Đề tài nghiên cứu khoa học sinh viên nghiên cứu, xây dựng mô hình mô phỏng máy in 3d

Xuất phát từ thực tiễn trên, đề tài "Xây dựng mô hình máy in 3D" nhằm thiết kế và chếtạo một máy in 3D sử dụng công nghệ FDM, với khả năng tùy chỉnh linh hoạt, đáp ứngtốt nhu cầu nghiên

TRƯỜNG ĐẠI HỌC HÀNG HẢI VIỆT NAM

VIỆN CƠ KHÍ

BÁO CÁO TỔNG KẾT

ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC SINH VIÊN

NĂM HỌC 2024-2025

NGHIÊN CỨU, XÂY DỰNG MÔ HÌNH MÔ PHỎNG MÁY IN 3D

Thuộc nhóm ngành khoa học: Kỹ thuật Cơ Khí

HẢI PHÒNG 2025

LỜI CAM ĐOAN

Nhóm nghiên cứu xin cam đoan bài nghiên cứu khoa học với đề tài “NGHIÊNCỨU, XÂY DỰNG MÔ HÌNH MÔ PHỎNG MÁY IN 3D” là sản phẩm của riêng nhómnghiên cứu Các dữ liệu trong phần nghiên cứu là sản phẩm của quá trình tìm hiểu và họchỏi từ các giảng viên của bộ môn Kĩ thuật Cơ Khí và tìm hiểu qua Internet Nhóm nghiêncứu hoàn toàn chịu trách nhiệm về tính xác thực của thông tin

Hải Phòng, ngày 24 tháng 2 năm 2025 NHÓM NGHIÊN CỨU

LỜI CẢM ƠN

Trong suốt quá trình thực hiện đề tài nghiên cứu khoa học này, nhóm đã nhận được rấtnhiều sự giúp đỡ, động viên và hỗ trợ quý báu từ thầy cô, gia đình và bạn bè Đây khôngchỉ là một đề tài nghiên cứu, mà còn là hành trình học hỏi, khám phá và rèn luyện tư duykhoa học, giúp nhóm trưởng thành hơn trên con đường học tập và nghiên cứu

Nhóm xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến cô Vũ Thị Thu Trang, người đã tận tình hướng dẫn,chỉ bảo và truyền đạt những kiến thức, kinh nghiệm quý báu, giúp nhóm định hướng rõràng trong quá trình nghiên cứu Sự nhiệt huyết, tận tâm và những lời động viên của cô

đã tiếp thêm động lực để nhóm vượt qua những khó khăn, hoàn thành đề tài với sựnghiêm túc và trách nhiệm cao nhất

Nhóm cũng xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành đến Viện Cơ Khí cùng các thầy cô trong

bộ môn Kỹ thuật Cơ Khí đã tạo điều kiện thuận lợi về cơ sở vật chất, tài liệu và môitrường học thuật để nhóm có thể thực hiện nghiên cứu này Sự hỗ trợ quý báu ấy đã giúpnhóm không ngừng học hỏi, trau dồi kiến thức và hoàn thiện kỹ năng nghiên cứu

Không quên những người thân, bạn bè đã luôn đồng hành, động viên và giúp đỡ nhómtrong suốt quá trình thực hiện đề tài Chính sự ủng hộ ấy đã tiếp thêm sức mạnh để nhómkiên trì theo đuổi mục tiêu và hoàn thành nghiên cứu một cách tốt nhất

Đề tài này không chỉ là kết quả của một quá trình làm việc chăm chỉ mà còn là cột mốcđánh dấu sự trưởng thành trong tư duy nghiên cứu của nhóm Nhóm hy vọng rằng nhữngkiến thức, kinh nghiệm tích lũy được từ nghiên cứu này sẽ là nền tảng vững chắc chonhững bước tiến xa hơn trong tương lai

Mặc dù nhóm đã nỗ lực hết mình, nhưng do thời gian và kinh nghiệm còn hạn chế, đề tàichắc chắn không thể tránh khỏi những thiếu sót Nhóm rất mong nhận được những góp ýquý báu từ thầy cô và các bạn để có thể hoàn thiện hơn trong những nghiên cứu tiếp theo

Xin trân trọng cảm ơn!

CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ ĐỀ TÀI

1.1 Tính cấp thiết của đề tài

Trong những năm gần đây, công nghệ in 3D đã có những bước phát triển mạnh mẽ và trởthành một trong những công nghệ sản xuất tiên tiến, ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnhvực như công nghiệp, y tế, xây dựng, hàng không và đặc biệt là giáo dục Máy in 3Dgiúp hiện thực hóa các ý tưởng thiết kế nhanh chóng, tiết kiệm chi phí sản xuất và tạođiều kiện thuận lợi cho nghiên cứu, thử nghiệm các mô hình mới

Trong lĩnh vực giáo dục, máy in 3D mang lại nhiều lợi ích quan trọng, giúp sinh viên vàgiảng viên có thể trực quan hóa các mô hình học tập, từ đó nâng cao hiệu quả giảng dạy

và nghiên cứu Đặc biệt, với các ngành kỹ thuật như cơ khí, tự động hóa, thiết kế sảnphẩm, việc tiếp cận và sử dụng máy in 3D không chỉ giúp sinh viên nắm vững kiến thức

lý thuyết mà còn phát triển kỹ năng thực hành và tư duy sáng tạo

Hiện nay, trên thị trường có nhiều dòng máy in 3D với công nghệ khác nhau như SLA,SLS và FDM Trong đó, FDM (Fused Deposition Modeling) là công nghệ phổ biến nhấtnhờ chi phí hợp lý, vận hành đơn giản và phù hợp với nhu cầu giảng dạy, nghiên cứu T

uy nhiên, hầu hết các máy in 3D thương mại đều có những hạn chế nhất định về kíchthước in, độ chính xác và khả năng tùy chỉnh Điều này đặt ra nhu cầu nghiên cứu, cảitiến và xây dựng một mô hình máy in 3D phù hợp với yêu cầu thực tế, có khả năng ứngdụng trong môi trường giáo dục và nghiên cứu khoa học

Xuất phát từ thực tiễn trên, đề tài "Xây dựng mô hình máy in 3D" nhằm thiết kế và chếtạo một máy in 3D sử dụng công nghệ FDM, với khả năng tùy chỉnh linh hoạt, đáp ứngtốt nhu cầu nghiên cứu và đào tạo trong lĩnh vực kỹ thuật Mô hình này không chỉ giúpsinh viên tiếp cận công nghệ in 3D một cách trực quan mà còn tạo nền tảng cho việc cảitiến, nâng cấp và phát triển các hệ thống in 3D trong tương lai

1.1 Mục tiêu nghiên cứu của đề tài

Mục tiêu của đề tài là xây dựng thành công mô hình máy in 3D sử dụng công nghệ inFDM phục vụ cho giáo dục và nghiên cứu, giúp sinh viên tiếp cận và hiểu rõ hơn vềnguyên lý hoạt động của công nghệ in 3D Đề tài tập trung vào việc lắp ráp và gia công dựa vào thiết kế của khung cơ khí có sẵn của một dòng máy in trên thị trường nhằm tậndụng thiết kế ổn định, giảm thời gian và chi phí nghiên cứu so với việc phát triển một hệthống hoàn toàn mới, lựa chọn các linh kiện điện tử phù hợp để tối ưu hóa hiệu suất hoạtđộng, đảm bảo tính linh hoạt, dễ sửa chữa và nâng cấp

Bên cạnh đó, đề tài tiến hành thử nghiệm, đánh giá khả năng vận hành của mô hình máy

in 3D, kiểm tra độ chính xác, độ ổn định và tính tương thích của hệ thống Việc vận hànhthử nghiệm giúp xác định các yếu tố cần điều chỉnh, đảm bảo mô hình hoạt động hiệuquả, dễ sửa chữa, nâng cấp và phù hợp với môi trường giáo dục Thông qua quá trìnhnghiên cứu và chế tạo, sinh viên có cơ hội thực hành về cơ khí, điện tử, lập trình điềukhiển, tối ưu hóa quy trình in, góp phần nâng cao kỹ năng thực hành và tư duy kỹ thuật

1.2 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu của đề tài

Đối tượng nghiên cứu của đề tài là mô hình máy in 3D sử dụng công nghệ FDM, mộtcông nghệ phổ biến, dễ tiếp cận và có tính ứng dụng cao Phạm vi nghiên cứu của đề tàigiới hạn trong việc xây dựng mô hình máy in 3D dựa trên khung cơ khí có sẵn, không đisâu vào cải tiến hay phát triển một dòng máy mới Thay vào đó, đề tài tập trung vào việclựa chọn, lắp ráp và đánh giá hiệu suất của các thành phần điện tử, đảm bảo hệ thống vậnhành hiệu quả trong môi trường giáo dục Kết quả nghiên cứu sẽ hỗ trợ sinh viên trongviệc tiếp cận, thực hành công nghệ in 3D, góp phần nâng cao chất lượng đào tạo và ứngdụng công nghệ này trong học tập

1.3 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

Đề tài góp phần nghiên cứu và ứng dụng công nghệ in 3D FDM, giúp hiểu rõ hơn về nguyên lý hoạt động, cấu trúc cơ khí, hệ thống điều khiển Kết quả nghiên cứu có thể làm cơ sở cho các đề xuất cải tiến về thiết kế máy in 3D trong tương lai, cũng như dùng làm tài liệu tham khảo cho đề tài nghiên cứu khoa học, đặc biệt là trong lĩnh vực giáo dục và đào tạo kỹ thuật Ngoài ra, việc lựa chọn và tối ưu linh kiện điện tử giúp

xây dựng một mô hình in 3D hiệu quả, mở ra hướng phát triển các dòng máy in phù hợp với nhu cầu nghiên cứu và thực hành.

Mô hình máy in 3D được xây dựng có thể sử dụng trong giảng dạy và thực hành tại các trường học, giúp sinh viên tiếp cận trực tiếp với công nghệ in 3D, nâng cao kỹ năng thực hành và ứng dụng trong các dự án nghiên cứu Ngoài ra, mô hình này có thểđược sử dụng để sản xuất các chi tiết kỹ thuật, phục vụ nghiên cứu khoa học và hỗ trợ đào tạo trong lĩnh vực cơ khí, điện – điện tử và tự động hóa

CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU2.1 Giới thiệu về máy in 3D

Máy in 3D là thiết bị chế tạo vật thể ba chiều dựa trên mô hình kỹ thuật số, hoạt động theo nguyên lý bồi đắp từng lớp vật liệu để tạo ra sản phẩm hoàn chỉnh Kể từ khi xuấthiện vào những năm 1980, máy in 3D đã có những bước phát triển vượt bậc cả về công nghệ, vật liệu và ứng dụng thực tiễn[1] Hiện nay, thiết bị này đóng vai trò quan trọng trong nhiều ngành công nghiệp, giúp tối ưu hóa thiết kế sản phẩm, giảm thiểu chi phí và rút ngắn thời gian sản xuất[2]

Trong sản xuất công nghiệp, máy in 3D cho phép tạo ra các bộ phận có thiết kế phức tạp mà các phương pháp truyền thống khó thực hiện Nhiều tập đoàn lớn như Boeing, General Electric và Tesla đã ứng dụng công nghệ này để chế tạo linh kiện máy bay, ô

tô nhằm giảm trọng lượng và nâng cao hiệu suất vận hành[3] Trong lĩnh vực y tế, máy in 3D được sử dụng để tạo mô cấy ghép, chân tay giả và mô hình giải phẫu, giúp

cá nhân hóa phương pháp điều trị và cải thiện chất lượng chăm sóc bệnh nhân[4]

Ngoài ra, trong giáo dục và nghiên cứu, máy in 3D đóng vai trò quan trọng trong việc

hỗ trợ giảng dạy và phát triển sản phẩm Việc sử dụng công nghệ này trong giảng dạy giúp sinh viên tiếp cận trực tiếp với quy trình sản xuất hiện đại, nâng cao tư duy thiết

kế và kỹ năng thực hành[4] Đặc biệt, trong các ngành kỹ thuật như cơ khí, tự động hóa và thiết kế sản phẩm, máy in 3D không chỉ là công cụ hỗ trợ học tập mà còn là nền tảng cho nghiên cứu và sáng tạo công nghệ mới

Với sự phát triển liên tục của vật liệu và phương pháp in, máy in 3D đang mở ra nhiều

cơ hội mới trong sản xuất và khoa học kỹ thuật Trong tương lai, công nghệ này hứa hẹn tiếp tục đóng góp quan trọng vào quá trình đổi mới sáng tạo, giúp tối ưu hóa quy trình sản xuất và nâng cao chất lượng sản phẩm trong nhiều lĩnh vực[5]

2.2 Tình hình nghiên cứu ngoài nước

Trên thế giới, nghiên cứu về chế tạo mô hình máy in 3D đã được thực hiện rộng rãi nhằm nâng cao độ chính xác, tốc độ in và khả năng ứng dụng của công nghệ này trongnhiều lĩnh vực Trong đó, nhiều công trình đã tập trung vào tối ưu hóa hệ thống cơ khí, điều khiển và vật liệu in để cải thiện chất lượng sản phẩm

Park và cộng sự (2016) đã nghiên cứu ảnh hưởng của hệ thống truyền động đến độ chính xác của máy in 3D, trong đó so sánh giữa hệ thống trục vít me và thanh trượt tuyến tính Kết quả cho thấy hệ thống thanh trượt tuyến tính giúp giảm rung động và nâng cao độ chính xác của sản phẩm in 3D [5]

Ngoài ra, nghiên cứu của Smith và cộng sự (2018) tập trung vào tối ưu hóa thiết kế khung máy in 3D nhằm tăng độ ổn định và giảm sai số cơ học trong quá trình in Kết quả nghiên cứu đã đề xuất mô hình khung nhôm định hình giúp tăng độ cứng vững màvẫn đảm bảo trọng lượng nhẹ [6]

Bên cạnh đó, Lee và cộng sự (2019) đã phát triển một hệ thống điều khiển mới cho máy in 3D dựa trên thuật toán PID cải tiến, giúp tối ưu hóa tốc độ di chuyển của đầu

in và giảm sai số vị trí, từ đó nâng cao chất lượng bề mặt của sản phẩm in [7]

Trong lĩnh vực vật liệu in, nghiên cứu của Tan và cộng sự (2021) đã thử nghiệm các loại vật liệu nhựa kỹ thuật cao như PEEK và ULTEM, cho thấy khả năng ứng dụng trong ngành hàng không và y tế nhờ vào đặc tính cơ học vượt trội [8]

Ngoài ra, công nghệ in 3D kết hợp trí tuệ nhân tạo cũng được quan tâm nghiên cứu Wang và cộng sự (2022) đã ứng dụng AI để dự đoán lỗi trong quá trình in 3D, giúp giảm tỷ lệ sản phẩm hỏng và tối ưu hóa quy trình sản xuất [9]

Những nghiên cứu trên cho thấy sự phát triển mạnh mẽ của công nghệ chế tạo máy in 3D trên thế giới, mở ra nhiều cơ hội ứng dụng trong công nghiệp, y tế và giáo dục

2.3 Tình hình nghiên cứu trong nước

Tại Việt Nam, công nghệ in 3D đã và đang được quan tâm rộng rãi, đặc biệt là trong lĩnhvực nghiên cứu và giáo dục Nhiều dự án tập trung vào việc thiết kế, chế tạo và cải tiến

mô hình máy in 3D nhằm đáp ứng nhu cầu sản xuất và đào tạo trong nước

Năm 2016, Tăng Quốc Nam và cộng sự đã nghiên cứu và chế tạo máy in 3D theo côngnghệ FDM dựa trên cấu trúc robot song song Delta Nghiên cứu này tập trung vào việclựa chọn mô hình, tính toán thiết kế cơ khí, tích hợp bộ điều khiển và tối ưu hóa thông sốvận hành Kết quả cho thấy, cấu trúc Delta giúp tăng tốc độ in mà vẫn đảm bảo độ chínhxác cao[11]

Cũng trong năm 2016, Nguyễn Văn Hùng và cộng sự tại Trường Đại học Công nghiệp

Hà Nội đã thực hiện dự án “Nghiên cứu chế tạo và lắp ráp máy in 3D kiểu FDM phục vụđào tạo” Nghiên cứu này nhằm chế tạo một máy in 3D với chi phí thấp, dễ sử dụng vàứng dụng trong giảng dạy Kết quả cho thấy máy hoạt động ổn định, có thể in các sảnphẩm có độ chính xác cao[12]

Năm 2021, Phạm Quốc Phương và cộng sự tại Viện Nghiên cứu Điện tử - Tin học - Tựđộng hóa đã nghiên cứu và chế tạo thành công máy in 3D khổ lớn tích hợp máy quét 3D

Hệ thống này có khả năng in các chi tiết kích thước lớn với độ chính xác cao, đồng thời

sử dụng thuật toán quét và chỉnh sửa lỗi bề mặt sản phẩm trong thời gian thực, giúp cảithiện chất lượng in đáng kể[13]

Ngoài ra, nghiên cứu của Nguyễn Tiến Dũng và cộng sự (2022) tại Trường Đại họcBách khoa TP.HCM đã tập trung vào việc tối ưu hóa các thông số in 3D FDM nhằmnâng cao chất lượng sản phẩm Nhóm nghiên cứu đã phân tích ảnh hưởng của nhiệt độđầu đùn, tốc độ in và tỷ lệ lấp đầy lên độ bền cơ học và độ chính xác kích thước của mẫu

in Kết quả chỉ ra rằng việc điều chỉnh hợp lý các thông số này giúp cải thiện đáng kểchất lượng sản phẩm[14]

Các nghiên cứu trong nước về chế tạo và tối ưu hóa máy in 3D đã có những bước tiếnđáng kể, tập trung vào cải thiện chất lượng in, giảm chi phí và mở rộng ứng dụng thựctiễn Những nghiên cứu này không chỉ góp phần phát triển công nghệ in 3D trong lĩnh

vực công nghiệp mà còn hỗ trợ đắc lực cho giáo dục, giúp sinh viên và giảng viên tiếpcận, thực hành và nghiên cứu về công nghệ in 3D một cách hiệu quả hơn.

2.4 Nhận xét

Các nghiên cứu trong và ngoài nước đã đạt nhiều thành tựu quan trọng trong việc pháttriển và tối ưu hóa máy in 3D, đặc biệt là công nghệ FDM Trên thế giới, các nghiên cứuchủ yếu tập trung vào việc cải thiện chất lượng in, tối ưu hóa thông số vận hành và tíchhợp trí tuệ nhân tạo nhằm nâng cao độ chính xác và tự động hóa quá trình in Tại ViệtNam, các nghiên cứu về máy in 3D chủ yếu hướng đến chế tạo các hệ thống có chi phíthấp, tối ưu quy trình in và ứng dụng trong giáo dục Tuy nhiên, phần lớn các nghiên cứuvẫn tập trung vào thiết kế hoặc cải tiến máy in thương mại, mà chưa có nhiều hướng đi

cụ thể trong việc xây dựng một mô hình máy in 3D phù hợp cho đào tạo thực hành.Mặc dù một số nghiên cứu đã cải tiến cấu trúc và tối ưu thông số vận hành, nhưng việcphát triển một hệ thống máy in 3D dựa trên nền tảng cơ khí có sẵn để phù hợp với môitrường giáo dục vẫn chưa được quan tâm đúng mức Các nghiên cứu trước đây chưa chútrọng vào việc lựa chọn linh kiện điện tử phù hợp để cân bằng giữa chi phí, hiệu suất vàkhả năng ứng dụng trong đào tạo Đồng thời, chưa có nhiều nghiên cứu đánh giá hệthống máy in theo các tiêu chuẩn cụ thể để đảm bảo tính ổn định và độ chính xác trongmôi trường học tập thực tế

Từ những hạn chế trên, đề tài này tập trung vào việc xây dựng mô hình máy in 3D phục

vụ giáo dục, gia công, lắp ráp dựa vào thiết kế khung cơ khí có sẵn của một dòng máy inthương mại nhằm tận dụng thiết kế ổn định, giảm thời gian và chi phí nghiên cứu so vớiviệc phát triển một hệ thống hoàn toàn mới và dễ dàng bảo trì Đề tài không chỉ nghiêncứu về việc lắp ráp, tích hợp các linh kiện điện tử phù hợp mà còn đánh giá hiệu suất của

hệ thống in để đảm bảo đáp ứng nhu cầu giảng dạy và thực hành Thông qua mô hìnhnày, sinh viên có thể tiếp cận trực tiếp với công nghệ in 3D, nâng cao kỹ năng thực hành,

tư duy thiết kế và ứng dụng vào các dự án kỹ thuật thực tế

CHƯƠNG 3 CƠ SỞ LÝ THUYẾT

1.1 Đặt vấn đề

Khung máy đóng vai trò quan trọng trong hệ thống in 3D, quyết định độ cứng vững,

độ chính xác và tính ổn định của quá trình in Một thiết kế khung tốt giúp giảm thiểu rung động, đảm bảo chuyển động chính xác và nâng cao chất lượng sản phẩm Ngoài khung máy, hệ thống truyền động, cơ cấu đùn sợi nhựa và bộ điều khiển cũng là những yếu tố ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu suất hoạt động

Trong số các công nghệ in 3D, FDM là lựa chọn phổ biến nhờ chi phí thấp, dễ vận hành và phù hợp với nhu cầu đào tạo thực hành Các dòng máy thương mại như Prusa,Ultimaker và Ender đều có thiết kế tối ưu, phục vụ nhiều mục đích sử dụng khác nhau Trong nghiên cứu này, nhóm lựa chọn Ender 3 làm nền tảng nhờ thiết kế đơn giản, ổn định, dễ lắp ráp và có cộng đồng hỗ trợ lớn Việc chế tạo dựa khung cơ khí của Ender 3 giúp tiết kiệm thời gian nghiên cứu, đồng thời tạo điều kiện để nhóm tập trung vào lựa chọn linh kiện điện tử, hệ thống điều khiển và tối ưu hóa quá trình vận hành nhằm đáp ứng yêu cầu ứng dụng trong giáo dục

Do đó, việc nghiên cứu cấu tạo và nguyên lý hoạt động của Ender 3 là bước quan trọng để hiểu rõ cơ chế vận hành, xác định các thông số kỹ thuật cần tối ưu và lựa chọn linh kiện phù hợp Để làm rõ các yếu tố này, chương này sẽ trình bày cơ sở lý thuyết về cấu tạo và nguyên lý hoạt động của máy in 3D, gia công khung máy Những nội dung này sẽ cung cấp nền tảng quan trọng cho quá trình xây dựng mô hình máy in 3D phục vụ giáo dục

1.2 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của máy in Ender 3

1.2.1 Thông số máy in Ender 3

Một trong những yếu tố quan trọng nhất khi xây dựng mô hình máy in 3D là thông số

kỹ thuật, quyết định đến hiệu suất và khả năng vận hành của hệ thống Dưới đây là cácthông số kỹ thuật của máy in được sử dụng làm nền tảng

1.2.2 Cấu tạo của máy in ender 3

- Khung của Ender 3 được làm từ nhôm định hình, giúp tăng độ cứng vững và giảm rung động trong quá trình in

- Bộ đùn: Đẩy sợi nhựa từ cuộn vào đầu đùn

- Bàn in: Bề mặt in có lớp phủ đặc biệt giúp bám dính tốt hơn Gia nhiệt gúp nhựa bám chắc vào bề mặt in, hạn chế cong vênh

- Bộ điều khiển: Cung cấp các xung cho việc điều khiển chuyển động chính xác của động cơ bước

- Khối nguồn: Khối nguồn trong máy in 3D có chức năng cung cấp năng lượng đảm bảo cho hoạt động của các bộ phận máy

- Cơ cấu chấp hành: gồm đầu in, quạt tản nhiệt, màn hình, công tắc hành

trình, để thực hiện các lệnh để máy in hoạt đông trơn tru hơn

1.2.3 Nguyên lý hoạt động của máy in

- Chuẩn bị mô hình in: Đầu tiên, tệp mô hình 3D được thiết kế trên phần mềm CAD (ví dụ: AutoCAD, SolidWorks) và sau đó chuyển đổi sang định dạng STL hoặc OBJ, các định dạng phổ biến để in 3D

- Cắt lớp (Slicing): Sau khi có mô hình 3D, phần mềm cắt lớp như Cura hoặc PrusaSlicer sẽ phân chia mô hình thành các lớp mỏng Phần mềm này còn cho phép người dùng tùy chỉnh các thông số in, bao gồm nhiệt độ của đầu phun và bàn in, tốc độ in, cũng như độ dày của từng lớp in, nhằm đảm bảo chất lượng intối ưu

- Nung chảy và đùn vật liệu: Dây nhựa nhiệt dẻo như PLA, PETG hoặc ABS được đưa vào đầu phun và làm nóng đến nhiệt độ từ 200°C đến 250°C Sau khinóng chảy, vật liệu sẽ được đùn ra qua đầu phun, tạo thành các lớp mỏng theo thiết kế

- Đắp lớp từng bước: Đầu phun di chuyển theo các trục XYZ (trục X, Y, Z) để đắp từng lớp mỏng vật liệu lên bàn in Quá trình này tiếp tục cho đến khi mẫu

in hoàn tất Mỗi lớp vật liệu được đắp lên và dính chặt với lớp dưới, hình thành dần dần mô hình 3D

- Hoàn thiện sản phẩm: Sau khi quá trình in kết thúc, sản phẩm có thể cần thêm bước xử lý bề mặt, như mài mịn, sơn phủ hoặc tăng cường độ bền, tùy thuộc vào yêu cầu của sản phẩm

1.3 Thiết kế khung máy

- Thiết kế khung máy dành cho máy in 3D là một bước quan trọng cho việc hình thành nên khung xương cho cả bộ máy, do phải chịu tải cho hầu hết các chi tiết lắp ráp nên việc thiết kế khung nhôm đòi hỏi phải đủ cứng vững,

độ vền và tiết kiệm về giá cả, dễ tháo lắp và sửa chữa trong quá trình lắp ráp

Hình 2: Nhôm định hình 2020, 2040 và 4040

Sử dụng nhôm định hình 2020, 2040 và 4040 [14,15] để chế tạo

1.4 Tính thông số bộ truyền cho cơ cấu dẫn hướng các trục

1.4.1 Cơ cấu dẫn hướng trục X và trục Y

- Thiết lập ban đầu của các cụm trục X và cụm trục Y là bộ truyền động đai

và luôn đạt tốc độ tối đa 60 mm/s, tức là lực quán tính lên cụm đầu in và bàn in luôn đạt giá trị lớn nhất (F max) Bên cạnh đó sự thay đổi tải trọng tại các thời điểm khác nhau có giá trị thay đổi thấp nên giả định F max không đổitại các thời điểm để tiến hành chọn động cơ cho các cụm trục X và Y.a) Chọn động cơ cho các cơ cấu dẫn động cho trục X

- Cơ cấu di chuyển theo trục X

Cấu tạo:

Hình 3: Cấu tạo bộ phận di chuyển theo trục X

- Thông số trục X [16]:

 Khối lượng cụm đầu in ( bao gồm đầu in, quạt và giá đỡ) : m=0,45 kg

 Vận tốc tối đa : v max = 60 mm/s = 0,06 m/s

 Gia tốc trục X ( tra trên máy in 3D) : a =0 ,5 m/s2

 Hiệu suất của hệ thống truyền động đai : ƞ =0 ,95

o Đối với ray dẫn hướng dạng V-slot, μ thường khoảng 0,02 –

004 đối với ma sát lăn

 Lực tác dụng

F =F qt +F ms =0,225+0,176=0 , 4 N

(3.4)

- Tính toán lựa chọn động cơ cho trục X [18]

Công suất tính toán trên trục máy, đối với chế độ tải trọng thay đổi

(3.11)Theo công thức hiệu suất của hệ thống

ƞ t =ƞ đ ƞ ôl2 ƞ brt =0 ,95.0 ,962.0 , 99=0,867

(3.12)Trong đó:

 ƞ t- là hiệu suất của hệ thống = 0,867

 ƞ ol- là hiệu suất của ổ lăn = 0,96

 ƞ đ- là hiệu suất bộ truyền đai = 0,95

 ƞ brt- là hiệu suất của bánh răng = 0,99

Số vòng quay đồng bộ trên trục động cơ được xác định sơ bọ như sau:

n sb =n lv u tsb=82.8=656(vg

ph)(3.13)

 Nhiệt độ tối đa: 80°C

 Điện trở pha (ở 20°C): 5.6Ω / pha

 Khối lượng bàn in ( bao gồm bàn in, giá đỡ) : m=1,2 kg

 Vận tốc tối đa : v max = 60 mm/s = 0,06 m/s

 Gia tốc trục Y ( tra trên máy in 3D) : a =0 ,5 m/s2

 Hiệu suất của hệ thống truyền động đai : ƞ =0 ,95

- Tính toán lựa chọn động cơ cho trục Y [18]

Công suất tính toán trên trục máy, đối với chế độ tải trọng thay đổi

P t =P lv=F V

1000=1 ,22.0 , 06

1000 =7 ,32.10−5Công suất cần thiết trên trục động cơ được xác định theo công thức

P ct=P t

ƞ =7 ,32.10−50,867 =8,443.10−5kW

Theo công thức hiệu suất của hệ thống

ƞ t =ƞ đ ƞ ôl2 ƞ brt =0 ,95.0 ,962

.0 , 99=0,867

Trong đó:

 ƞ t- là hiệu suất của hệ thống = 0,867

 ƞ ol- là hiệu suất của ổ lăn = 0,96

 ƞ đ- là hiệu suất bộ truyền đai = 0,95

 ƞ brt- là hiệu suất của bánh răng = 0,99

Số vòng quay đồng bộ trên trục động cơ được xác định sơ bọ như sau:

n sb =n lv u tsb=82.8=656(vg

ph)(3.13)

 Điện trở pha (ở 20°C): 5.6Ω / pha

Chọn loại đai

- Đai thang thường: Dùng phổ biến dùng khi v < 25 m/s

- Loại tiết diện đai :Ƃ

- Chọn loại dây đai cho bộ truyền là dây đai GT2 [20] với bước răng 2mm và

bề rộng là 6 mm

- Chọn bánh đai là GT2 Timing Pulley :

 Bước đai p =3,14 mm

 Chiều dày răng nhỏ nhất S = 1mm

 Chiều cao răng h = 0,8mm

 Chiều dày đai H = 1,6mm

 Khoảng các từ đáy răng đến đường kính trung bình lớp chịu tải δ

Sau đó: lấy d2 = 14 mm tiêu chuẩn

Sai lệch tỉ số truyền trong khoảng 4% là đạt yêu cầu

K d− ¿Hệ số tải trọng động = 1,1

C ∝− ¿Hệ số ảnh hưởng của góc ôm ∝1 = 1

C1− ¿hệ số ảnh hưởng của chiều dài đai = 0,86

C u−¿Hệ số ảnh hưởng của tỉ số truyền = 1

C z−¿Hệ số ảnh hưởng của sự phân bố không đều tải trọng cho các dây đai =1

[P o] – Trị số của công suất cho phép = 0,56

1.4.2 Cơ cấu dẫn hướng trục Z

- Tương tự các cụm trục X và cụm trục Y luôn đạt tốc độ tối đa 60 mm/s Nên cụm trục Z cũng giả định F max không đổi tại các thời điểm để tiến hành chọn động cơ cho các cụm trục Z

Cơ cấu di chuyển theo trục Z

Cấu tạo:

Hình 5: Cấu tạo bộ phận di chuyển theo trục Z

- Thông số trục Z [16]:

 Khối lượng đầu in và giá đỡ trục X : m=1,5 kg

 Vận tốc tối đa : v max = 60 mm/s = 0,06 m/s

 Gia tốc trục Z ( tra trên máy in 3D) : a =0 ,1m/s2

 Hiệu suất của hệ thống truyền động trục vít : ƞ =0 ,77

- Tính toán lựa chọn động cơ cho trục Z [18]:

Công suất tính toán trên trục máy, đối với chế độ tải trọng thay đổi

Theo công thức hiệu suất của hệ thống

ƞ t =ƞ đ ƞ2ôl ƞ tv =0 ,95.0 ,962

.0 , 99=0,727

Trong đó:

 ƞ t- là hiệu suất của hệ thống = 0,727

 ƞ ol- là hiệu suất của ổ lăn = 0,994

 ƞ đ- là hiệu suất bộ truyền đai = 0,956

 ƞ tv- là hiệu suất của bánh răng = 0,77

Số vòng quay đồng bộ trên trục động cơ được xác định sơ bọ như sau:

 Nhiệt độ tối đa: 80°C

 Điện trở pha (ở 20°C): 5.6Ω / pha

Đường kính trung bình của ren

d2≥√ F

π Ψ H Ψ h[q]=√ 14,865

3 ,14.2.0 ,5.10=0,688(3.32)

Trong đó:

 Hệ số chiều cao đai ốc: Ψ H =2,0

 Hệ số chiều cao ren vuông: Ψ h =0 ,5

 Áp suất cho phép [q] = 10 MPa

- Lấy d2= ¿7 (mm), đường kính ngoài d = 8 (mm), đường kính trong d1=6 mm

, bước ren p = 2mm

Chọn các thông số của ren:

Bước vít : p h =Z h ⋅ p=1.2=2mm

(3.33)Góc vít:

T g=1

3f F a

D03

−d0 3

Với thép 45,σ ch=360MPa, do dó[σ]=σ ch

3 =360

3 =120MPaVậy điểu kiện bền được đảm bảo

trong đó: μ = 2 (vít được ngàm một đầu, một đầu tự do)

Vói λ> 100 dùng công thức Ole để tính tải trọng tới hạn

(3.41)Điều kiện ổn định được đảm bảo