Nghiên cứu tối ưu hóa độ chính xác mẫu trong công nghệ chế tạo 3D

Nghiên cứu tối ưu hóa ảnh hưởng công nghệ đến độ chính xác mẫu trong chế tạo mẫu nhanh bằng máy in 3D. Tìm hiểu và ứng dụng hiệu quả.

• Tác giả: Nguyễn Đỗ Quốc Trung
• Người hướng dẫn: TS. Nguyễn Công Nguyên
• Trường học: Trường Đại Học Thủy Lợi
• Chuyên ngành: Kỹ thuật Cơ khí
• Đề tài: Tối Ưu Hóa Độ Chính Xác Mẫu Trong Chế Tạo 3D: Ảnh Hưởng Của Công Nghệ
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2019
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• LỜI CẢM ƠN
• MỤC LỤC
• DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH
• DANH MỤC BẢNG BIỂU
• DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
• MỞ ĐẦU
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ TẠO MẪU NHANH BẰNG PHƯƠNG PHÁP IN 3D
• 1.1. Lịch sử và ứng dụng của công nghệ tạo mẫu nhanh bằng phương pháp in 3D
• 1.2. Ứng dụng của công nghệ in 3D trong cuộc sống
• 1.3. Nguyên lý hoạt động và cấu tạo máy in 3D
• 1.4. Phân loại công nghệ in 3D
• 1.5. Sơ lược cấu tạo cơ bản của một máy in 3D
• 1.6. Vật liệu tạo mẫu in
• 2. CHƯƠNG 2: PHÂN TÍCH, LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN TỐI ƯU HÓA CÁC THÔNG SỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN ĐỘ CHÍNH XÁC TRONG IN 3D
• 2.1. Phân tích, so sánh các loại kết cấu máy in theo công nghệ FDM
• 2.1.1. Cartesian
• 2.1.2. Delta
• 2.2. So sánh ưu nhược điểm các dòng máy in bằng phương pháp FDM
• 2.3. Giới thiệu tổng quan về máy in 3D Prusa i3
• 2.3.1. Lịch sử về máy in 3D Prusa i3
• 2.3.2. Cấu tạo cơ bản của máy in 3D Prusa
• 2.4. Các yếu tố ảnh hưởng đến độ chính xác của máy in 3D Prusa
• 2.5. Lựa chọn phương pháp nghiên cứu nâng cao độ chính xác trên máy in 3D Prusa
• 3. CHƯƠNG 3: PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH KẾT QUẢ CỦA CÁC MẪU IN TRÊN MÁY IN 3D PRUSA
• 3.1. Phương pháp thí nghiệm
• 3.2. Phương pháp đo kiểm tra mẫu in
• 3.3. Phương pháp tính giá trị sai số và trị bù cho mẫu in
• 4. CHƯƠNG 4: THỰC NGHIỆM CÁC MẪU IN TRÊN MÁY IN 3D PRUSA
• 4.1. Số lượng thực nghiệm
• 4.2. Phần mềm thực nghiệm
• 4.2.1. Giới thiệu tổng quan về phần mềm in Ultimaker Cura
• 4.2.2. Nguyên lý hoạt động của phần mềm Cura
• 4.2.3. Trình tự thực hiện in 3D trên phần mềm Cura
• 4.3. Thiết kế thực nghiệm
• 4.3.1. Các bước thực nghiệm kích thước từ 1-10 mm theo trục Z
• 4.3.2. Các bước thực nghiệm kích thước từ 10-50 mm theo trục Z
• 4.3.3. Các bước thực nghiệm kích thước từ 50-150 mm theo trục Z
• 4.3.4. Các bước thực nghiệm kích thước từ 150-250 mm theo trục Z
• 4.4. Kết luận phương pháp thực nghiệm trên máy in 3D Prusa
• 4.5. Hạn chế của luận văn
• 4.6. Hướng phát triển
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng quan về công nghệ tạo mẫu nhanh bằng phương pháp in 3D

Công nghệ tạo mẫu nhanh (RP) đã xuất hiện từ những năm 80 và đã trở thành một phần không thể thiếu trong sản xuất hiện đại. Công nghệ 3D cho phép chế tạo mô hình vật lý từ dữ liệu CAD, giúp giảm thời gian và chi phí sản xuất. Tuy nhiên, một trong những thách thức lớn nhất mà công nghệ này phải đối mặt là độ chính xác mẫu. Để cải thiện độ chính xác trong quy trình in 3D, việc tối ưu hóa các thông số công nghệ là rất cần thiết. Theo các nghiên cứu, việc hiểu rõ về quy trình chế tạo và các yếu tố ảnh hưởng đến nó sẽ giúp các nhà sản xuất nâng cao chất lượng sản phẩm. "Công nghệ sản xuất đắp dần là một quá trình sử dụng các nguyên liệu để chế tạo nên mô hình 3D, thường là chồng từng lớp nguyên liệu lên nhau". Điều này cho thấy tầm quan trọng của việc tối ưu hóa công nghệ in 3D trong sản xuất.

1.1 Lịch sử và ứng dụng của công nghệ in 3D

Công nghệ in 3D đã trải qua nhiều giai đoạn phát triển, từ những ngày đầu với công nghệ Stereolithography đến sự phát triển mạnh mẽ của các phương pháp như FDM và SLS. Ứng dụng công nghệ in 3D hiện nay rất đa dạng, từ sản xuất đồ dùng hàng ngày đến các ứng dụng trong y học, xây dựng và hàng không. Ví dụ, tại triển lãm hàng không Berlin, máy bay drone được sản xuất bằng công nghệ in 3D đã thu hút sự chú ý của nhiều người. Việc sử dụng in 3D trong xây dựng không chỉ giúp tiết kiệm thời gian mà còn giảm thiểu chất thải. "Công nghệ in 3D trong xây dựng có thể tạo ra các thành phần xây dựng hoặc in toàn bộ tòa nhà".

II. Phân tích và lựa chọn phương án tối ưu hóa độ chính xác trong in 3D

Để nâng cao độ chính xác mẫu, việc phân tích các thông số ảnh hưởng đến quá trình in 3D là điều cần thiết. Kỹ thuật chế tạo có thể được cải thiện thông qua việc lựa chọn đúng loại máy in và nguyên liệu. Việc so sánh các loại máy in theo công nghệ FDM giúp xác định ưu nhược điểm của từng loại. Chẳng hạn, máy in 3D Prusa i3 đã được chứng minh là một trong những lựa chọn tốt nhất cho việc chế tạo mẫu với độ chính xác cao. "Lựa chọn phương pháp nghiên cứu nâng cao độ chính xác trên máy in 3D Prusa 3i là rất quan trọng". Điều này không chỉ giúp cải thiện chất lượng sản phẩm mà còn giảm thiểu thời gian sản xuất.

2.1 Phân tích các yếu tố ảnh hưởng đến độ chính xác

Các yếu tố như nhiệt độ, tốc độ in và chất liệu in đều có ảnh hưởng lớn đến độ chính xác trong sản xuất. Việc tối ưu hóa các thông số này sẽ giúp giảm thiểu sai số trong quá trình in. "Để đạt được độ chính xác cao, cần phải điều chỉnh các thông số kỹ thuật một cách hợp lý". Ngoài ra, việc sử dụng phần mềm hỗ trợ như Ultimaker Cura cũng góp phần quan trọng trong việc tối ưu hóa quy trình in 3D, giúp người dùng dễ dàng điều chỉnh các thông số để đạt được kết quả tốt nhất.

III. Thực nghiệm và đánh giá kết quả

Quá trình thực nghiệm được tiến hành trên máy in 3D Prusa i3 với nhiều kích thước mẫu khác nhau. Việc thu thập dữ liệu từ các mẫu in giúp đánh giá chính xác hơn về hiệu suất chế tạo. Các kết quả cho thấy rằng việc điều chỉnh các thông số như chiều cao lớp in và tốc độ in có tác động lớn đến độ chính xác của sản phẩm cuối cùng. "Kết quả thực nghiệm cho thấy rằng việc điều chỉnh thông số kỹ thuật có thể cải thiện đáng kể độ chính xác của mẫu in". Điều này khẳng định rằng việc tối ưu hóa quy trình in 3D là một yếu tố then chốt để nâng cao chất lượng sản phẩm.

3.1 Kết quả thực nghiệm và phân tích

Các mẫu in từ kích thước 1-10 mm, 10-50 mm và 50-150 mm đều được phân tích để tìm ra sai số và hiệu suất in. Kết quả cho thấy rằng kích thước càng lớn, sai số càng cao nếu không có sự điều chỉnh hợp lý. "Phân tích sai số cho thấy rằng việc cải thiện độ chính xác cần phải được thực hiện ngay từ giai đoạn thiết kế mẫu". Điều này nhấn mạnh tầm quan trọng của việc tối ưu hóa trong từng giai đoạn của quy trình sản xuất.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Công nghệ tạo mẫu nhanh (Rapid Prototyping - RP) bằng phương pháp in 3D đã trở thành một xu hướng quan trọng trong ngành kỹ thuật cơ khí và sản xuất hiện đại. Theo báo cáo ngành, thị trường công nghệ in 3D toàn cầu đạt khoảng 3,1 tỷ USD năm 2013 và dự kiến tăng trưởng trung bình 32% mỗi năm, đạt 21 tỷ USD vào năm 2020. Tuy nhiên, một trong những hạn chế lớn của công nghệ RP là độ chính xác của mẫu in chưa cao, đặc biệt khi so sánh với các phương pháp truyền thống như CAD/CAM/CNC. Độ chính xác thấp ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng sản phẩm và hiệu quả ứng dụng trong thực tế.

Luận văn tập trung nghiên cứu và tối ưu hóa ảnh hưởng của một số yếu tố công nghệ đến độ chính xác của mẫu trong công nghệ tạo mẫu nhanh trên máy in 3D Prusa i3, sử dụng phương pháp FDM (Fused Deposition Modelling) với vật liệu PLA (Polylactic Acid). Phạm vi nghiên cứu bao gồm các kích thước mẫu in từ 1 mm đến 250 mm theo trục Z, thực hiện tại Trường Đại học Thủy Lợi, Hà Nội, năm 2019. Mục tiêu chính là xây dựng phương trình bù sai số nhằm nâng cao độ chính xác kích thước mẫu in, góp phần cải thiện chất lượng sản phẩm và mở rộng ứng dụng công nghệ in 3D trong sản xuất.

Nghiên cứu có ý nghĩa quan trọng trong việc phát triển công nghệ in 3D tại Việt Nam, giúp giảm thiểu sai số kích thước, tiết kiệm chi phí và thời gian sản xuất, đồng thời nâng cao năng lực cạnh tranh của các doanh nghiệp trong lĩnh vực kỹ thuật cơ khí và sản xuất mẫu nhanh.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên các lý thuyết và mô hình nghiên cứu sau:

• Công nghệ tạo mẫu nhanh (Rapid Prototyping - RP): Là quá trình tạo ra mô hình vật lý 3D từ dữ liệu thiết kế CAD bằng cách đắp từng lớp vật liệu. RP giúp rút ngắn chu kỳ phát triển sản phẩm và giảm chi phí thử nghiệm.
• Phương pháp FDM (Fused Deposition Modelling): Là kỹ thuật in 3D phổ biến sử dụng vật liệu nhựa nhiệt dẻo như PLA, ABS. Vật liệu được nung chảy và đùn qua đầu phun để tạo từng lớp chồng lên nhau.
• Sai số kích thước trong in 3D: Bao gồm sai số do cơ khí (dây đai, puli, vít me), sai số do lớp in (độ dày lớp, nhiệt độ in), và sai số do phần mềm điều khiển (chuyển đổi dữ liệu CAD sang STL, hiệu chỉnh G-code).
• Phương pháp bù sai số: Xác định sai số thực tế của mẫu in so với kích thước danh nghĩa, từ đó tính toán giá trị bù để điều chỉnh dữ liệu đầu vào nhằm nâng cao độ chính xác.

Các khái niệm chính bao gồm: độ chính xác kích thước, sai số lớp in, vật liệu PLA, máy in 3D Prusa i3, và phần mềm Ultimaker Cura.

Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu sử dụng phương pháp thực nghiệm kết hợp phân tích số liệu:

• Nguồn dữ liệu: Mẫu in 3D được tạo trên máy in Prusa i3 với vật liệu PLA, kích thước mẫu theo trục Z từ 1 mm đến 250 mm, chia thành 4 nhóm kích thước (1-10 mm, 10-50 mm, 50-150 mm, 150-250 mm).
• Phương pháp chọn mẫu: Lựa chọn kích thước mẫu đại diện cho phạm vi in thực tế, đảm bảo tính đa dạng và khả năng đánh giá sai số theo từng khoảng kích thước.
• Phương pháp đo kiểm tra: Sử dụng thước cặp Mitutoyo với độ chính xác 0,01 mm để đo kích thước thực tế của mẫu in trên các mặt khác nhau, lấy giá trị trung bình để xác định sai số.
• Phân tích số liệu: Tính sai số kích thước (AX) giữa kích thước danh nghĩa và thực tế, xây dựng phương trình bù sai số (By) dựa trên kết quả đo, áp dụng điều chỉnh trong phần mềm Ultimaker Cura để in mẫu hiệu chỉnh.
• Timeline nghiên cứu: Quá trình thực nghiệm và phân tích kéo dài trong năm 2019, với các bước thiết kế mẫu, in thử, đo đạc, tính toán sai số và hiệu chỉnh.

Phương pháp nghiên cứu đảm bảo tính khách quan, chính xác và khả năng áp dụng thực tiễn cao.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Sai số kích thước theo trục Z tăng theo chiều cao mẫu:

   • Với mẫu kích thước từ 1-10 mm, sai số trung bình khoảng 0,1 mm.
   • Mẫu từ 150-250 mm có sai số lên đến khoảng 0,3 mm.
     Điều này cho thấy sai số tích lũy theo chiều cao, ảnh hưởng lớn đến độ chính xác tổng thể.

2. Ảnh hưởng của độ dày lớp in đến sai số:

   • Độ dày lớp in 0,2 mm gây sai số khoảng 0,05-0,2 mm trên mỗi lớp.
   • Lớp in càng dày thì sai số càng lớn, đặc biệt trên trục Z, làm biến dạng kích thước thực tế so với thiết kế.

3. Hiệu quả của phương pháp bù sai số:

   • Sau khi áp dụng giá trị bù By vào phần mềm Cura, sai số kích thước giảm trung bình 40-50% so với mẫu in chưa hiệu chỉnh.
   • Ví dụ, sai số trục Z từ 0,3 mm giảm xuống còn khoảng 0,15 mm sau hiệu chỉnh.

4. Ảnh hưởng của các yếu tố cơ khí:

   • Dây đai trục X, Y chưa căng đúng mức và vít me trục Z không chuẩn gây ra dao động và sai lệch kích thước.
   • Các vết lượn sóng trên bề mặt mẫu in xuất hiện do rung động và lắp đặt không chính xác.

Thảo luận kết quả

Sai số kích thước trong in 3D Prusa i3 chủ yếu do sự tích lũy sai số lớp in và các yếu tố cơ khí. Kết quả phù hợp với các nghiên cứu gần đây cho thấy sai số trục Z thường lớn hơn trục X, Y do ảnh hưởng của độ dày lớp in và cơ cấu vít me. Việc áp dụng phương pháp bù sai số dựa trên dữ liệu thực nghiệm giúp cải thiện đáng kể độ chính xác, đồng thời giảm thiểu sai lệch kích thước so với thiết kế CAD.

Biểu đồ sai số trước và sau hiệu chỉnh thể hiện rõ sự giảm đáng kể sai số, minh chứng cho hiệu quả của phương pháp nghiên cứu. So với các nghiên cứu khác, luận văn đã mở rộng phạm vi kích thước mẫu và tập trung vào máy in Prusa i3, một trong những dòng máy phổ biến nhất hiện nay, giúp tăng tính ứng dụng thực tế.

Kết quả nghiên cứu có ý nghĩa quan trọng trong việc nâng cao chất lượng sản phẩm in 3D, giảm chi phí vật liệu phế thải và thời gian chỉnh sửa mẫu, góp phần thúc đẩy ứng dụng công nghệ in 3D trong sản xuất công nghiệp và giáo dục.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Tăng cường bảo trì và hiệu chỉnh cơ khí định kỳ:

   • Thực hiện kiểm tra và căng dây đai trục X, Y thường xuyên để giảm dao động.
   • Kiểm tra và thay thế vít me trục Z khi phát hiện mòn hoặc không chính xác.
   • Chủ thể thực hiện: Bộ phận kỹ thuật vận hành máy in.
   • Timeline: Hàng tháng.

2. Áp dụng phương pháp bù sai số tự động trong phần mềm Cura:

   • Cập nhật giá trị bù By dựa trên kết quả thực nghiệm để tự động điều chỉnh kích thước mẫu in.
   • Chủ thể thực hiện: Người vận hành máy in và kỹ sư phần mềm.
   • Timeline: Ngay sau khi hoàn thành nghiên cứu.

3. Giảm độ dày lớp in để nâng cao độ chính xác:

   • Sử dụng độ dày lớp in từ 0,05 đến 0,1 mm cho các mẫu yêu cầu độ chính xác cao.
   • Chủ thể thực hiện: Người thiết kế và vận hành máy in.
   • Timeline: Theo yêu cầu sản xuất.

4. Đào tạo nâng cao kỹ năng vận hành máy in 3D:

   • Tổ chức các khóa đào tạo về kỹ thuật vận hành, bảo trì và xử lý sai số cho nhân viên.
   • Chủ thể thực hiện: Trường đại học, trung tâm đào tạo kỹ thuật.
   • Timeline: Định kỳ hàng năm.

Các giải pháp trên nhằm mục tiêu giảm sai số kích thước xuống dưới 0,1 mm, nâng cao chất lượng mẫu in, đồng thời tăng hiệu quả sản xuất và tiết kiệm chi phí.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Sinh viên và nghiên cứu sinh ngành kỹ thuật cơ khí:

   • Học hỏi phương pháp nghiên cứu thực nghiệm và tối ưu hóa công nghệ in 3D.
   • Áp dụng kiến thức vào các đề tài liên quan đến sản xuất mẫu nhanh.

2. Kỹ sư vận hành và bảo trì máy in 3D:

   • Nắm bắt các yếu tố ảnh hưởng đến độ chính xác và cách khắc phục sai số.
   • Cải thiện quy trình vận hành, bảo trì máy in để nâng cao hiệu suất.

3. Doanh nghiệp sản xuất và thiết kế sản phẩm:

   • Áp dụng công nghệ in 3D hiệu quả hơn trong quy trình phát triển sản phẩm.
   • Giảm chi phí và thời gian thử nghiệm mẫu, nâng cao chất lượng sản phẩm cuối cùng.

4. Giảng viên và nhà nghiên cứu trong lĩnh vực công nghệ in 3D:

   • Tham khảo kết quả nghiên cứu để phát triển các đề tài mới.
   • Cập nhật kiến thức về công nghệ in 3D và phương pháp tối ưu hóa độ chính xác.

Luận văn cung cấp kiến thức thực tiễn và cơ sở khoa học giúp các đối tượng trên nâng cao năng lực chuyên môn và ứng dụng công nghệ in 3D hiệu quả.

Câu hỏi thường gặp

1. Tại sao độ chính xác của mẫu in 3D Prusa i3 lại bị ảnh hưởng nhiều bởi trục Z?
   Sai số trục Z tích lũy do độ dày lớp in và cơ cấu vít me trục Z. Mỗi lớp in có sai số nhỏ, nhưng khi cộng dồn theo chiều cao mẫu, sai số tổng thể tăng lên. Ví dụ, với độ dày lớp 0,2 mm, sai số có thể lên đến 0,3 mm cho mẫu cao 250 mm.

2. Phương pháp bù sai số hoạt động như thế nào?
   Phương pháp này tính toán sai số thực tế giữa kích thước danh nghĩa và mẫu in, sau đó điều chỉnh dữ liệu CAD đầu vào bằng giá trị bù. Phần mềm in 3D sẽ tự động hiệu chỉnh để mẫu in ra gần đúng kích thước mong muốn, giảm sai số đáng kể.

3. Vật liệu PLA có ưu điểm gì trong in 3D?
   PLA là nhựa nhiệt dẻo sinh học, thân thiện môi trường, dễ in, không có mùi khó chịu, cho bề mặt mẫu in đẹp và cứng hơn ABS. Nhiệt độ in thấp (190-210°C) giúp tiết kiệm năng lượng và giảm biến dạng mẫu.

4. Có thể giảm sai số bằng cách nào ngoài bù sai số?
   Ngoài bù sai số, có thể giảm sai số bằng cách giảm độ dày lớp in, tăng cường bảo trì cơ khí (căng dây đai, kiểm tra vít me), và sử dụng phần mềm điều khiển chính xác hơn. Đào tạo kỹ thuật vận hành cũng góp phần giảm sai số.

5. Phần mềm Ultimaker Cura có vai trò gì trong nghiên cứu?
   Cura là phần mềm chia lớp và tạo mã G-code cho máy in 3D. Nghiên cứu sử dụng Cura để nhập giá trị bù sai số, điều chỉnh dữ liệu in, từ đó kiểm soát và nâng cao độ chính xác của mẫu in trên máy Prusa i3.

Kết luận

• Độ chính xác mẫu in 3D Prusa i3 bị ảnh hưởng chủ yếu bởi sai số lớp in và yếu tố cơ khí, đặc biệt trên trục Z với sai số lên đến 0,3 mm cho mẫu cao 250 mm.
• Phương pháp bù sai số dựa trên dữ liệu thực nghiệm giúp giảm sai số kích thước trung bình 40-50%, nâng cao độ chính xác mẫu in.
• Vật liệu PLA được lựa chọn phù hợp với công nghệ FDM, cho mẫu in có bề mặt đẹp và độ bền cao.
• Các giải pháp bảo trì cơ khí, giảm độ dày lớp in và đào tạo kỹ thuật vận hành là cần thiết để duy trì và nâng cao chất lượng in 3D.
• Nghiên cứu mở ra hướng phát triển ứng dụng công nghệ in 3D trong sản xuất và giáo dục, đề xuất các bước tiếp theo gồm mở rộng phạm vi nghiên cứu, áp dụng tự động hóa trong bù sai số và phát triển phần mềm hỗ trợ.

Để tiếp tục nâng cao hiệu quả công nghệ in 3D, các nhà nghiên cứu và kỹ sư được khuyến khích áp dụng kết quả luận văn vào thực tiễn, đồng thời phát triển các giải pháp mới nhằm tối ưu hóa quy trình sản xuất mẫu nhanh.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1 TONG QUAN VE CÔNG NGHỆ TẠO MẪU NHANH BANG PHƯƠNG PHAP IN 3D 1-1. Lịch sử và ứng đụng cũa công nghệ tạo mẫu nhanh bằng phương pháp in 3D ‘Tao mẫu nhanh là một nhóm các kỹ thuật được sử dụng để chế tạo một cách nhanh chóng một mô hình thu nhỏ của một bộ phận vật lý hoặc lắp ráp bằng cách sử dụng dữ liệu thết kế ba chiều có sự hỗ trợ của máy tính (CAD), Các chỉ iết hay cụm lắp rấp được ch tạo bằng công nghệ in 3D hay sin xuất bằng ác lớp bồi dp. Phương pháp tạo mii nhanh đã tiên xuất hiện vào cuối những năm 80 và được sử: dụng để ch tạo các mô hình và các chỉ tết mẫu. Ney nay, chúng được sử dung cho nhiều ứng dụng sản xuất các chỉ tết chất lượng với số lượng tương đối nhỏ nêu cần mà không bị ảnh hưởng bởi các yu tổ kinh tế ngắn hạn gây bắt lợi.

Nem kinh tế này đã khuyến khích các văn phòng dịch vụ trực tuyến. Các nghiên cứu lịch sử về công nghệ RP bắt đầu với các cuộc thảo luận về kỹ thuật sin xuất simulacra được sử dung bởi các nhà điều khắc thé ký 19. Một số nhà điều khắc hiện đại sử dụng công nghệ con chấu để sản xuất triển lãm. Khả năng tái tạo các thiết kế từ một tập dữ liệu đã Lim nay sinh sắc vẫn để về quyền, vi bây giờ cỏ thể nội suy dữ liệu th tích tr các hình ảnh một chiều “Cũng như các phương pháp sin xuất trừ CNC, quy trình thiết kế với sự hỗ trợ máy tính - sản xuất CAD -CAM trong quy trình tạo mẫu nhanh truyễn thống bắt đầu bằng việc tạo đữ liệu hình học, hoặc là khỗi 3D bằng mãy tram CAD hoặc cắt lát 2D sử đụng thiết bị quét.

Bé tạo mẫu nhanh, dữ liệu này phải đại điện cho một mô hình hình học hợp lý; cụ t |, một mặt có các bề mặt biên bao quanh một khối lượng hữu han, khong chứa lỗ nào lộ ra bên trong, và không tự gập lại. Nói cách khác, đối tượng phải có "bên trong". Mô hình là hợp lệ nếu cho mỗi điểm trong không gian 3D, máy tính có. thể xác định duy nhất cho dù điểm đó nằm bên trong, trên hoặc bên ngoài bé mặt biên của mồ hình.

Các bộ xử lý CAD sẽ ước tính các dạng hinh học CAD bên trong của nhà sung cấp ứng dụng (sĩ dụ, Bsplines) với một dang toán học đơn giản, lẫn lượt được thể hiện dưới dang dữ liệu được chi định, một nh năng phổ biển trong sản xuất bồi dip: STL (stereolithography) một tiêu chuẩn thực tế để chuyển các mô hình hình học khối đặc sang các máy SFF. Để có được các q lạo didu khiển chuyển động cin thiết để điều khiển SEF thực tế, tạo mẫu nhanh, in 3D hoặc cơ chế sản xuất phụ gia, mô hình hình học được chun bị thường được cất thành các lớp và các lit được quết thành sắc đường (tạo bản vẽ 2D) quỹ đạo như đường chạy dao CNC), mô phỏng ngược lại cquá trinh xây dựng vật lý từng lớp. LLL Lịch sử công nghệ tao mẫu nhanh bằng phương pháp in 3D: C6 rit nhiễu thuật ngữ Khác nhau được ding để chỉ công nghệ sản xuất đắp dẫn, quen thuộc nhất là công nghệ in 3D (Three Dimension), bên cạnh những tên khác như công nghệ tạo mẫu nhanh, công nghệ chế tạo nhanh và công nghệ chế tạo trực tip. "Như vậy, hầu hết các thuật ngờ này đều ra đời dựa trên cơ chế hay tinh chất của công nghệ.

Thuật ngữ “in 3D" sẽ cho người nghe hình dung về việc sử dung máy in phun với đầu mực di chuyển trên giấy để tạo ra các sản phẩm hoàn thiện, giống như máy in bình thường biện nay vẫn hay sử dụng tại văn phòng. Trên thực tế tông nghệ sản xuất dip dần cũng có thé hoạt động tương tự như vay, nhưng nó còn cỏ những quá trình, kĩ thuật tiến bộ hơn. Một cách cụ thể, Hiệp hội vật liệu và thử nghiệm Mỹ' (American Society for Testing Materials- ASTM) đã đưa ra một khái niệm rõ rằng về công nghệ dip dẫn: "Công nghệ sản xuất dip din là một quá trinh sử dung các nguyên liệu để chế tạo nên mô hình 3D, thường là chồng từng lớp nguyên liệu lên nhau, vả qué tình này trái ngược với quá trình cắt gọt vẫn thường đùng để chế tạo xưa nay”. Có thể thấy đây là một phương pháp sin xuất hoàn toàn trấi ngược so với các phương pháp cất gọt - hay còn gọi là phương pháp gia công, mai git vật liêu nguyên khối - bằng cách loại bo hoặc cất got đi một phần vật lều.

nhằm có được sin phẩm cuỗi củng. Côn với sin xuất dip di „ ta có thể coi nó là công nghệ tạo hình như đúc hay ép, nhưng từ những nguyên liệu riêng lẻ để đắp dần thành sản phẩm cuỗi cùng. “Công nghệ sin xuất dip dẫn ra đời đã được hơn 30 năm nay, Năm 1986, Charles Hull sing tạo ra một quá trình gọi là Stereolithography — sản xuất vật thễ từ nhựa lỏng và làm cứng lại nhờ laser. Sau đỏ, ông Hull thành lập công ty 3DSystems, một trong những nhà cung cắp công nghệ lớn nhất hiện nay tong lĩnh vue sản xuất đắp dần _Nếu lập biểu thời gian thi chúng ta sẽ thấy công nghệ này phát triển theo một biểu đỏ.

logarit 1994 sp ‘998 t6 2m me HE Grane anid PB sem || Megsk | [in duong | | Thờ rowan | | huey a india |[&Emsml| wuạg | | h3D&p 4 knf | [hang aa || vaio || ees | | sedate ee | | ánMmẩn S0 bổ | agsLand đệm Lào ve chưng || ESTA | sứ ép đa§nm Tit 1986 đến 2007, trong 20 năm đầu tiên, công nghệ này mới chỉ có các bước đi nhỏ, chậm, đây được gọi là giai đoạn xâm nhập, bước nền cho công nghệ tạo mẫu nhanh Tuy nhiên đến năm 2009, đã có một sự biến động lớn trên thi trường, nhiều bằng sing chế về công nghệ này đã hết han bảo vệ bản quyền, trong đó có bằng sở hữu FDM. Quá trình Fuse Deposition Modelling (FDM) tạo hình sản phẩm nhờ nấu chảy vật liệu ri xếp đặt chẳng lớp, vin được sở hữu bởi hãng Stratasys, một trong những dối thủ cạnh tranh hàng đầu tong lĩnh vực. Khi bằng sáng chế về FDM hết giá tị, công nghệ này đã tha hút nhiều nhà sản xuất tham gia. Giá thành sẵn xuất giảm và FDM tr thành một trong những chia khỏa công nghệ cơ bản của các máy sản xuất đắp dần được tiêu thụ trên thị trường hiện nay.

Ngoài ra, đến năm 2014, các bằng sáng chế cho công nghệ Nung kết sử dụng laser (Selective Laser Sintring-SLS) cũng bắt đầu hết hạn, tạo cơ hội cho những sing chế mới phát triển hơn nữa ngành sản xuất dip din, mở đường cho một thời kỳ phát triển mạnh mẽ của ngành công nghiệp này trong tương lai rất gần. Nam 2013, ngành công nghệ sản xuất đắp din tỉ giá khoảng 3,1 tỷ USD/năm, ting 35% so với năm 2012. Trong vòng sáu năm tới, tốc độ tăng trưởng trung bình được dự. đoán ở mức cao, khoảng 32%/nim và dat mức 21 ty USD vào năm 2020.

Trong vòng sáu năm tới, tốc độ tăng trưởng trung bình được dự đoán ở mức cao, khoảng 32%6/năm và đạt mức 21 tỷ USD vào năm 2020, C— __ Thị trường sản xuấtđấp dẫn (Tỷ USD) — Thị trường sản xuât dp dân (tỷ USD) 2400 100 170 230 340 20M 2012 2013 2016F 2018F 2020F Hình 1.2 Lịch sử phát triển thị trường của công nghệ in 3D 1. Ứng dung của công nghệ in 3D trong cuộc sống Ứng dụng công nghệ in 3D lo việc tạo mẫu vẫn là một ứng dung thực té lớn nhất hiện nay. Toàn bộ nén công nghiệp dang được hưởng lợi rit nhiều từ công nghiệp in 3D xuyên suốt tất cả ứng đụng in 3D theo diện rộng, 1.21 Ung dụng công nghệ in 3D trong không gian vã trụ “Tại triển lãm hàng không Berlin, hãng sản xuất máy bay Airbus đã đem đến demo một. chige mấy bay drone được tạo ra bằng công nghệ in 3D.

Chiếc drone này được đặt tên là Thốc, theo tên của thin sắm rong thin thoại Na-Uy hoặc rất quen thuộc với chúng {a trong truyện và phim của Marvel Hình 1.3 Chiếc máy bay drone được tạo ra bằng công nghệ in 3D 1.2 Ứng dung công nghệ in 3D trong xây dựng “Trong ngành xây đựng, in 3D trong xây dựng có thể được sử dụng để tạo ra các thành phần xây dựng hoặc in toin bộ tòa nhà. Sự xuất hiện gin đây của xây dưng mô hình thông tin (BIM) nói riêng có thé tạo điều kiện thuận lợi cho việc sử dung in 3D. In 3D trong xây dựng có thé cho phép, nhanh hơn và chính xác hơn việc xây dựng các. sông tình phức tạp hoặc theo yêu cầu cũng như giảm chỉ phí ao động và sản xuất ít chất thải.

Nó cũng có thể cho phép xây dựng được thực biện trong môi trường khắc nghiệt hoặc nguy hiểm không phù hợp với lực lượng lao động của con người như trong không gian Hình 1. Ứng dung công nghệ in 3D trong xây dựng 1.3 Ủng dung công nghệ Án 3D trong y học ‘Tai Pháp, các bác ĩ cấy ghép thành công đốt sống cổ với in 3D Hình 1.5 Ứng dụng công nghệ in 3D trong y học bằng công nghệ in 3D, cúc chuyên gia đã ta tạo được ti người có cả mạch máu và sụn tai. xem là một bước đột phá, tạo nền móng cho việc “in” ra các bộ phận thay thé trén cơ thé con người trong tương lai L124 Ngoài ra còn có một số ứng dụng khác trong công nghệ in 3D “Trong ngành công nghiệp điện tử: máy in 3D đã được sử dụng để chế tạo các bộ phận. phúc tạp đặc biệt từ các chấ iệu khác nhau và đã mở ra một trào lưu mới của ngành công nghiệp này, {Ung dụng công nghệ in 3D trong ngành thoi trang để tạo ra trang sức và trang phục thiết kế theo yêu cầu cá nhân được sin xuất bằng công nghệ in 3D hiện nay đã tử nên khá phổ biến trên thé giới.

‘Ung dung công nghệ in 3D trong ngành công nghiệp thực phẩm như có thể thiết kế các môn ăn như Socola hay bánh kẹo thành những hình dạng đẹp mắt và cầu kỳ, sau đồ sử cđụng các nguyên liệu thục phẩm ở dang lỏng hoặc dang bột để in thành món ăn theo những hình dạng đã được thiết kế. Ứng dung công nghệ in 3D trong ngành 6 tô để sin xuất thir nghiệm các thiết kể, tạo mẫu và sin xuất một số bộ phận, công cụ lip rấp đặc biệt.