Chương 1: Giới thiệu - Chương 2: Khảo sát sơ đồ khối. - Chương 3: 2 do an Chương 2: KHẢO SÁT SƠ ĐỒ KHỐI 2. GIỚI THIỆU In 3D là một nhánh nhỏ của công nghệ tạo mẫu nhanh, được phát minh từ những năm 1980s. In 3D là công đoạn tạo mô hình vật lý (mẫu thật) từ mô hình số (file thiết kế 3D trên máy vi tính) một cách tự động thông qua các máy in 3D.
Khi ta đã gọi là máy in thì nó phải có “mực”. Với máy in thường, sau khi in, mực sẽ khô và để lại các vệt màu trên giấy. Còn máy in 3D thì “đắp” từng mảng vật liệu rồi khô cứng lại thành mô hình tương ứng với thiết kế 3D. Sản phẩm in 3D nó không trừu tượng như trên mô hình thiết kế, bạn có thể cầm nắm, thậm chí sử dụng được như một sản phẩm bình thường.
Máy in 3D Reprap dạng Prusa i3 sử dụng các linh kiện chính :Ardunio mega 2560, ramps 1.4,động cơ bước, đầu phun nhựa và cảm biến nhiệt độ, hiển thi thông tin trên LCD 16x4, giao tiếp để điều khiển thông qua núm xoay, động cơ bước Hình 2.1: Mô hình được in 3D 3 do an 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA MÁY IN 3D 2. VẬT LIỆU IN 3D Người sử dụng máy in 3D sẽ lựa chọn 2 loại vật liệu đầu vào: Acrylonitrile Butadiene Styrene (nhựa ABS) và Polylactic Acid (nhựa PLA). Một số máy in chỉ nhận nhựa ABS, một số loại khác sử dụng được cả hai.
Các vật liệu nhựa đầu vào này có dạng sợi, chiều rộng 1,75mm hoặc 3mm. Nhựa ABS thường được sử dụng để tạo ra đồ chơi Lego. Đây là loại nhựa có gốc hóa học, hoạt hóa ở nhiệt độ cao. Nhựa PLA thì có nguồn gốc tự nhiên, chẳng hạn như từ ngô và mía, cứng và bóng hơn nhựa ABS.
Ngoài việc dùng làm nguyên liệu đầu vào cho máy in 3D, nhựa PLA còn được ứng dụng để sản xuất các loại bao bì phân hủy được.2: Sợi nhựa dùng để in 3D Sợi nhựa dùng cho máy in 3D có giá thành khá đắt. Hãng MakerBot bán 2,2 pound (990 gram) sợi nhựa PLA giá 48 USD (960. Nếu tìm mua trên eBay giá thành sẽ rẻ bằng một nửa. Hãng này ước tính 990 gram sợi nhựa có thể in ra được 392 quân cờ vua.
Giá thành sợi nhựa sẽ giảm xuống nếu các loại máy in 3D trở nên phổ biến và sợi nhựa được sản xuất với quy mô lớn. Có một cách khác để giảm giá thành đầu vào là bạn sử dụng máy ép sợi nhựa. Bạn đưa nguyên liệu nhựa tái chế hoặc nhựa giá rẻ vào máy ép để tạo ra các sợi nhựa. HOẠT ĐỘNG CỦA MÁY IN 3D Khi đã có sợi nhựa, ta đưa vào máy in 3D qua một bộ phận gọi là đầu in (print head).
Đầu in có hình dáng như một chiếc hộp với một vòi phun. Một cơ cấu truyền động sẽ đẩy từng phần nhựa xuống đầu in. Trước khi nhựa bị đùn ra từ đầu kim in, sợi nhựa phải đi qua một ống nhiệt và hóa lỏng. Nhựa qua đầu kim in là những đường chỉ siêu mảnh chỉ 0,1 milimet.
Ngay khi ra ngoài không khí, nhựa khô cứng rất nhanh, gắn lại với nhau tạo thành các lớp. Có nhiều cách in 3D ứng với nhiều kiểu máy in 3D khác nhau, ở đây, đề tài của nhóm thực hiện nghiên cứu chế tạo máy in 3D Repraps dạng Prusa i3. Với máy in 3D prusa i3, có cơ cấu hoạt động như sau : - Xét chuyển động trong không gian 3 chiều, tọa độ Đề-các ( 3 phương x,y,z). - Chuyển động của đầu in và bàn in: Đầu in được điều khiển bỡi 2 động cơ, để di chuyển theo chiều lên xuống (trục y) và qua lại theo phương ngang (trục x).
Để đầu in có thể chuyển động theo phương ngang, ta dùng 1 động cơ bước , đặt trục nằm ngang ,tạo ra chuyển động quay, thông qua dây đai curoa gắn kết với đầu in tạo thành chuyển động tịnh tiến theo phương ngang ( trục x). Để đầu in có thể chuyển động theo phương thẳng đứng, lên- xuống, sử dụng 2 trục vitme theo phương thẳng đứng được xoay bỡi bỡi 2 động cơ có trục đặt thẳng đứng thẳng đứng, động cơ quay kéo theo chuyển động quay của vitme làm đầu in có thể chuyển động lên xuống. Bàn in được 1 động cơ điều khiển để di chuyển tới lui (di chuyển theo trục y , cố định trục x và trục z). Chuyển động của bàn in từ 1 động cơ bước có trục đặt theo phương ngang kéo dây curoa kéo theo bàn in chuyển động tịnh tiến.
THIẾT KẾ SƠ ĐỒ KHỐI Theo yêu cầu của đề tài, chúng tôi tiến hành thiết kế máy in 3D gồm các khối sau: Khối cảm biến: bao gồm cảm biến nhiệt độ và công tác hành trình. - Cảm biến nhiệt nhận tín hiệu nhiệt độ từ đầu gia nhiệt trong đầu phun, tín hiệu được xử lý để hiển thị và dùng để điều khiển đầu phun. - Công tác hành trình : tạo điểm bắt đầu, vị trí xuất phát của động cơ. Khối xử lý trung tâm - Khối xử lý trung tâm có nhiệm vụ nhận tín hiệu từ khối cảm biến, sau đó xử lý tín hiệu để hiển thị và điều khiển tải.
Khối hiển thị - Hiển thị các thông tin cần thiết cho hệ thống : thông tin nhiệt đô, tọa độ, các thông tin để tương tác và điều khiển. Khối điều khiển - Điều khiển thực hiện các lệnh thực thi cho hệ thống: start, stop , reset,. Khối nguồn - Cung cấp điện cho các khối trong hệ thống. Khối tải - Là ngõ ra của hệ thống, thực thi các yêu cầu.
- Bao gồm các động cơ và đầu phun. - Động cơ làm di chuyển đầu phun theo tọa độ được điều khiển từ khối xử lý trung tâm. Từ yêu cầu đó, ta thiết kế sơ đồ khối của hệ thống nhƣ sau Hình 2.3: Sơ đồ khối máy in 3D 6 do an 2.1 KHỐI CẢM BIẾN - Nhiệt điện trở Cảm biến nhiệt độ là thành phần không thể thiếu trên các máy in 3D. Các cảm biến này giúp bộ điều khiển theo dõi nhiệt độ đầu đùn cũng như nhiệt độ bàn nhiệt.
Nếu một trong hai nhiệt độ trên không được đo chính xác thì quá trình in sẽ không được như ý muốn, chất lượng sản phẩm in sẽ giảm, thậm ý không in được. Hiện nay các máy in 3D thường sử dụng giải pháp cảm biến nhiệt độ bằng các nhiệt điện trở. Giải pháp này có ưu điểm là giá thành rẻ, trong khi đó nhiệt điện trở có độ bền cao.4: Điện trở nhiệt (Thermistor) Nhiệt điện trở có thể phân thành 2 loại theo hệ số k. Nếu k dương, trở kháng của điện trở tăng khi nhiệt độ tăng, khi đó nó được gọi là nhiệt điện trở thuận hay thuận nhiệt trở (PTC - Positive Temperature Coefficient).
Ngược lại nếu k âm, trở kháng của điện trở giảm khi nhiệt độ tăng, và nó được gọi là nghịch nhiệt trở (NTC - Negative Temperature Coefficient). Nhiệt điện trở được dùng làm cảm biến nhiệt trong các máy móc thiết bị, như máy điều hòa nhiệt độ, tủ lạnh,… Nó cũng được dùng trong phần mạch bảo vệ quá nhiệt trong các bộ cấp nguồn điện. - Công tắc hành trình Để đảm bảo độ chính xác cho việc in sản phẩm, việc phải có điểm bắt đầu xuất phát (home) là rất quan trọng. Khi các trục X,Y,Z chưa nằm trên cùng 1 mặt phẳng ngang, việc kéo chúng về tọa độ ban đầu đóng vai trò như một sự chuẩn bị.
Tại vị trí của các công tắc hành trình (end-stop) được coi là 0 (home), hoặc là nơi mà các trục không thể di chuyển xa hơn nữa. Các dòng công tắc hành trình hiện nay thường có ba chân, thường đóng (NC), thường mở (NO) và Common (C). Các chân NC và NO được đặt cố định, 7 do an chân C có chức năng như cổng tạo tín hiệu trên bộ điều khiển. Khi nút trên end- stop bị tác động sẽ gửi một tín hiệu tới bộ điều khiển để cho nó biết rằng trục đã đạt đến vị trí 0 (home).
Trong phạm vi giới hạn đồ án, nhóm sử dụng: chân Common (C) và thường đóng (NC). Vì chỉ sử dụng 1 trong 2 tiếp điểm thường đóng (NC) hoặc thường mở (NO).5: Công tắc hành trình 2.2 KHỐI XỬ LÝ TRUNG TÂM Khối xử lý trung tâm có nhiệm vụ nhận tín hiệu từ khối cảm biến, sau đó xử lý tín hiệu để hiển thị và điều khiển tải. Để điều khiển toàn bộ hệ thống hoạt động, ta sử dụng mạch điều khiển RAMPS 1.4 được thiết kế để phù hợp với toàn bộ thiết bị điện tử cần thiết cho máy in 3D RepRap với chi phí thấp.4 giao tiếp với Arduino Mega với nền tảng mạnh mẽ và có nhiều room để mở rộng. Thiết kế module bao gồm các khe cắm cho trình điều khiển động cơ bước và mạch điện điều khiển đầu phun trên shield Arduino Mega để dễ dàng sử dụng, thay thế, nâng cấp và mở rộng chức năng.
Ngoài ra, 1 số bo mạch mở rộng của Arduino có thể được gắn thêm vào miễn là mạch RAMPS gắn ở lớp trên cùng. 8 do an - MẠCH ĐIỀU KHIỂN ARDUINO MEGA 256. Arduino Mega 2560 là 1 bo mạch thiết kế với bộ xử lý trung tâm là vi điểu khiển AVR Atmega2560.6: Arduino Mega 2560 Đi cùng với Board Arduino là một phần mềm hỗ trợ phát triển tích hợp : IDE (Integrated Development Environment) cho phép người dùng viết các chương trình cho Arduino bằng ngôn ngữ C hoặc C++. Cấu tạo chính của Arduino Mega 2560 bao gồm các phần sau: - Cổng USB: đây là loại cổng giao tiếp để ta upload code từ PC lên vi điều khiển.
Đồng thời nó cũng là giao tiếp serial để truyền dữ liệu giữa vi điều khiển và máy tính. - Jack nguồn: để chạy Arduino thì có thể lấy nguồn từ cổng USB ở trên, nhưng không phải lúc nào cũng có thể cắm với máy tính được. Lúc đó ta cần một nguồn từ 9V đến 12V. - Vi điều khiển AVR: đây là bộ xử lí trung tâm của toàn bo mạch.
Với mỗi mẫu Arduino khác nhau thì con chip là khác nhau. Ở con Arduino Mega2560 này thì sử dụng ATMega2560. - Kích thước: + Dài : 101,98 mm + Rộng : 53,63 mm + Cao : 15,29 mm + Cân nặng : 34,9 g 9 do an - Thông số kỹ thuật: + Vi xử lý: 5V + Điện áp hoạt động: 7-12V + Điện áp đầu vào: 6-20V + Chân vào/ra: 54 12 chân đầu ra PWM, độ phân giải 8 bit, từ chân số 2 đến 13. 10 chân giao tiếp, từ chân số 14 đến 21 và 2 chân số 0,1.
32 chân vào/ra số, từ chân số 22 đến 53.