Chương 1: Giới thiệu. Trình bày tổng quan về tình hình nghiên cứu thiết bị in 3D kim loại bằng phương pháp hàn trong và ngoài nước. Chương 2: Tổng quan. 2 Tổng quan về công nghệ in 3D kim loại và tình hình nghiên cứu ở trong và ngoài nước.
Chương 3: Cơ sở lý thuyết. Trình bày cơ sở lý thuyết về các phương pháp đánh giá kết quả Chương 4: Mô hình thực nghiệm và quy trình tạo mẫu Trình bày các thiết bị hỗ trợ cho quá trình thực nghiệm và quy trình tạo mẫu. Chương 5: Kiểm tra và đánh giá kết quả. Trình bày quá trình thực nghiệm và đánh giá kết quả thực nghiệm.
Chương 6: Kết luận. Tài liệu tham khảo 3 CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN 2. Công nghệ in 3D a. Khái niệm in 3D In 3D là quá trình ứng dụng các thiết bị được hỗ trợ của máy tính (CAD) để tạo ra các vật thể ba chiều bằng phương pháp phân lớp.
Đây còn được gọi là quá trình phụ gia. Những máy in 3D thường sử dụng các loại vật liệu khác nhau như nhựa, kim loại hoặc vật liệu sinh học. Chúng có khả năng tạo ra các mô hình có kích thước, màu sắc, độ cứng,… vô cùng đa dạng [1]. Trong quá trình in 3D, những đối tượng vật lý được tạo ra từ các thiết kế kỹ thuật số.
Hình thể được tạo ra chính là sự kết hợp giữa các vật liệu mỏng đã được in ra trước đó. Công nghệ in 3D phần lớn được sử dụng trong các lĩnh vực sản xuất, chế tạo như: sản xuất ô tô, thiết bị trợ thính, hàng không,… b. Khái niệm công nghệ in 3D Công nghệ in 3D còn có tên gọi là công nghệ chế tác cộng (Additive Manufacturing – AM) là công nghệ làm ra các sản phẩm bằng cách lần lượt tạo ra các lớp vật liệu xếp chồng lên nhau (in 3D) theo các quy trình được điều khiển tự động bằng máy tính. [4] Cách gọi trên làm nổi bật đặc điểm khác biệt với cách chế tác kiểu trừ (Substractive Manufacturing – SM) là cách chế tác kinh điển phổ biến đã có từ xưa.
Đó là, từ cách đục, đẽo đá thành công cụ sản xuất của người cổ xưa đến các cách cưa, cắt, bào, mài, khoan,… để làm ra vật dụng, máy móc của con người đều là cách làm từ khối vật liệu to lấy bớt đi (trừ) để thành sản phẩm có kích thước, hình dáng thích hợp. [4] Công nghệ in 3D có nhiều ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau, bao gồm công nghiệp sản xuất, y tế, giáo dục, nghệ thuật và thiết kế. Các ứng dụng cụ thể bao gồm việc tạo ra mô hình prototype, sản xuất linh kiện máy móc, tạo ra mô hình y tế cho mục đích giáo dục hoặc nghiên cứu, và sản xuất các sản phẩm tùy chỉnh hoặc độc đáo. Các giai đoạn lịch sử của công nghệ in 3D - 1984, Charles Hull là người đầu tiên phát minh ra Stereolithography, một phương pháp đột phá tạo ra một đối tượng 3D hữu hình từ những dữ liệu kỹ thuật số.
- 1986, Charles Hull thành lập công ty 3D System và phát triển máy in 3D thương mại đầu tiên được gọi là Stereolithography Apparatus (SLA). - 1987, 3D System phát triển dòng sản phẩm SLA-250, đây là phiên bản máy in 3D đầu tiên được giới thiệu ra công chúng. - 1988, Scott Crump phát minh ra công nghệ Fused Deposition Modeling (FDM). 4 - 1991, Helisys bán chiếc máy đầu tiên dùng công nghệ Laminated Object Manufacturing (LOM).
giới thiệu dòng máy Spectrum Z510. Đây là dòng máy in 3D đầu tiên tạo ra những sản phẩm có nhiều màu sắc chất lượng cao. - 2006, Dự án máy in 3D mã nguồn mở được khởi động – Reprap – mục đích có thể tạo ra những máy in 3D có thể sao chép chính bản thân nó. - 2008, Phiên bản đầu tiên của Reprap được phát hành.
Nó có thể sản xuất được 50% các bộ phận của chính mình. Objet Geometries Ltd đã tạo ra cuộc cách mạng trong ngành tạo mẫu nhanh khi giới thiệu Connex500™. Đây là chiếc máy đầu tiên trên thế giới có thể tạo ra sản phẩm 3D với nhiều loại vật liệu khác nhau trong cùng 1 thời điểm. Nguyên lí và quá trình in 3D a.
Nguyên lí Dựa trên nguyên lý một vật thể ba chiều có thể được tạo thành bởi sự kết hợp của nhiều khối lớp mỏng lại với nhau, công nghệ sản xuất bồi đắp hay in 3D được ra đời. Việc tạo ra các khối hình có độ dày cực kỳ nhỏ, gần như giống các khối hình phẳng dạng 2D sẽ dễ dàng hơn nhiều việc kết hợp vật liệu để tạo hình 3D ngay từ đầu, đặc biệt là các vật thể có độ phức tạp cao mà gia công định hình không thể làm được. Quá trình in 3D Tạo mô hình 3D: Bước đầu tiên là tạo ra một mô hình 3D của đối tượng cần in. Mô hình này có thể được tạo ra bằng cách sử dụng phần mềm thiết kế 3D hoặc bằng cách quét một đối tượng thực tế bằng máy quét 3D.
Chuẩn bị mô hình cho in 3D: Mô hình 3D sau đó được chuyển đổi thành một loạt các lớp hoặc lớp cắt (slices) của đối tượng, mỗi lớp có độ dày nhất định. Quá trình này thường được gọi là slicing. Các phần mềm slicing định dạng mô hình 3D vào các lớp cắt và tạo ra một tập tin gcode, mà là một hướng dẫn cho máy in 3D về cách in từng lớp. In 3D: Máy in 3D sau đó sử dụng vật liệu như nhựa PLA, ABS, nhựa nhiệt, kim loại, gỗ hoặc thậm chí tế bào sinh học như mô làm từ tế bào trong y học, để in từng lớp của đối tượng.
Mỗi lớp được in ra theo hướng dẫn từ tập tin gcode, với vật liệu được đặt và kết đặt để tạo ra hình dạng cuối cùng của đối tượng. Hoàn thiện và kết thúc: Sau khi in xong, đối tượng 3D có thể cần một số bước hoàn thiện như làm sạch bụi bẩn hoặc hỗn hợp, tẩy rửa vật liệu dư thừa hoặc sơn phủ. Đối tượng in 3D sau đó được lấy ra và kiểm tra để đảm bảo chất lượng và độ chính xác. 5 Sử dụng đối tượng in 3D: Cuối cùng, đối tượng in 3D có thể được sử dụng cho mục đích mong muốn, bao gồm việc hiển thị, sử dụng trong sản xuất, nghiên cứu, giáo dục hoặc bất kỳ ứng dụng nào phù hợp khác.
Các phương pháp in 3D phổ biến nhất hiện nay a. Công nghệ in 3D SLA Phương pháp in 3D SLA (viết tắt Stereolithography) là công nghệ tạo hình 3D từ chất nhựa polyme nhạy nhiệt ở dạng lỏng sang thành sản phẩm thực tế dựa trên mô hình thiết kế mong muốn. [4] Dưới đây là quá trình cơ bản của công nghệ in 3D SLA: Chuẩn bị mô hình 3D: Bắt đầu bằng việc tạo ra hoặc lấy một mô hình 3D của đối tượng cần in, thông qua phần mềm thiết kế 3D hoặc quét 3D. Chuẩn bị máy in 3D SLA: Máy in 3D SLA bao gồm một bể chứa vật liệu polymer dẻo cùng một bàn in di động.
Bề mặt của bàn in được phủ một lớp chất xoa đặc biệt để vật liệu in không dính vào bề mặt. In 3D: Một lớp mỏng của vật liệu polymer dẻo được phân phối đều lên bề mặt của bàn in. Một laser UV sau đó được sử dụng để chuyển hóa vật liệu polymer dẻo từ trạng thái lỏng sang rắn, tạo ra một lớp của đối tượng 3D. Bàn in sau đó di chuyển xuống một khoảng cách nhất định và quá trình này được lặp lại cho đến khi toàn bộ đối tượng được in hoàn chỉnh.
Kiểm tra và hoàn thiện: Sau khi in hoàn thành, đối tượng in 3D được rút ra khỏi bể chứa và được kiểm tra để đảm bảo chất lượng và độ chính xác. Đối tượng sau đó có thể cần một số bước hoàn thiện như làm sạch bụi bẩn, tẩy rửa vật liệu dư thừa và hoàn thiện bề mặt. Sử dụng đối tượng in 3D: Cuối cùng, đối tượng in 3D được sử dụng cho mục đích mong muốn, bao gồm hiển thị, sử dụng trong sản xuất, nghiên cứu, giáo dục hoặc bất kỳ ứng dụng nào phù hợp khác.1: Công nghệ in 3D SLA ứng dụng tạo mẫu trong đa lĩnh vực khác nhau [4] b. Công nghệ in 3D FDM Công nghệ in 3D FDM (hay có tên gọi khác phương pháp in 3D FFF) là quy trình tạo hình sản phẩm từ nhựa chuyên dụng dạng sợi, chẳng hạn như ABS, PLA, TPU và các loại sợi nhựa khác.
Điểm nổi bật nhất của của công nghệ này đó nó không chỉ có thể in ra 3D các mô hình mẫu mà còn tạo được các sản phẩm hoàn thiện cuối cùng có thể sử dụng được. [4] Dưới đây là quy trình cơ bản của công nghệ in 3D FDM: Chuẩn bị mô hình 3D: Bắt đầu bằng việc tạo ra hoặc lấy một mô hình 3D của đối tượng cần in, thông qua phần mềm thiết kế 3D hoặc quét 3D. Chuẩn bị máy in 3D FDM: Máy in 3D FDM bao gồm một đầu in nơi vật liệu nhựa thermoplastic được nung chảy và phun ra dưới dạng lớp lớp. In 3D: Vật liệu nhựa thermoplastic được đưa vào đầu in, nơi nó được nung chảy thành chất lỏng.
Đầu in sau đó di chuyển trên bề mặt của bàn in, phun ra lớp lớp của chất lỏng nhựa nóng để tạo ra đối tượng 3D. Máy in 3D sẽ tuân theo hình dạng của mô hình 3D được chỉ định từ tệp thiết kế. Đóng rắn và làm mát: Ngay khi lớp nhựa mới được phun ra, nó sẽ làm lạnh và đóng rắn, tạo ra lớp cố định của đối tượng 3D. Quá trình này lặp lại cho đến khi toàn bộ đối tượng được in hoàn chỉnh.
Kiểm tra và hoàn thiện: Sau khi in hoàn thành, đối tượng 3D được kiểm tra để đảm bảo chất lượng và độ chính xác. Nếu cần, đối tượng có thể được hoàn thiện bằng cách loại bỏ các mảnh nhựa dư thừa hoặc làm mịn bề mặt. 7 Sử dụng đối tượng in 3D: Cuối cùng, đối tượng in 3D có thể được sử dụng cho mục đích mong muốn, bao gồm hiển thị, sử dụng trong sản xuất, nghiên cứu, giáo dục hoặc bất kỳ ứng dụng nào phù hợp khác.2: Các thiết bị được làm bằng công nghệ in 3D FDM [4] c. Công nghệ in 3D SLS Phương pháp in 3D SLS (Selective Laser Sintering) hay còn gọi là thiêu kết laser chọn lọc, là công nghệ sử dụng tia laser công suất cao để hợp nhất các hạt bột polymer tạo hình sản phẩm.
Điểm đặc biệt của kỹ thuật in này là mẫu được in không cần chống đỡ hỗ trợ bởi vì phần bột không tham gia vào tạo hình sản phẩm sẽ đóng vai trò nâng đỡ và phần bột còn sót lại sẽ được thu hồi sau khi in.