I. Thiết kế máy in 3D Khái quát về thiết kế máy in 3D và mô hình máy in 3D
Đồ án tốt nghiệp tập trung vào thiết kế máy in 3D loại Prusa I3, một mô hình máy in 3D phổ biến dựa trên mã nguồn mở. Thiết kế máy in 3D này hướng đến việc tạo ra một sản phẩm giá thành rẻ, dễ sử dụng, phù hợp với điều kiện tại Việt Nam. Mô hình máy in 3D được thiết kế với kích thước in tối đa 200x200x200 mm, độ chính xác ± 1mm. Việc lựa chọn Prusa I3 là do sự sẵn có của tài liệu, linh kiện và sự đơn giản trong thiết kế, giúp sinh viên dễ dàng tiếp cận và thực hiện. Các khía cạnh thiết kế bao gồm phần cứng, phần mềm, và lựa chọn vật liệu phù hợp. Thiết kế cơ khí tập trung vào độ bền, ổn định và dễ dàng lắp ráp. Thiết kế điện tử sử dụng kit Arduino, cụ thể là Arduino Mega 2560, để điều khiển các động cơ bước và các cảm biến. Chức năng chính của mô hình máy in 3D là in các vật thể từ file STL, yêu cầu quá trình cắt file STL và sử dụng phần mềm hỗ trợ như Cura. Dự án máy in 3D này góp phần thúc đẩy ứng dụng công nghệ in 3D tại HCMUTE.
1.1. Lựa chọn linh kiện và vật liệu
Đồ án sử dụng kit Arduino, cụ thể là Arduino Mega 2560, như bộ điều khiển trung tâm. Việc lựa chọn này dựa trên tính khả dụng, giá cả hợp lý, và khả năng lập trình dễ dàng. RAMPS 1.4 được sử dụng như một shield cho Arduino Mega 2560, cung cấp giao diện điều khiển cho các động cơ bước. Động cơ bước được chọn để đảm bảo độ chính xác cao trong quá trình in. Driver A4988 điều khiển các động cơ bước. Cảm biến nhiệt độ (thermistor) giám sát nhiệt độ đầu phun, đảm bảo quá trình đùn nhựa diễn ra ổn định. Công tắc hành trình (end-stop) được sử dụng để định vị các trục. Vật liệu in là sợi nhựa PLA hoặc ABS, tùy thuộc vào nhu cầu. Phần mềm Cura được sử dụng để cắt file STL và tạo mã G-code. Phần mềm máy in 3D Arduino xử lý mã G-code và điều khiển các động cơ. Sự lựa chọn linh kiện này dựa trên sự cân bằng giữa chi phí, hiệu năng và khả năng tiếp cận.
1.2. Thiết kế phần mềm và lập trình
Lập trình Arduino là phần cốt lõi của dự án. Mã nguồn mở được sử dụng và tùy chỉnh để điều khiển máy in 3D Arduino. Arduino IDE là môi trường lập trình chính. Phần mềm máy in 3D Arduino được viết để xử lý mã G-code, điều khiển các động cơ bước và cảm biến. Phần mềm Cura tạo ra mã G-code từ file STL. Phần mềm này cần cấu hình chính xác các thông số của máy in 3D tự chế. Quá trình lập trình bao gồm việc điều khiển các động cơ bước theo các trục X, Y, Z, điều khiển nhiệt độ đầu phun, và xử lý các tín hiệu từ cảm biến. Việc sử dụng mã nguồn mở giúp cho việc sửa đổi và nâng cấp phần mềm dễ dàng hơn. Firmware máy in 3D đóng vai trò quan trọng trong việc điều khiển chính xác và hiệu quả máy in. Sinh viên cần hiểu rõ về ứng dụng Arduino và điện tử máy in 3D.
II. Thi công máy in 3D Thi công máy in 3D và lắp ráp máy in 3D
Phần thi công máy in 3D bao gồm việc chế tạo khung máy, lắp ráp các linh kiện điện tử và cơ khí. Khung máy được thiết kế để đảm bảo độ chắc chắn và ổn định. Các linh kiện được chọn dựa trên sự cân bằng giữa chi phí và chất lượng. Quá trình lắp ráp máy in 3D cần sự cẩn thận và chính xác cao. Việc kết nối các dây dẫn cần được thực hiện một cách cẩn trọng để tránh gây ra lỗi. Thi công phần cứng gồm việc in 3D các chi tiết nhựa, gia công khung máy bằng vật liệu phù hợp. Thi công phần điện bao gồm việc kết nối các thành phần điện tử trên Arduino Mega 2560 và RAMPS 1.4. Hướng dẫn thi công máy in 3D chi tiết được cung cấp trong báo cáo. Khóa học thiết kế máy in 3D sẽ giúp sinh viên hiểu rõ hơn về quá trình này. Máy in 3D giá rẻ này được chế tạo tại HCMUTE trong khuôn khổ đồ án tốt nghiệp.
2.1. Quá trình lắp ráp và hiệu chỉnh
Sau khi hoàn thành thi công máy in 3D, quá trình lắp ráp và hiệu chỉnh là rất quan trọng. Điều chỉnh các trục X, Y, Z để đảm bảo độ chính xác trong quá trình in. Hiệu chỉnh nhiệt độ đầu phun để phù hợp với vật liệu in. Kiểm tra các kết nối điện để đảm bảo hoạt động ổn định của máy. Việc hiệu chỉnh này đòi hỏi sự kiên nhẫn và tỉ mỉ. Hướng dẫn thi công máy in 3D cần phải cung cấp các thông số kỹ thuật chi tiết. Sử dụng phần mềm máy in 3D Arduino để kiểm tra và hiệu chỉnh các thông số. Máy in 3D tại HCMUTE được hiệu chỉnh để đảm bảo chất lượng in tốt nhất. Đồ án máy in 3D này cung cấp kinh nghiệm thực tế quý giá cho sinh viên. Nghiên cứu máy in 3D giúp sinh viên hiểu sâu hơn về quá trình này.
2.2. Kiểm thử và đánh giá
Sau khi lắp ráp và hiệu chỉnh, máy in 3D cần được kiểm thử để đánh giá hiệu suất. In thử các mô hình đơn giản để kiểm tra độ chính xác và ổn định của máy. Đánh giá chất lượng sản phẩm in 3D, độ chính xác kích thước và độ nhẵn của bề mặt. Thu thập dữ liệu để đánh giá hiệu quả của thiết kế máy in 3D. Phân tích các lỗi và vấn đề phát sinh trong quá trình in. Nghiên cứu khoa học HCMUTE có thể hỗ trợ đánh giá kết quả nghiên cứu. Dự án tốt nghiệp HCMUTE này cung cấp kết quả thực tiễn về hiệu quả của máy in 3D tự chế. Sinh viên HCMUTE đã tích lũy được kinh nghiệm thực tế quý báu. Công nghệ in 3D được ứng dụng thực tiễn trong dự án.
III. Kết luận và ứng dụng Ứng dụng của máy in 3D và công nghệ in 3D
Đồ án thành công trong việc thiết kế và thi công mô hình máy in 3D dùng kit Arduino. Máy in 3D hoạt động ổn định và cho ra sản phẩm chất lượng tốt. Đồ án mang lại giá trị thực tiễn cao, giúp sinh viên hiểu rõ về công nghệ in 3D. Máy in 3D tự chế này có thể được sử dụng trong giáo dục, nghiên cứu và sản xuất quy mô nhỏ. Ứng dụng Arduino được mở rộng trong lĩnh vực in 3D. Nghiên cứu máy in 3D có thể tiếp tục phát triển, cải tiến để nâng cao hiệu suất và chất lượng sản phẩm. Công nghệ in 3D ngày càng phát triển mạnh mẽ, mở ra nhiều cơ hội ứng dụng trong nhiều lĩnh vực. HCMUTE có thể tiếp tục đầu tư vào nghiên cứu và ứng dụng công nghệ in 3D. Dự án tốt nghiệp này là một đóng góp nhỏ bé vào sự phát triển của công nghệ in 3D tại Việt Nam.
