I. Giới thiệu về nghiên cứu độ bền kéo sản phẩm in 3D tại HCMUTE
Nghiên cứu này tập trung vào thử nghiệm độ bền kéo của sản phẩm in 3D từ bột nhựa tại HCMUTE (Trường Đại học Công nghệ - Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh). Đây là một lĩnh vực nghiên cứu quan trọng, bởi công nghệ in 3D ngày càng phát triển và được ứng dụng rộng rãi. Hiểu rõ độ bền kéo của vật liệu in 3D, đặc biệt là nhựa in 3D, là cần thiết để đánh giá tính khả thi và hiệu quả của các sản phẩm. Nghiên cứu này sẽ tập trung vào việc xác định các yếu tố ảnh hưởng đến độ bền kéo vật liệu in 3D, từ đó tối ưu hóa quá trình in để đạt được sản phẩm có độ bền cao nhất. Các phương pháp thử nghiệm độ bền chuẩn như ASTM và ISO được áp dụng. Mục tiêu chính là đánh giá tính chất cơ học của sản phẩm in 3D và đóng góp vào sự phát triển của nghiên cứu khoa học HCMUTE trong lĩnh vực này. Ứng dụng in 3D ngày càng đa dạng, nên việc nghiên cứu này có ý nghĩa thực tiễn cao.
1.1 Lựa chọn vật liệu và phương pháp in 3D
Nghiên cứu sử dụng bột nhựa như vật liệu in 3D. Loại bột nhựa cụ thể được chỉ rõ trong báo cáo. Công nghệ in 3D SLS (Selective Laser Sintering) được chọn làm phương pháp in. Sự lựa chọn này dựa trên khả năng tạo ra các sản phẩm có độ phức tạp cao và khả năng tái sử dụng vật liệu in 3D dư thừa. Quá trình in 3D tại HCMUTE được thực hiện trên máy in 3D cụ thể. Các thông số in ảnh hưởng đến độ bền kéo, bao gồm công suất laser, tốc độ dịch chuyển laser, bề dày vỏ mẫu, bề dày mỗi lớp in, và mật độ điền đầy, được điều chỉnh và kiểm soát chặt chẽ. Việc lựa chọn các thông số này dựa trên các nghiên cứu trước đây và kinh nghiệm thực tiễn. Quy trình in 3D được mô tả chi tiết, bao gồm khâu chuẩn bị vật liệu, thiết lập thông số in trên máy in 3D, và quá trình in. Thiết kế in 3D được tối ưu để đảm bảo độ chính xác và độ bền của mẫu thử. Phân tích yểu tố hữu hạn được sử dụng để mô phỏng quá trình in và dự đoán độ bền kéo.
1.2 Phương pháp thử nghiệm và thiết bị
Thử nghiệm độ bền kéo được tiến hành trên máy đo độ bền kéo vạn năng. Cụ thể là máy INSTRON 3369 được sử dụng. Các mẫu thử được chế tạo theo tiêu chuẩn ASTM D638. Phương pháp thử nghiệm tuân thủ các tiêu chuẩn quốc tế như ASTM và ISO. Dữ liệu được thu thập và xử lý bằng phần mềm chuyên dụng, chẳng hạn như Bluehill Lite. Thiết bị thử nghiệm được hiệu chuẩn định kỳ để đảm bảo độ chính xác của kết quả. Quá trình kiểm tra độ bền bao gồm việc chuẩn bị mẫu, gắn mẫu vào máy, tiến hành thử nghiệm, và thu thập dữ liệu. Phân tích dữ liệu bao gồm việc tính toán sức bền kéo, biến dạng, và hệ số đàn hồi. Báo cáo thử nghiệm bao gồm toàn bộ quá trình từ chuẩn bị đến phân tích kết quả, đáp ứng các yêu cầu về tiêu chuẩn thử nghiệm.
II. Kết quả và phân tích
Phần này trình bày kết quả thử nghiệm độ bền kéo của các mẫu in 3D. Kết quả được phân tích dựa trên các thông số in 3D khác nhau. Phân tích độ bền kéo tập trung vào ảnh hưởng của từng thông số in đến sức bền kéo, biến dạng, và hệ số đàn hồi của sản phẩm. So sánh độ bền kéo giữa các nhóm mẫu thử với các thông số in khác nhau được thực hiện. Ảnh hưởng của vật liệu đến độ bền kéo cũng được xem xét. Các biểu đồ và bảng được sử dụng để minh họa kết quả. Phân tích yểu tố hữu hạn hỗ trợ trong việc giải thích kết quả thử nghiệm.
2.1 Ảnh hưởng của các thông số in 3D đến độ bền kéo
Kết quả cho thấy công suất laser, bề dày vỏ mẫu, và mật độ điền đầy có ảnh hưởng tích cực đến độ bền kéo. Ngược lại, tốc độ dịch chuyển laser và bề dày mỗi lớp in có ảnh hưởng tiêu cực. Phân tích chi tiết từng yếu tố được trình bày, kèm theo các biểu đồ minh họa sự thay đổi độ bền kéo tương ứng với sự thay đổi của từng thông số. Mật độ in ảnh hưởng đáng kể đến độ bền kéo. Bề dày mỗi lớp in ảnh hưởng mạnh nhất đến độ bền kéo. Các kết quả này được hỗ trợ bởi phân tích thống kê, chẳng hạn như phương pháp ANOVA, để xác định mức độ ảnh hưởng của từng yếu tố. Mô phỏng độ bền kéo bằng phần mềm chuyên dụng được sử dụng để bổ sung cho kết quả thử nghiệm.
2.2 Tối ưu hóa quá trình in 3D
Dựa trên kết quả phân tích độ bền kéo, nghiên cứu đề xuất các thông số in tối ưu để đạt được độ bền kéo cao nhất. Phương pháp Taguchi và phương pháp mạng nơron được sử dụng để tối ưu hóa các thông số. Kết quả tối ưu hóa được trình bày chi tiết. Kết quả thử nghiệm với các thông số tối ưu được so sánh với kết quả ban đầu. So sánh kết quả giữa các phương pháp tối ưu hóa được thực hiện. Độ tin cậy của các phương pháp tối ưu hóa được đánh giá. Kết luận về các thông số in tối ưu và ứng dụng thực tiễn của kết quả nghiên cứu được nêu rõ.
III. Kết luận và đề xuất
Nghiên cứu đã thành công trong việc xác định các yếu tố ảnh hưởng đến độ bền kéo của sản phẩm in 3D từ bột nhựa. Các thông số in tối ưu đã được xác định. Kết quả nghiên cứu có giá trị thực tiễn cao trong việc sản xuất các sản phẩm in 3D có độ bền cao. Nghiên cứu đóng góp vào sự phát triển của nghiên cứu khoa học HCMUTE và ứng dụng in 3D tại Việt Nam. Các đề xuất cho nghiên cứu tiếp theo được đưa ra.
