Đồ án thiết kế và thi công máy in 3D tại HCMUTE

• Tác giả: Nguyễn Phƣơng
• Người hướng dẫn: Th.S Phan Vân Hoàn
• Trường học: Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP. Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Công Nghệ Kỹ Thuật Điện Tử - Truyền Thông
• Đề tài: Nghiên Cứu Và Thi Công Máy In, Scan 3D
• Loại tài liệu: đồ án tốt nghiệp
• Năm xuất bản: 2016
• Địa điểm: TP. Hồ Chí Minh

• PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN
• PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN
• LỜI CẢM ƠN
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
• 1.1. Giới thiệu tình hình nghiên cứu hiện nay
• 1.2. Tính cấp thiết của đề tài
• 1.3. Mục tiêu nghiên cứu
• 1.4. Nhiệm vụ nghiên cứu
• 1.5. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
• 1.6. Phương pháp nghiên cứu
• 1.7. Bố cục của Đồ án
• 2. CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
• 2.1. Các dạng máy in 3D trên thị trường
• 2.1.1. Cartesian
• 2.1.2. Delta
• 2.1.3. Polar
• 2.1.4. SCARA (Selective Compliance Assembly Robotic Arm)
• 2.2. Một số công nghệ in 3D thương mại
• 2.2.1. Fused Deposition Modeling (FDM)
• 2.2.2. Selective Laser Sintering (SLS)
• 2.2.3. Stereolithography (SLA)
• 2.2.4. Polyjet
• 2.3. Các linh kiện của máy in 3D
• 2.3.1. Arduino Mega 2560 R3
• 2.3.2. Động cơ bước
• 3. CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ VÀ XÂY DỰNG HỆ THỐNG
• 3.1. Sơ đồ khối hệ thống
• 3.1.1. Yêu cầu của hệ thống
• 3.1.2. Sơ đồ và chức năng mỗi khối
• 3.2. Hoạt động của hệ thống
• 3.2.1. Hoạt động của máy in 3D
• 3.2.2. Hoạt động của máy scan 3D
• 3.3. Thiết kế, tính toán hệ thống
• 3.3.1. Khối xử lý trung tâm
• 3.3.2. Khối chấp hành
• 3.4. Kết nối hệ thống
• 3.5. Thiết lập Firmware Marlin
• 3.5.1. Tốc độ truyền dữ liệu
• 3.5.2. Board điều khiển
• 3.5.3. Số đầu đùn
• 3.5.4. Cảm biến nhiệt độ
• 3.5.6. Kiểm tra ổn định nhiệt độ đầu đùn
• 3.5.7. Thiết lập PID cho đầu nung
• 3.5.8. Nhiệt độ tối thiểu trước khi di chuyển đầu đùn
• 3.5.9. Kiểm tra sự cố cảm biến nhiệt độ
• 3.5.10. Tín hiệu kích hoạt Endstop
• 3.5.11. Kích thước in (mm)
• 3.5.12. Đảo hướng các trục tọa độ
• 3.5.13. Vị trí Home
• 3.5.14. Số trục máy in
• 3.5.15. Số bước động cơ trên mỗi trục
• 3.7. Thiết lập Repetier Host
• 3.7.1. Layers and perimeters
• 3.7.2. Skirt and brim
• 4. CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ VÀ NHẬN XÉT
• 4.1. Máy in và máy scan 3D thực tế
• 4.2. Sản phẩm in 3D
• 4.3. Kết quả scan 3D
• 4.4. Nhận xét kết quả
• 4.5. Một số lỗi khi in 3D và cách khắc phục
• 4.5.1. Tách lớp khỏi bản in
• 4.5.3. Lớp in không thẳng hàng
• 4.5.4. Lớp nhựa trên cùng bị hở
• 5. CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN
• 5.2. Hướng phát triển
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

I. Thiết kế máy in 3D tại HCMUTE

Phần này tập trung vào khía cạnh thiết kế máy in 3D tại trường HCMUTE. Đồ án tốt nghiệp “Nghiên cứu và thi công máy in, scan 3D” đã sử dụng công nghệ in 3D FDM (Fused Deposition Modeling), loại máy Cartesian, điều khiển bởi Arduino Mega cùng với board mở rộng RAMPS 1.4. Thiết kế tập trung vào việc tối ưu hóa các thông số để đạt được độ chính xác cao trong quá trình in. Các yếu tố quan trọng được xem xét bao gồm: lựa chọn vật liệu in (nhựa PLA, ABS), thiết kế hệ thống truyền động, và quản lý nhiệt độ đầu phun. Việc lựa chọn phần mềm thiết kế máy in 3D cũng ảnh hưởng đến hiệu quả của quá trình thiết kế. Thiết kế và chế tạo máy in 3D đòi hỏi sự hiểu biết sâu rộng về kỹ thuật điện tử, cơ khí và lập trình. Mô hình máy in 3D hoàn chỉnh được xây dựng dựa trên nguyên lý hoạt động đã được nghiên cứu kỹ lưỡng. Các hình ảnh, bản vẽ kỹ thuật và mô tả chi tiết về quá trình thiết kế sẽ được trình bày trong phần tiếp theo.

1.1 Lựa chọn linh kiện và vật liệu

Việc lựa chọn linh kiện máy in 3D phù hợp là rất quan trọng. Đồ án sử dụng Board Arduino Mega 2560, Board Arduino Nano, và Board mở rộng RAMPS 1.4 làm nền tảng điều khiển. Các linh kiện điện tử khác bao gồm driver động cơ bước, cảm biến nhiệt độ, và các thành phần điện khác. Về linh kiện cơ khí, đồ án sử dụng các loại động cơ bước, vít me, thanh trượt, và các vật liệu cơ khí khác. Vật liệu in 3D sử dụng là nhựa PLA và ABS, được chọn dựa trên tính chất vật lý, khả năng in ấn, và chi phí. Quá trình chọn lựa các linh kiện và vật liệu dựa trên các yếu tố như tính khả dụng, giá thành, độ tin cậy, và hiệu suất. Thông số kỹ thuật của từng linh kiện được ghi nhận đầy đủ để đảm bảo tính chính xác và khả năng tái tạo. Việc lựa chọn phần cứng máy in 3D phù hợp là nền tảng cho một máy in 3D hoạt động hiệu quả. Giải pháp về phần cứng được tối ưu hóa để giảm chi phí và đảm bảo chất lượng.

1.2 Quá trình thiết kế và mô phỏng

Sau khi lựa chọn linh kiện máy in 3D, quá trình thiết kế bắt đầu. Sơ đồ khối hệ thống được thiết kế chi tiết, bao gồm các mô-đun chính như hệ thống điều khiển, hệ thống truyền động, và hệ thống làm nóng. Phần mềm thiết kế máy in 3D chuyên dụng được sử dụng để tạo ra các bản vẽ kỹ thuật 3D. Quá trình mô phỏng được thực hiện để kiểm tra hiệu quả hoạt động của thiết kế, đảm bảo tính chính xác và khả năng vận hành ổn định. Các thông số thiết kế, như kích thước khung máy, bước chuyển động của động cơ, và nhiệt độ đầu phun, được tính toán kỹ lưỡng. Mô hình 3D của máy in được xây dựng và kiểm tra kỹ lưỡng trước khi chế tạo. Việc thiết kế và mô phỏng giúp giảm thiểu rủi ro trong quá trình chế tạo thực tế và tiết kiệm thời gian, chi phí. Quá trình thiết kế được thực hiện theo một quy trình bài bản, đảm bảo tính hệ thống và chuyên nghiệp.

II. Thi công máy in 3D tại HCMUTE

Phần này tập trung vào quá trình thi công máy in 3D dựa trên thiết kế đã hoàn thiện. Quá trình thi công máy in 3D bao gồm việc lắp ráp các linh kiện điện tử và cơ khí, kết nối các thành phần, và cài đặt phần mềm điều khiển. Sự chính xác trong quá trình lắp ráp là rất quan trọng để đảm bảo hoạt động ổn định của máy. Việc hiệu chỉnh các thông số, như tốc độ in, nhiệt độ đầu phun, và chiều cao lớp in, được thực hiện để tối ưu hóa chất lượng sản phẩm. Vận hành máy in 3D đòi hỏi sự cẩn thận và kỹ thuật. Quá trình này được thực hiện theo các bước cụ thể, được mô tả chi tiết trong đồ án tốt nghiệp. Bảo trì máy in 3D được đề cập đến để đảm bảo máy hoạt động hiệu quả lâu dài. Sửa chữa máy in 3D được đề cập đến trong trường hợp xảy ra sự cố.

2.1 Lắp ráp và hiệu chỉnh

Sau khi thiết kế hoàn thiện, thi công máy in 3D bắt đầu. Quá trình lắp ráp các thành phần điện tử và cơ khí được thực hiện theo trình tự, đảm bảo độ chính xác cao. Việc kết nối các thành phần được kiểm tra kỹ lưỡng để tránh các lỗi liên kết. Sau khi lắp ráp, hiệu chỉnh máy in 3D là bước quan trọng để đảm bảo hoạt động ổn định. Các thông số như tốc độ in, nhiệt độ đầu phun, và chiều cao lớp in được điều chỉnh để đạt được chất lượng in tốt nhất. Việc hiệu chỉnh liên quan đến việc tinh chỉnh các tham số trong phần mềm điều khiển. Quá trình hiệu chỉnh cần sự kiên nhẫn và kinh nghiệm. Hiệu chỉnh các thông số giúp tối ưu hóa quá trình in, đảm bảo chất lượng sản phẩm và hiệu suất hoạt động của máy. Quá trình hiệu chỉnh được thực hiện một cách hệ thống và bài bản.

2.2 Kiểm thử và ứng dụng

Sau khi hoàn tất quá trình lắp ráp và hiệu chỉnh, kiểm thử máy in 3D được tiến hành. Các bài kiểm thử bao gồm in thử nghiệm các mẫu vật đơn giản và phức tạp để đánh giá chất lượng in. Độ chính xác, độ bền, và độ mịn của sản phẩm in được đánh giá. Ứng dụng máy in 3D được đề cập đến, cho thấy khả năng ứng dụng của máy in 3D trong các lĩnh vực khác nhau. In 3D công nghiệp HCMUTE có thể là một hướng phát triển trong tương lai. Nghiên cứu in 3D tại HCMUTE có thể mở rộng ra các lĩnh vực khác như y tế, giáo dục, và thiết kế. Ứng dụng máy in 3D phụ thuộc vào khả năng và giới hạn của máy. Các ứng dụng của máy in 3D cần được nghiên cứu và phát triển.

III. Nghiên cứu và ứng dụng máy in 3D tại HCMUTE

Phần này đề cập đến nghiên cứu in 3D tại HCMUTE, bao gồm việc nghiên cứu các công nghệ in 3D tiên tiến, phát triển các ứng dụng mới, và đào tạo nhân lực. Đào tạo in 3D HCMUTE có thể đóng góp vào sự phát triển của công nghệ in 3D trong nước. Khóa học in 3D HCMUTE có thể được thiết kế để đáp ứng nhu cầu của xã hội. Nghiên cứu khoa học máy in 3D HCMUTE nên tập trung vào các vấn đề cụ thể, như vật liệu in 3D mới, kỹ thuật in 3D tiên tiến, và các ứng dụng mới. Bài tập lớn máy in 3D HCMUTE có thể được sử dụng để đánh giá kỹ năng của sinh viên. Luận văn máy in 3D HCMUTE có thể tập trung vào các vấn đề nghiên cứu cụ thể. Tuyển dụng HCMUTE in 3D có thể thu hút các chuyên gia trong lĩnh vực này.

3.1 Nghiên cứu và phát triển

Nghiên cứu in 3D tại HCMUTE tập trung vào việc phát triển các công nghệ in 3D tiên tiến hơn. Đây bao gồm việc nghiên cứu các vật liệu in 3D mới, phát triển các phương pháp in 3D hiệu quả hơn, và mở rộng các ứng dụng của công nghệ in 3D. Công nghệ in 3D HCMUTE có thể hướng tới việc tạo ra các máy in 3D có độ chính xác cao hơn, tốc độ in nhanh hơn, và khả năng in các vật liệu đa dạng hơn. Việc nghiên cứu in 3D cần sự hợp tác giữa các nhà nghiên cứu, các trường đại học, và các doanh nghiệp. 3D printing technology HCMUTE cần được phát triển để đáp ứng các nhu cầu của xã hội. 3D printer manufacturing HCMUTE có thể là một mục tiêu trong tương lai.

3.2 Ứng dụng và đào tạo

Ứng dụng in 3D rất đa dạng, bao gồm trong các lĩnh vực như y tế, giáo dục, công nghiệp, và thiết kế. HCMUTE có thể đóng góp vào việc thúc đẩy ứng dụng in 3D trong các lĩnh vực này. Việc đào tạo in 3D cho sinh viên là rất quan trọng. Đào tạo in 3D HCMUTE nên tập trung vào cả lý thuyết và thực hành. Sinh viên cần được trang bị kiến thức về các công nghệ in 3D, phần mềm thiết kế, và các kỹ thuật in 3D. Việc hợp tác giữa HCMUTE và các doanh nghiệp sẽ giúp sinh viên có cơ hội thực tập và làm việc trong lĩnh vực này. 3D printer design HCMUTE có thể được đưa vào chương trình đào tạo của trường.