Đồ án thiết kế và triển khai máy in 3D đa màu sắc tại HCMUTE

Đồ án nghiên cứu hcmute design and implementation of a multicolor 3d printer, áp dụng công nghệ tiên tiến, tối ưu giải pháp kỹ thuật cho bài toán .

Chuyên ngành

Mechatronics

Người đăng

Ẩn danh

Thể loại

graduation thesis

2017

71
2
0

Phí lưu trữ

30 Point

Mục lục chi tiết

ACKNOWLEDGEMENT

ABSTRACT

1. CHAPTER 1: OVERVIEW

1.1. The necessary of the thesis

1.2. Scientific and practical meanings

1.3. Research objectives of the thesis

1.4. Object and goal of the study

1.5. Research Methodology

1.6. Introduction to rapid prototyping technology

1.7. General principles

1.8. Features

1.9. The introduction and development of the RAP method

1.9.1. Early period: Manual Sampling

1.9.2. Second period: virtual prototyping or creation software

1.9.3. Third period: RAP process

1.10. Application of RAP

1.10.1. Develop new products

1.10.2. Test the functionality of the product

1.10.3. Rapid Tooling

1.10.4. Application in medicine

2. CHAPTER 2: LITERATURE REVIEW

2.1. Some methods of template creation

2.1.1. SLA method (Stereo Lithography Apparatus)

2.1.2. Solid Ground Curing (SGC)

2.1.3. LOM (Laminated Object Manufacturing)

3. CHAPTER 3: DESIGN AND ANALYSIS

4. CHAPTER 4: EXPERIMENTS AND RESULTS

5. CHAPTER 5: CONCLUSION AND RECOMMENDATIONS

LIST OF ABBREVIATIONS

LIST OF TABLES

LIST OF FIGURES AND CHARTS

Tóm tắt

I. Giới thiệu về máy in 3D

Máy in 3D đã trở thành một công cụ quan trọng trong nhiều lĩnh vực, từ sản xuất đến y tế. Máy in 3D cho phép tạo ra các mẫu vật thể phức tạp với độ chính xác cao và thời gian ngắn. Công nghệ này không chỉ giúp tiết kiệm thời gian mà còn giảm thiểu chi phí sản xuất. Thiết kế máy in 3D tại HCMUTE tập trung vào việc phát triển một máy in có khả năng in đa màu sắc, đáp ứng nhu cầu ngày càng cao trong việc tạo ra các sản phẩm mẫu. Việc sử dụng công nghệ in 3D giúp các nhà thiết kế có thể hiện thực hóa ý tưởng của mình một cách nhanh chóng và hiệu quả.

1.1. Lịch sử phát triển của công nghệ in 3D

Công nghệ in 3D đã trải qua nhiều giai đoạn phát triển. Giai đoạn đầu tiên là việc tạo mẫu thủ công, mất nhiều thời gian và công sức. Sau đó, với sự phát triển của phần mềm CAD, việc tạo mẫu trở nên dễ dàng hơn. Giai đoạn hiện tại, công nghệ RAP (Rapid Prototyping) đã cho phép sản xuất các mẫu vật thể một cách nhanh chóng và chính xác. Công nghệ in 3D hiện nay không chỉ dừng lại ở việc tạo mẫu mà còn được ứng dụng rộng rãi trong sản xuất hàng loạt và các lĩnh vực khác như y tế và kiến trúc.

II. Thiết kế máy in 3D đa màu sắc

Dự án Thiết kế và triển khai máy in 3D đa màu sắc tại HCMUTE nhằm mục tiêu phát triển một máy in có khả năng in nhiều màu sắc mà không cần thay đổi vật liệu. Máy in được thiết kế theo cấu trúc Cartesian với kích thước in 200x200x150 mm. Việc sử dụng Diamond Hotend cho phép máy in có ba đầu vào và một đầu ra, giúp trộn màu hiệu quả. Quá trình thiết kế bao gồm việc phân tích và tính toán để lựa chọn vật liệu phù hợp, đảm bảo máy hoạt động ổn định và hiệu quả.

2.1. Cấu trúc và nguyên lý hoạt động

Cấu trúc của máy in 3D được thiết kế để đảm bảo độ chính xác và độ bền. Các động cơ trục được phân tích kỹ lưỡng để đảm bảo hoạt động mượt mà. Nguyên lý hoạt động của máy in dựa trên công nghệ FDM (Fused Deposition Modeling), nơi mà vật liệu được nấu chảy và đùn ra để tạo thành các lớp. Việc điều chỉnh nhiệt độ và tốc độ in là rất quan trọng để đảm bảo chất lượng sản phẩm in. Máy in 3D tại HCMUTE đã đạt được những kết quả khả quan trong việc in các sản phẩm đa màu sắc với độ chính xác cao.

III. Triển khai và thử nghiệm

Quá trình triển khai máy in 3D đa màu sắc bao gồm nhiều bước từ lắp ráp đến thử nghiệm. Sau khi hoàn thành lắp ráp, máy in được thử nghiệm với nhiều loại vật liệu khác nhau để đánh giá khả năng in. Kết quả cho thấy máy in có thể in các sản phẩm với kích thước 200x200x100 mm, hoạt động ổn định với tốc độ trung bình từ 40 đến 60 mm/s. Tuy nhiên, khi in các sản phẩm có từ năm màu trở lên, chất lượng bề mặt không đạt yêu cầu, cho thấy cần có những cải tiến trong thiết kế và quy trình in.

3.1. Kết quả thử nghiệm

Kết quả thử nghiệm cho thấy máy in có khả năng in các sản phẩm với độ chính xác cao và bề mặt mịn màng. Tuy nhiên, một số vấn đề như kẹt vật liệu tại Diamond Hotend đã được ghi nhận. Việc điều chỉnh các thông số in như nhiệt độ và tốc độ là cần thiết để cải thiện chất lượng sản phẩm. Các sản phẩm in thử nghiệm đã cho thấy tiềm năng lớn trong việc ứng dụng công nghệ in 3D vào sản xuất thực tế, đặc biệt là trong các lĩnh vực cần mẫu thử nghiệm nhanh chóng và chính xác.

IV. Ứng dụng và triển vọng

Công nghệ in 3D đang mở ra nhiều cơ hội mới trong sản xuất và thiết kế. Ứng dụng máy in 3D không chỉ giới hạn trong việc tạo mẫu mà còn có thể được áp dụng trong sản xuất hàng loạt, y tế, và giáo dục. Việc phát triển máy in 3D đa màu sắc tại HCMUTE không chỉ đáp ứng nhu cầu hiện tại mà còn tạo ra nền tảng cho các nghiên cứu và phát triển trong tương lai. Công nghệ này có thể giúp giảm thiểu thời gian và chi phí sản xuất, đồng thời nâng cao chất lượng sản phẩm.

4.1. Tương lai của công nghệ in 3D

Với sự phát triển không ngừng của công nghệ, máy in 3D sẽ ngày càng trở nên phổ biến và được ứng dụng rộng rãi hơn. Các nghiên cứu tiếp theo có thể tập trung vào việc cải thiện chất lượng in, mở rộng khả năng sử dụng vật liệu và phát triển các giải pháp in 3D thông minh hơn. Máy in 3D không chỉ là một công cụ sản xuất mà còn là một phần quan trọng trong quá trình đổi mới sáng tạo trong nhiều lĩnh vực.

01/02/2025

Trích đoạn nội dung tài liệu

MINISTRY OF EDUCATION AND TRAINING HCMC UNIVERSITY OF TECHNOLOGY AND EDUCATION GRADUATION THESIS MECHATRONIC ENGINEERING TECHNOLOGY DESIGN AND IMPLEMENTATION OF A MULTICOLOR 3D PRINTER ADVISOR: VU QUANG HUY, PhD. PHAM BACH DUONG, M. STUDENT’S NAME: PHAM XUAN CHIEN STUDENT’S ID: 13146023 STUDENT’S NAME: NGHIEM LUONG HAI STUDENT’S ID: 13146057 STUDENT’S NAME: HA XUAN THANG STUDENT’S ID: 13146197 SKL 0 0 5 3 6 6 Ho Chi Minh city, July 2017 do an UNIVERSITY OF TECHNOLOGY AND EDUCATION FACULTY FOR HIGH QUALITY TRAINING DEPARTMENT OF MECHATRONICS GRADUATION THESIS DESIGN AND IMPLEMENTATION OF A MULTICOLOR 3D PRINTER ADVISOR: VU QUANG HUY, PhD. PHAM BACH DUONG, M.

STUDENT’S NAME: PHAM XUAN CHIEN (13146023) NGHIEM LUONG HAI (13146057) HA XUAN THANG (13146197) ACADEMIC BATCH: 2013 - 2017 MAJOR: MECHATRONICS Ho Chi Minh City, July 2017 1 do an SOCIALIST REPUBLIC OF VIETNAM Independence - Freedom - Happiness ----***---- Ho Chi Minh City, May 31th 2017 MISSION OF THESIS Student’s name: Pham Xuan Chien Student’s ID: 13146023 Nghiem Luong Hai 13146057 Ha Xuan Thang 13146197 Major: Mechatronics Class: 13146CLC Advisor: Vu Quang Huy, Ph.D Phone number: Delivery date: 20/2/2017 Submission date: 23/7/2017 1. Title of thesis: Design and implementation of a multicolor 3D printer 2. The original data, documents: -Documents about assembly and calibration of 3D printer. -Datasheets of electronic components.

-Articles of multicolor methods. -The Firmware and slicer software from open source 3. Main content: -Research on rapid prototyping. -Design a model of 3D printer and implement it.

-Experiment 3D printed products through for analyzing and evaluating product quality. Product: -A 3D printer has size of 200x200x100 mm, solid mechanics and stable operation. -3D printed products have diverse colors, high precision and good surface quality. Program Chair Advisor i do an SOCIALIST REPUBLIC OF VIETNAM Independence - Freedom - Happiness ----***---- ADVISOR’S COMMENT Student’s name: Pham Xuan Chien Student’s ID: 13146023 Nghiem Luong Hai 13146057 Ha Xuan Thang 13146197 Major: Mechatronics Title of thesis: Design and implementation of a multicolor 3D printer Advisor’s name: Pham Bach Duong, M.

The content of thesis and workload allocated:. Thesis defense approval: Yes  No  5.) Ho Chi Minh City, July 2017 Advisor (Name, signature) ii do an SOCIALIST REPUBLIC OF VIETNAM Independence - Freedom - Happiness ----***---- REVIEWER’S COMMENT Student’s name: Pham Xuan Chien Student’s ID: 13146023 Nghiem Luong Hai 13146057 Ha Xuan Thang 13146197 Major: Mechatronics Title of thesis: Design and implementation of a multicolor 3D printer Reviewer’s name: Nguyen Vu Lan, Ph. The content of thesis and workload allocated:. Thesis defense approval: Yes  No  5.) Ho Chi Minh City, July 2017 Reviewer (Name, signature) iii do an ACKNOWLEDGEMENT Firstly, we wish to thank our parents and our friends for their supports and encouragement throughout our study.

Secondly, we would like to express our gratitude to Dr. Vu Quang Huy - the project supervisor, for his patient guidance, enthusiastic encouragement and invaluable comments on this project. Thanks to his advices and assistances in keeping our progress on schedule. Our grateful thanks are also extended to Mr.

Trung – the specialist in 3D printing workshop, for his supports in offering us the resources, troubleshooting and increasing the qualification of our 3D printing products. They did contributed a lot in helping us to successfully complete project “Design and implementation of a multicolor 3D printer”. In the implementation process of the project, there would certainly be some inevitable mistakes, we do hope to receive your comments for future improvements. Ho Chi Minh City, May 31th, 2017 Group of students: Pham Xuan Chien Nghiem Luong Hai Ha Xuan Thang iv do an ABSTRACT In this project “Design and implementation of a multicolor 3D printer”, our group sets the goal to make a 3D printer that can print not only in single color but also in multiple colors automatically without changing the filament manually.

The printer is designed according to the Cartesian structure, with dimension of printing is 200x200x150mm. The 3D printer model is designed on Solidworks according to the intended size. Based on the model, we analyze and calculate to purchase and outsourcing materials. For multicolor printing, we use the Diamond Hotend that has three inputs, one output and a small color mixing chamber.

Repetier host is used to choose color for product and send G-code to Arduino. After 3 months of project implementation, our group has achieved some results. The 3D printer can print the product that has 200x200x100 mm dimension. It operates smooth with an average speed of 40 to 60 mm / s.

Products with a slight deviation of 0. With the use of Diamond Hotend, the 3D printer prints products that has from one to four colors are quite good, the surface of them is smooth. When printing five-color products, they are quite bad with the surface deformation. Filament usually get stuck on Diamond Hotend.

Keywords: Rapid prototying, 3D printing, multicolor, Diamond Hotend, filament jam v do an CONTENTS COVER PAGE. PAGE MISSION OF THESIS. ii REVIEWER’S COMMENT. v LIST OF ABBREVIATIONS.

viii LIST OF TABLES. ix LIST OF FIGURES AND CHARTS. The necessary of the thesis. Scientific and practical meanings.

Research objectives of the thesis. Object and goal of the study. Introduction to rapid prototyping technology [1]. The introduction and development of the RAP method [9].

Early period: Manual Sampling. Second period: virtual prototyping or creation software. Third period: RAP process. Application of RAP.

4 CHAPTER 2: LITERATURE REVIEW. Some methods of template creation. Solid Ground Curing (SGC). 3D FDM Printing Method (Fused Deposition Manufacturing).

Analysis of 3D FDM (Fused Deposition Manufacturing). Multicolor printing solutions. Using multi nozzle. 13 vi do an 2.

The effect of temperature on the operation of the printing [8]. 18 CHAPTER 3: DESIGN AND ANALYSIS. The structure of 3D printer [3]. Analysis of axis-driven motors.

Analysis of transmission mechanisms. Check the deviation on the axes. Programming in Arduino. Adjust PID temperature of extruder [6].

Custom Slicing with Slice Software. Multi-material printing with Repetier Host. Convert data from CAD to G-code. Read and process G-code data.

40 CHAPTER 4: EXPERIMENTS AND RESULTS. Modes of experiments:. Analysis and comments:. Bill of materials.

51 CHAPTER 5: CONCLUSION AND RECOMMENDATIONS. 54 vii do an LIST OF ABBREVIATIONS ABS Acrylonitrile Butadiene Styrene CNC Computer Numerical Controlled CAD Computer Aided Design CAE Computer-aided engineering CAM Computer-aided manufacturing CMM Coordinate Measuring Machine FDM Fused Deposition Manufacturing LOM Laminated Object Manufacturing PLA Poly Lactic Acid FDM Fused Deposition Manufacturing STL Stereo lithography SLA Stereo Lithography Apparatus SGC Solid Ground Curing SLS Selective Laser Sintering SLS Selective Laser Sintering RAP Rapid prototyping viii do an LIST OF TABLES Table 4. 1 Run from 1 point. 2 Run continuously 1 mm.

3 Angle error test with sample 1 and 2. 4 Test height and diameter of sample 3. 47 ix do an LIST OF FIGURES AND CHARTS Figure 1. 1 The engine of plane is 3D printed for checking error.

2 Mold by 3D printing technology. 3 The joints are made form a 3D printer. 1 SLA Modeling Methodology. 2 SGC Modeling Methodology.

3 LOM Modeling Methodology. 4 SLS Modeling Methodology. 5 FDM Modeling Methodology. 7 Filament stuck on the print.

9 Structure of Palette. 10 Product of Palette. 12 Multiclor filament and product. 13 Compare the temperature distribution between nozzles have good heat sink and don’t have good heat sink.

14 Material jam at the location exposed two heat zones. 15 Add material at the heat transfer location[6]. 4 Design model in Solidworks. 5 Model in reality.

9 Lead screw nut. 12 Check the flatness of the bed with bubble level. 13 Check the flatness of the X axis. 14 Check the equality of the two Z axes.

15 Control block diagram of the 3D printer. 19 Schematic of DRV8825 [10]. 20 Interface of Repetier host. 21 Manual of Repetier host.

OVERALL CONTROL DIAGRAM OF ARDUINO. 23 Control PID of temperature. 24 Adjust PID on Marlin firmware. 36 x do an Figure 3.

26 Combine STL file. 27 Use Meshmixer to cut STL file. 29 Diagram convert data from CAD to G-code. 30 Flowchart of reading and processing G-code data.

1 Test and mix color. 2 Colors of our 3D printer. 3 Products with single color: red, cyan, yellow. 4 Mixing color products.

5 Products with 2 or 3 independent color. 6 Printing with “Wipe and prime tower”. 9 Samples is used for precise test. 10 Filament stuck in Teflon tube.

12 Error product due to filament jam. 13 The filaments flow out and stick on the nozzle. 50 xi do an CHAPTER 1: OVERVIEW 1. The necessary of the thesis Nowadays, the applications of fast shaping respond the practical needs which is the basis for the development of RAP machines (3D printers).

Applicability in many areas such as product modeling, health and education, architecture. The 3D printing technology development will help the production process as well as the design stage cut down on product creation time, bringing the idea of real things in order to analysis more easily. It also gives the designer more flexibility, creativity when it comes to ideas that are not afraid how to create that product, and how long it takes to create it. So the 3D printing is the best RAP tool.

Scientific and practical meanings For the purpose of studying and researching field the 3D printing group has chosen "Design and implementation of a multicolor 3D printer" project with the following objectives:  Join the study and learn the RAP 3D printing technology  Practical the 3D printing application.  Research products to meet commercial needs. Research objectives of the thesis.  Design drawing and implement the mechanic of the 3D printer.

 Developing a 3D printers creates colorful products  Find out some printing errors of the 3D printing methods and come up with a solution based solution in the experiment. Object and goal of the study 1. Object of study  3D printer with Prusa I3 structure.  FDM (Fused Deposition Manufacturing) 3D printing method, using PLA to create samples.

Goal of the study Structure Cartesian structure Print dimension 200x200x150 Nozzle Diamond Hotend Precise 0.3 mm Material PLA and ABS Number of color 10 1. Research Methodology We use top down method to apply in this project. - Self-collected data: + Test axes of the 3D printer to find the tolerance, working precision of its. + Experiment the 3D printer at different speeds and temperatures to find the effect of these factors on the product to find out the appropriate parameters print the product.

+ Print detailed patterns to assess the profile, tolerance. + Coordinate the color of the plastic rolls of the machine to find the color printing machine. - Reference data: + Set multi-color printing on the software + Design model and nozzle holder from the manufacturer + Reference from the 3D printer project of the previous senior and suggestions of friends who used to make printers + Common mistakes when printing products. Introduction to rapid prototyping technology [1] Rapid prototyping is a group of techniques used to quickly fabricate a scale model of a physical part or assembly using three-dimensional computer aided design (CAD) data.

Construction of the part or assembly is usually done using the 3D printing or "additive layer manufacturing" technology. RAP technology can be known as a kind of technology that can directly create one 3D object with very short time, usually only one operation with the support of 2 do an CAD software packages to create object models that serve as databases for RAP machines.

Nội dung được bảo vệ bản quyền — Tải xuống đầy đủ

Bài viết "Thiết kế và triển khai máy in 3D đa màu sắc tại HCMUTE" trình bày quy trình thiết kế và ứng dụng máy in 3D đa màu sắc, nhấn mạnh những lợi ích mà công nghệ này mang lại cho ngành công nghiệp chế tạo và thiết kế sản phẩm. Bài viết không chỉ cung cấp cái nhìn tổng quan về công nghệ in 3D mà còn chỉ ra cách mà nó có thể cải thiện hiệu suất sản xuất và tạo ra các sản phẩm có độ chính xác cao hơn. Độc giả sẽ tìm thấy thông tin hữu ích về cách thức triển khai máy in 3D, từ đó có thể áp dụng vào thực tiễn trong các dự án của mình.

Nếu bạn muốn tìm hiểu sâu hơn về các khía cạnh khác của công nghệ in 3D, hãy tham khảo bài viết "Luận văn thạc sĩ hcmute nghiên cứu ảnh hưởng thông số in 3d công nghệ fdm đến độ bền uốn của sản phẩm nhựa pla", nơi bạn sẽ khám phá ảnh hưởng của các thông số in đến độ bền của sản phẩm. Ngoài ra, bài viết "Hcmute nghiên cứu tính toán thiết kế chế tạo máy in 3d và ứng dụng tạo mẫu cho phương pháp đúc" sẽ giúp bạn hiểu rõ hơn về thiết kế máy in 3D và ứng dụng của nó trong sản xuất. Cuối cùng, bài viết "Hcmute nghiên cứu sản phẩm của máy in 3d với độ chính xác kích thước và bền kéo" sẽ cung cấp thông tin về độ chính xác và độ bền của sản phẩm in 3D, giúp bạn có cái nhìn toàn diện hơn về công nghệ này.