật của các dòng máy in thương mại trên thị trường làm cơ sở đối sánh thiết kế:
| Thông số |
Máy Prusa i3 |
Máy Delta Kossel |
Máy Ember (Autodesk) |
| Công nghệ in |
FDM |
FDM (Cơ cấu Delta) |
SLA |
| Vật liệu in |
Sợi nhựa ABS, PLA |
Sợi nhựa ABS, PLA |
Nhựa lỏng nhạy sáng Acrylate |
| Vùng làm việc |
Dạng khối chữ nhật |
Đường kính $\varnothing 170\text{ mm}$, cao $240\text{ mm}$ |
$64 \times 40 \times 134\text{ mm}$ |
| Tốc độ làm việc |
Trung bình |
Tốc độ in lên tới $320\text{ mm/s}$ |
$18\text{ mm/h}$ |
| Độ phân giải lớp |
$0,1 - 0,3\text{ mm}$ |
$0,2\text{ mm}$ (bước động cơ 100 step/mm) |
Trục Z: $10 - 100\ \mu\text{m}$; XY: $50\ \mu\text{m}$ |
| Đặc điểm kết cấu |
Đơn giản, giá rẻ ($4 - 6$ triệu VNĐ) |
Độ cứng cao, ít rung, kết cấu phức tạp |
Độ bóng cao, giá rất cao ($7.495\text{ USD}$) |
Chương 3: Cơ sở lý thuyết
Chương 3 trình bày các lý thuyết tính toán phần cứng cơ khí, điện tử và tập lệnh điều khiển. Về cơ khí, tác giả phân tích cơ cấu vít me – đai ốc trượt (ren thang $30^\circ$, ren vuông, đai ốc liền, đai ốc hai nửa) và cơ cấu vít me – đai ốc bi có hiệu suất truyền động đạt $90 - 95%$, ma sát lăn, khử khe hở bằng đai ốc kép và vòng căng. Về hệ thống dẫn hướng, chương nêu rõ yêu cầu kỹ thuật và phương pháp che chắn bụi, bôi trơn cho sống trượt tuyến tính. Về truyền động đai, phân tích đặc tính đai răng GT2 trong việc truyền động êm và không trượt.
Về phần điện tử và động cơ, chương trình bày chi tiết công thức tính góc bước của ba loại động cơ bước:
- Động cơ bước nam châm vĩnh cửu: $S_{đc} = 360^\circ / Z_s$ (với $Z_s$ là số răng stato).
- Động cơ bước biến từ trở: $S = 360^\circ / (N_p \cdot Z_r)$ (với $N_p$ là số pha, $Z_r$ là số răng rô-to).
- Động cơ bước hỗn hợp: $S = S_r / Z_s$ (với $S_r$ là góc giữa hai răng kề nhau).
- Phân tích 4 chế độ điều khiển động cơ: dạng sóng (Wave), bước đủ (Full step), nửa bước (Half step) và vi bước (Microstep).
Ngoài ra, chương tổng hợp bảng mã lệnh G-code và M-code tiêu chuẩn phục vụ điều khiển chuyển động và gia nhiệt trên máy in 3D (G0, G1, G2/G3, G28, M104, M106, M140, M190, M201, M203,...).
Chương 4: Phương hướng và các giải pháp thiết kế
Chương 4 tiến hành so sánh, đánh giá 3 phương án kết cấu động học nhằm lựa chọn giải pháp thiết kế tối ưu:
- Phương án 1 (Cartesian – XZ): Bàn in tịnh tiến theo trục Y, đầu phun chuyển động trên mặt phẳng XZ. Ưu điểm là cấu tạo đơn giản, chi phí thấp; nhược điểm là bàn in mang phôi chuyển động liên tục dễ gây xô lệch mẫu, cụm di động nặng tạo quán tính lớn làm giảm độ chính xác ở tốc độ cao.
- Phương án 2 (Robot Delta): Sử dụng 3 cánh tay đòn song song truyền động đai. Ưu điểm là khối lượng di động nhỏ, tốc độ cao, độ cứng vững tốt; nhược điểm là kích thước khung máy cồng kềnh, khó căn chỉnh mặt phẳng bàn in.
- Phương án 3 (Cartesian – XY sử dụng cơ cấu CoreXY): Bàn in di chuyển tịnh tiến theo phương đứng (trục Z), đầu phun di chuyển trên mặt phẳng tọa độ XY nhờ hai động cơ gắn cố định trên khung máy. Phương án này triệt tiêu khối lượng động cơ trên cụm đầu in, giảm quán tính chuyển động, giúp máy in vận hành êm ở tốc độ cao và đạt độ chính xác tương đương hoặc cao hơn kết cấu Delta.
Tác giả quyết định chọn Phương án 3 (CoreXY) để triển khai chi tiết.
Chương 5: Tính toán, thiết kế cơ khí
Chương 5 là nội dung trọng tâm của đồ án, trình bày đầy đủ các bước tính toán thiết kế kỹ thuật:
- Thiết kế khung máy: Sử dụng nhôm định hình $20 \times 20\text{ mm}$, gia công phay phẳng hai đầu trên máy phay CNC để đảm bảo độ vuông góc khi lắp ghép bằng bát ke góc và bu-lông lục giác.
- Tính toán truyền động trục Z:
- Thông số đầu vào: Khối lượng bàn in $m = 1\text{ kg}$, vận tốc tối đa $V_1 = 20\text{ mm/s}$, vận tốc khi in $V_2 = 5\text{ mm/s}$, gia tốc lớn nhất $a = 2\text{ mm/s}^2$, số vòng quay động cơ $N = 1000\text{ vòng/phút}$, tuổi thọ làm việc $T_l = 21.900\text{ giờ}$ (5 năm, 12 giờ/ngày).
- Lực chống trượt $F_a = \mu \cdot m \cdot g = 1\text{ N}$.
- Lực dọc trục khi tăng tốc: $F_{a1} = m(g + a) = 1 \cdot (9,81 + 2) \approx 11,81\text{ N}$ (lấy xấp xỉ $12\text{ N}$).
- Chọn kiểu lắp vít me: Fixed – Free.
- Tính toán chọn bước vít $l \ge V_{max} / N_{max} = 20 / 16,67 = 1,2\text{ mm}$; chọn bước ren tiêu chuẩn $l = 2,5\text{ mm}$.
- Tải trọng tĩnh $C_0 = f_s \cdot F_{max} = 2 \cdot 12 = 24\text{ N}$.
- Tải trọng động tính toán: $C_a = 161,1\text{ kgf}$.
- Chiều dài trục vít $L = 200 + 30 + 30 = 260\text{ mm}$; chọn vít me bi hãng PMI mã FSM0801-C3-1R-0248 cấp chính xác C7, đường kính trục $8\text{ mm}$, chiều dài tổng $270\text{ mm}$.
- Kiểm nghiệm tốc độ quay tới hạn đạt $1.865,57\text{ vòng/phút} > N_{max}$, độ dịch chuyển do dãn nở nhiệt đảm bảo yêu cầu.
- Tính toán lựa chọn động cơ bước trục Z: Sử dụng công cụ tính toán từ Oriental Motor với mô-men tải quy đổi $T = 8,48\text{ N}\cdot\text{mm}$, mô-men quán tính $J_l = 1,0\text{ g}\cdot\text{cm}^2$. Lựa chọn động cơ bước lai mã 42H47HM-0504A-18 (góc bước $0,9^\circ$, mô-men xoắn định mức $0,45\text{ N}\cdot\text{m}$, dòng định mức 1,7 A, khối lượng 367 g).
- Tính toán các cụm chi tiết liên quan: Lựa chọn bạc dẫn hướng LHFRDM8 kết hợp trục trượt tròn; tính toán kiểm nghiệm khớp nối mềm với hệ số chế độ làm việc $k = 4$, mô-men xoắn tính toán $T_t = 0,32\text{ N}\cdot\text{m}$.
- Thiết kế cụm trục XY, bộ đùn và hệ thống điện: Tính toán bộ truyền đai răng GT2, bố trí cụm puly, bạc đạn 624zz, sống trượt dẫn hướng; thiết kế cụm tời nhựa bánh răng kẹp sợi, đầu nung gia nhiệt; đấu nối hoàn chỉnh bo mạch Arduino Mega 2560, RAMPS 1.4, driver A4988/DRV8825, công tắc hành trình và màn hình LCD; thiết lập thông số in trên các phần mềm Slic3r, Pronterface và Arduino IDE.
Chương 6: Kết luận – Đề nghị
Chương 6 tổng kết các kết quả đạt được sau quá trình chế tạo mô hình thực tế và đề xuất các hướng hoàn thiện thiết bị trong tương lai.
Kết quả và đóng góp
Khóa luận đạt được các kết quả cụ thể sau quá trình nghiên cứu và thực nghiệm:
- Sản phẩm phần cứng hoàn chỉnh: Chế tạo thành công máy in 3D công nghệ FDM sử dụng cơ cấu CoreXY với kích thước khung máy gọn gàng, không gian làm việc đạt đúng thiết kế $200 \times 200 \times 200\text{ mm}$.
- Độ chính xác và thông số vận hành: Hệ thống dẫn hướng trục Z sử dụng vít me bi PMI cấp C7 kết hợp bạc dẫn hướng LHFRDM8 và động cơ bước góc bước $0,9^\circ$ giúp định vị chính xác độ dày lớp in từ $0,1\text{ mm}$ đến $0,4\text{ mm}$. Dung sai kích thước của sản phẩm in thực tế đạt trong phạm vi $\pm0,1\text{ mm}$. Tốc độ in thực nghiệm đạt trong dải $90 - 130\text{ mm/s}$.
- Hoàn thiện tài liệu kỹ thuật: Xây dựng tập bản vẽ thiết kế 2D/3D chi tiết các cụm chi tiết máy, sơ đồ nguyên lý đấu nối mạch điện tử điều khiển và quy trình thiết lập thông số phần mềm cắt lớp.
Đóng góp của đề tài so với các dạng máy in 3D truyền thống:
- Việc áp dụng cơ cấu động học CoreXY giúp loại bỏ hoàn toàn việc lắp động cơ bước nặng nề trên trục chuyển động XY, giảm thiểu tối đa lực quán tính khi đầu in đổi hướng đột ngột, giúp hệ thống vận hành êm hơn, hạn chế hiện tượng rung giật so với dòng máy Cartesian truyền thống (Prusa i3).
- Bàn in chỉ chuyển động tịnh tiến theo phương Z từng bước nhỏ sau mỗi lớp in, giữ cho mẫu in cố định trên mặt phẳng ngang, tránh được nguy cơ bong tróc hoặc xô lệch các lớp in ban đầu.
Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp
Hạn chế của đề tài:
- Việc căn chỉnh độ phẳng mặt bàn in thủ công qua các ốc vít lò xo còn mất nhiều thời gian và đòi hỏi kỹ năng của người vận hành.
- Máy chỉ trang bị một đầu đùn đơn, chưa thể in kết hợp nhiều màu sắc hoặc in vật liệu đỡ tan trong nước cho các chi tiết có hình học phức tạp.
- Tốc độ in và chất lượng bề mặt mẫu in ở các góc cạnh sắc nét vẫn còn chịu ảnh hưởng bởi thuật toán bù trừ gia tốc phần mềm.
Hướng phát triển tiếp theo được nhóm tác giả đề xuất:
- Tích hợp cảm biến tiệm cận hoặc cảm biến chạm để xây dựng tính năng tự động cân bằng bàn in (Auto Bed Leveling).
- Nâng cấp cụm đầu đùn kép (Dual Extruder) cho phép in đồng thời hai loại vật liệu (như sợi PLA kết hợp vật liệu đỡ PVA tan trong nước).
- Nghiên cứu tối ưu hóa quỹ đạo chạy dao và thuật toán điều khiển bù gia tốc (Jerk/Linear Advance) trong firmware để nâng cao độ bóng bề mặt và rút ngắn thời gian in.
Giá trị tham khảo
Đồ án là tài liệu kỹ thuật hữu ích đối với:
- Sinh viên ngành Kỹ thuật Cơ khí, Cơ điện tử, Công nghệ Chế tạo máy: Cung cấp tài liệu tham khảo chi tiết về quy trình tính toán động học, tính toán cơ cấu truyền động vít me – đai ốc bi, bộ truyền đai răng, và phương pháp tính chọn động cơ bước theo tải trọng thực tế.
- Người nghiên cứu và tự chế tạo (Maker) máy in 3D / máy CNC cỡ nhỏ: Cung cấp giải pháp thiết kế cơ khí chi tiết cho cơ cấu CoreXY, sơ đồ đấu nối vi điều khiển Arduino Mega 2560 với bo mạch RAMPS 1.4, cách thiết lập vi bước trên driver động cơ và quy trình cấu hình phần mềm mã nguồn mở (Slic3r, Pronterface, Repetier-Host).
Câu hỏi thường gặp
1. Tại sao đề tài lại lựa chọn cơ cấu CoreXY thay vì kết cấu Cartesian (Prusa i3) truyền thống?
Cơ cấu CoreXY bố trí hai động cơ bước cố định trên khung máy, truyền động đến đầu phun thông qua hệ thống dây đai khép kín. Giải pháp này giúp loại bỏ khối lượng của động cơ bước khỏi cụm di động trục X và Y, làm giảm đáng kể quán tính khi đầu in đổi hướng, hạn chế rung động ở tốc độ cao ($90 - 130\text{ mm/s}$), đồng thời bàn in chỉ tịnh tiến hạ xuống theo trục Z nên không làm xô lệch các lớp in bên dưới.
2. Cụm truyền động trục Z sử dụng loại vít me và động cơ bước nào?
Trục Z sử dụng bộ truyền vít me – đai ốc bi của hãng PMI mã FSM0801-C3-1R-0248 với đường kính trục $8\text{ mm}$, bước ren $l = 2,5\text{ mm}$, chiều dài $270\text{ mm}$, cấp chính xác C7, lắp theo kiểu Fixed – Free. Động cơ bước điều khiển trục Z là loại lai 2 pha mã 42H47HM-0504A-18 có góc bước nhỏ $0,9^\circ$, mô-men xoắn định mức $0,45\text{ N}\cdot\text{m}$, dòng điện định mức 1,7 A.
3. Khung máy được gia công và lắp ghép bằng phương pháp nào để đảm bảo độ vuông góc?
Khung máy sử dụng nhôm định hình kích thước $20 \times 20\text{ mm}$. Để đảm bảo độ chính xác lắp ghép, các thanh nhôm sau khi cắt thô bằng máy cưa tay với dung sai $2 - 3\text{ mm}$ được đưa lên máy phay CNC để phay phẳng chính xác hai đầu mút, sau đó ghép nối vuông góc bằng hệ thống bát ke góc nhôm chuyên dụng và bu-lông lục giác.
4. Hệ thống điều khiển điện tử và phần mềm của máy in bao gồm những thành phần nào?
Hệ thống điều khiển gồm bo mạch Arduino Mega 2560 (chip ATmega2560) kết nối bo mạch mở rộng RAMPS 1.4, các mạch lái driver A4988 hoặc DRV8825 điều khiển vi bước động cơ, công tắc hành trình cơ học, cảm biến nhiệt độ thermistor và màn hình LCD có khe cắm thẻ nhớ SD. Về phần mềm, hệ thống sử dụng Slic3r/Cura để cắt lớp mô hình và xuất mã G-code, phần mềm Pronterface/Repetier-Host để giao tiếp điều khiển, và Arduino IDE để nạp chương trình điều khiển firmware.
Kết luận
Đồ án tốt nghiệp "Thiết kế, chế tạo máy in 3D sử dụng cơ cấu CoreXY" của nhóm sinh viên Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. Hồ Chí Minh đã giải quyết trọn vẹn bài toán thiết kế cơ điện tử cho thiết bị tạo mẫu nhanh FDM. Nghiên cứu đã chứng minh tính hiệu quả của cơ cấu truyền động CoreXY trong việc giảm thiểu quán tính di động, nâng cao tốc độ và độ ổn định của quá trình in. Mô hình máy hoàn chỉnh được chế tạo thành công với không gian làm việc $200 \times 200 \times 200\text{ mm}$, dung sai sản phẩm $\pm0,1\text{ mm}$, cung cấp nền tảng kỹ thuật vững chắc phục vụ công tác giảng dạy, nghiên cứu và phát triển các thiết bị tạo mẫu nhanh tiếp theo.
