ĐẠI HỌC QUỐC GIA TPHCM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ------------------------- ĐỀ CƯƠNG LUẬN VĂN THẠC SĨ ĐỀ TÀI: TỐI ƯU HÓA CÁC THÔNG SỐ CÔNG NGHỆ QUÁ TRÌNH TẠO MẪU NHANH FDM GVHD: PGS. TS. THÁI THỊ THU HÀ HVTH: NGÔ THỊ HOA MSHV: 10040443 Lớp : Công nghệ chế tạo máy Khóa: 2011 TP.HỒ CHÍ MINH, tháng 12 năm 2012 ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA CƠ KHÍ -----//----- CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự do – Hạnh phúc -----o0o----- ĐỀ CƯƠNG LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên: NGÔ THỊ HOA, MSHV: 11044531 Năm sinh: 06/06/1987, Nơi sinh: Mỏ Cày- Bến Tre Chuyên ngành: Công nghệ chế tạo máy, Khóa: 2011 Đề tài luận văn: TỐI ƯU HÓA CÁC THÔNG SỐ CÔNG NGHỆ QUÁ TRÌNH TẠO MẪU NHANH FDM Cán bộ hướng dẫn Bộ môn quản lý PGS. TS. THÁI THỊ THU HÀ Đề cương luận văn: Tối ưu hóa các thông số công nghệ quá trình tạo mẫu nhanh FDM NHẬN XÉT CỦA CÁN BỘ HƯỚNG DẪN ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………. ………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………… Tp.HCM, ngày tháng năm 20 Cán bộ hướng dẫn HVTH: Ngô Thị Hoa_11044531 i GVHD: PGS.TS: Thái Thị Thu Hà Đề cương luận văn: Tối ưu hóa các thông số công nghệ quá trình tạo mẫu nhanh FDM NHẬN XÉT CỦA CÁN BỘ PHẢN BIỆN ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………. ………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………… Tp.HCM, ngày tháng năm 20 Cán bộ phản biện HVTH: Ngô Thị Hoa_11044531 ii GVHD: PGS.TS: Thái Thị Thu Hà Đề cương luận văn: Tối ưu hóa các thông số công nghệ quá trình tạo mẫu nhanh FDM NHẬN XÉT CỦA CÁN BỘ PHẢN BIỆN ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………. ………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………… Tp.HCM, ngày tháng năm 20 Cán bộ phản biện HVTH: Ngô Thị Hoa_11044531 iii GVHD: PGS.TS: Thái Thị Thu Hà Đề cương luận văn: Tối ưu hóa các thông số công nghệ quá trình tạo mẫu nhanh FDM Mục Lục    1.Tổng quan về đề tài 1 1.1 Tổng quan công nghệ tạo mẫu nhanh: .1 1.1.1 Khái niệm về công nghệ tạo mẫu nhanh: .1 1.1.2 Tầm quan trọng của công nghệ tạo mẫu nhanh 1 1.1.3 Các phương pháp tạo mẫu nhanh .2 1.2. Tổng quan về công nghệ FDM .3 1.2.1. Nguyên lý chung của tạo mẫu nhanh theo công nghệ FDM .3 1.2.2 Ưu nhượt điểm và phạm vi ứng dụng của công nghệ tạo mẫu nhanh FDM .4 1.2.3 Thiết bị FDM 11 1.2.4 Vật liệu sử dụng trong máy FDM .13 1.2.4 Các thông số công nghệ của máy .15 1.2.5 Các chỉ tiêu đánh giá: .17 1.3. Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước 20 1.3.1Tình hình nghiên cứu ở trong nước 20 1.3.2 Tình hình nghiên cứu ngoài nước .20 1.4 Nhận xét chung: 30 1.5 Xác định nhiệm vụ nghiên cứu: .31 2.Tính cấp thiết của đề tài .32 3.Mục tiêu của luận văn 32 4.Nội dung thực hiện của luận văn .32 5.Phương pháp nghiên cứu .33 6.Ý nghĩa khoa học của luận văn .33 7.Ý nghĩa thực tiễn của luận văn .33 9.Dự kiến kết quả đạt được của luận văn .34 10.Kế hoạch thực hiện 34 HVTH: Ngô Thị Hoa_11044531 iv GVHD: PGS.TS: Thái Thị Thu Hà Đề cương luận văn: Tối ưu hóa các thông số công nghệ quá trình tạo mẫu nhanh FDM TỐI ƯU HÓA CÁC THÔNG SỐ CÔNG NGHỆ QUÁ TRÌNH TẠO MẪU NHANH FDM 1. Tổng quan về đề tài 1.1 Tổng quan công nghệ tạo mẫu nhanh: 1.1.1 Khái niệm về công nghệ tạo mẫu nhanh: Theo bài báo cáo của Woler 2002, tạo mẫu nhanh (RP) được định nghĩa như kỹ thuật gia công đặc biệt tạo ra mô hình sản phẩm nhanh chóng và những mẫu chi tiết từ dữ liệu 3D được sử dụng để tạo nên mô hình vật thể thật. Hệ thống tạo mẫu nhanh cho phép xây dựng mô hình vật thể bằng cách đắp dần vật liệu theo từng lớp theo chiều dọc, bằng cách thêm vào trái ngược với qui trình gia công thông thường là bớt hoặc loại bỏ vật liệu ra khỏi phoi. Do đó, những mô hình phức tạp và khó khăn hơn vẫn có thể được tạo nên với hệ thống tạo mẫu nhanh[1]. Một mặc khác, RP là một trong những kỹ thuật phổ biến cho phép sản phẩm được tạo nên mà không cần tốn kém cho những công cụ gia công thông thường cho đối tượng đầu tiên và không cần triển khai các dịch vụ rèn luyện kỹ năng cho thợ sản xuất khuôn mẫu. 1.1.2 Tầm quan trọng của công nghệ tạo mẫu nhanh Công nghệ tạo mẫu nhanh có rất nhiều ưu điểm nổi bậc so vơi phương pháp gia công truyền thống, đó cũng là tầm quan trọng của công nghệ này. sau đây là một số ưu điểm của công nghệ tạo mẫu nhanh: • Hình dung ra sản phẩm tốt hơn bản vẽ. • Tăng khả năng quan sát của chi tiết, người thiết kế sau khi thiết kế vài giờ sẽ tạo ra sản phẩm thật 3 chiều, có thể quan sát sản phẩm rất nhanh chóng mà không cần qua quá trình gia công phức tạp. • Giúp nhà thiết kế đưa sản phẩm ra thi trường nhanh chóng kip thời với nhu cầu xã hội • Kiểm tra được độ chính xác của khuôn mẩu trước khi đưa vào sản xuất hàng lọt • Giảm được thời gian và chi phí trong việc thiết kế và tìm ra sản phẩm mới HVTH: Ngô Thị Hoa_11044531 1 GVHD: PGS.TS: Thái Thị Thu Hà Đề cương luận văn: Tối ưu hóa các thông số công nghệ quá trình tạo mẫu nhanh FDM • Chế tạo được những sản phẩm phức tạp nhờ vào phương pháp đắp dần vật liệu • Phương pháp tạo mẫu nhanh đã tạo một kênh thông tin hiệu quả giữa các nhà thiết kế với nhau, giữa nhà thiết kế với nhà sản xuất và người tiêu dùng, nhằm thỏa mãn tốt nhất nhu cầu và khả năng của thị trường. 1.1.3 Các phương pháp tạo mẫu nhanh Trên thế giới hiện nay có khoảng hơn 30 công nghệ chế tạo mẫu nhanh đang được sử dụng và thương mại hoá. Trong đó, nhiều công nghệ có những đặc điểm chung về vật liệu sử dụng, nguồn năng lượng, phương pháp tạo mẫu. – Phân loại theo vật liệu sử dụng để tạo mẫu nhanh. – Phân loại nguyên lí tạo vật thể. + Lắng đọng vật chất, chẳng hạn như SLA, SLS: + Đùn vật liệu, chẳng hạn như FDM; + Xếp dán các mặt biên dạng cắt lớp, chẳng hạn như LOM, SGC – Phân loại theo vật liệu hỗ trợ: + Không cần thêm vào vật liệu hỗ trợ, chẳng hạn như SLS, LOM, SGC, 3DP: + Cần thêm vào một loại vật liệu hỗ trợ, chẳng hạn như FDM, SLA. – Phân loại theo tính chất kết nối vật liệu: tính chất hóa học hay tính chất vật lí. Vật liệu tạo mẫu nhanh, dựa vào sự thay đổi tính chất hóa học của vật liệu tạo hình để tạo ra thay đổi hóa học SL, SGC. Như vậy quá trình tạo mẫu nhanh dựa trên việc chiếu tia mang năng lương cao (laser) vào vật liệu, vật liệu tạo mẫu sẽ thay đổi tính chất hóa học do laser gây ra. Dựa trên các hiệu ứng vật lý như khuếch tán, liên kết phân tử, hấp phụ, chuyển động vật chất mà giúp cho sự liên kết của các thành phần phân tử của vật chất lại với nhau, giúp cho quá trình tạo mẫu nhanh được thực hiện, mặc dù các phân tử hóa học có dịch chuyển nhưng nó chỉ là sự thay đổi tính chất vật lí của vật liệu chứ không ảnh hưởng đến tính chất hóa học của vật liệu. Tạo mẫu nhanh dựa vào phương pháp liên kết dính vật liệu. Quá trình tạo mẫu nhanh của phương pháp liên kết dính là dựa vào một chất keo dính để các lớp vật liệu được nối kết lại với nhau trong quá trình tạo mẫu nhanh, ví dụ nhhư công nghệ LOM, SLS, 3DP. Sự kết nối vật liệu dựa vào hiện tượng hóa lỏng rồi đông đặc lại thường được dùng trong công nghệ FDM 3D Plotting, MJS, CC, SLS [2] HVTH: Ngô Thị Hoa_11044531 2 GVHD: PGS.TS: Thái Thị Thu Hà Đề cương luận văn: Tối ưu hóa các thông số công nghệ quá trình tạo mẫu nhanh FDM 1.2. Tổng quan về công nghệ FDM 1.2.1. Nguyên lý chung của tạo mẫu nhanh theo công nghệ FDM FDM là một trong những công nghệ tạo mẫu nhanh bằng phương pháp lắng động vật liệu rồi hóa rắn tạo từng lớp tạo nên cấu trúc chi tiết. Vật liệu ban đầu được cấp từ cuộn dây cấp liệu, vật liệu dây sẽ được kéo bởi hệ thống các con lăn. Các con lăn có nhiệm vụ kéo và đưa vật liệu vào hệ thống đầu đùn, trong quá trình di chuyển đến miệng vòi đùn, vật liệu sẽ đi qua bộ phận gia nhiệt và được gia nhiệt và hóa dẻo, sau đó được ép ra ngoài bởi một áp lực sao cho tốc độ ra và tốc độ hóa dẻo tương ứng với nhau, cùng với quá trình ép vật liệu ra khỏi vòi đùn thì đầu đùn cũng di chuyển theo biên dạng 2D tương ứng với lớp cắt chi tiết trên mô hình ảo của phần mềm hỗ trợ, sau khi quét xong một biên dạng 2D, cùng lúc đó, đầu đùn cũng sẽ đùn ra một biên dạng 2D tương ứng với biên dạng mà đầu đùn đã quét, cứ như vật, quá trình quét từng lớp sẽ tạo ra các lớp đùn được xếp chồng lên nhau và được kết dính lại trong quá trình chuyển pha từ dẻo sang rắn của vật liệu tạo mẫu. Một mẫu được tạo hình hoàn tất khi tất cả các biên dạng được đùn ra hết và kết dính từng lớp lại với nhau. HVTH: Ngô Thị Hoa_11044531 3 GVHD: PGS.TS: Thái Thị Thu Hà Hình 1.1 Cấu tạo và nguyên lý làm việc của hệ thống FDM Đề cương luận văn: Tối ưu hóa các thông số công nghệ quá trình tạo mẫu nhanh FDM Tổng quát, quy trình FDM bao gồm các bước cơ bản để tạo ra mô hình chi tiết như sau:thiết kế mô hình CAD, chuyển đổi mô hình CAD sang định dạng STL(Stereolithography), máy tính phân tích file .STL để xác định rõ ràng mô hình cho sản xuất và cắt lớp mỏng trên mặt cắt ngang, sự tạo thành mô hình theo từng lớp chồng lên nhau, làm sạch và hoàn thành[3]. Hình 1.2 Hình ảnh minh họa qui trình tạo ra mô hình chi tiết của máy FDM 1.2.2 Ưu nhượt điểm và phạm vi ứng dụng của công nghệ tạo mẫu nhanh FDM. Qui trình FDM có những thuận lợi bao gồm sử dụng vật liệu đa dạng, dễ dàng thay đổi vật liệu, chi phí bảo trì thấp và có khả năng sản xuất những chi tiết mỏng, không gia công, không có vật liệu độc hại và rất rắn chắt. Mặt khác, nó tồn tại một vài bất lợi như là có đường gân giữa những lớp, đầu đùn phải di chuyển liên tục hoặc vật liệu va đụn, có thể cần phần hổ trợ, nhiệt độ dao động trong suốt quá trình sản xuất có thể dẫn đến tách tấm [6] • Ưu điểm: HVTH: Ngô Thị Hoa_11044531 4 GVHD: PGS.TS: Thái Thị Thu Hà [...]... tính kỹ thuật xây dựng để tạo nên thông số Toolpath-filling Một số máy trên thị trường HVTH: Ngô Thị Hoa_ 11044531 11 GVHD: PGS.TS: Thái Thị Thu Hà Đề cương luận văn: Tối ưu hóa các thông số công nghệ quá trình tạo mẫu nhanh FDM Hình 1.6 hình ảnh minh họa một số máy FDM trên thị trường Bảng thông số của một số loại máy FDM trên thị trường Máy TS FDM 200mc FDM 300mc FDM 400mc FDM 900mc Kích thước máy 46... trọng và tương tác của chúng HVTH: Ngô Thị Hoa_ 11044531 23 GVHD: PGS.TS: Thái Thị Thu Hà Đề cương luận văn: Tối ưu hóa các thông số công nghệ quá trình tạo mẫu nhanh FDM Từ các thông số thu thập được ta thiết lập các đề xuất tối ưu cho quá trình Hình 1.13 Chiều dày lớp vật liệu Bảng các thông số và mức làm việc HVTH: Ngô Thị Hoa_ 11044531 24 GVHD: PGS.TS: Thái Thị Thu Hà Đề cương luận văn: Tối ưu hóa... tích thiết kế mô hình máy và thiết kế mô hình tích hợp máy tạo mẫu nhanh dùng phương pháp đùn[8] 1.3.2 Tình hình nghiên cứu ngoài nước Bài báo cáo khoa học của Sood,A.K., Ohdar,R.K and Mahapatra,S.S (2009) [1] HVTH: Ngô Thị Hoa_ 11044531 20 GVHD: PGS.TS: Thái Thị Thu Hà Đề cương luận văn: Tối ưu hóa các thông số công nghệ quá trình tạo mẫu nhanh FDM Bài báo cáo trình bày nghiên cứu các thông số ảnh hưởng... hình thành chi tiết 0.0810, góc đùn 600, chiều rộng mỗi đường đùn 0.40661mm và khoảng cách giữa 2 đường đùn là 0.00799mm HVTH: Ngô Thị Hoa_ 11044531 22 GVHD: PGS.TS: Thái Thị Thu Hà Đề cương luận văn: Tối ưu hóa các thông số công nghệ quá trình tạo mẫu nhanh FDM Báo cáo khoa học của Bharath V, Dharma PN, Mark H: [9] Trong quá trình tạo mẫu nhanh, bề mặt hoàn thiện là rất quan trọng vì nó có thể ảnh hưởng... trong ngành y khoa Đối với kỹ thuật phục hồi chức năng, công nghệ tạo mẫu nhanh tạo ra các chi tiết giả để phục vụ cho những nạn nhân bị mất những bộ phận trong tai nạn, với thời gian phục hồi nhanh, tạo hình để liên kết các bộ phận giả và cơ thể, đảm bảo đạt múc đích chức năng mà không làm người sử dụng Hình 1.10 Mẫu ứng dụng trong y học HVTH: Ngô Thị Hoa_ 11044531 9 GVHD: PGS.TS: Thái Thị Thu Hà Đề... Báo cáo khoa học của Michael Montero, Shad Roundy, Dan Odell, Sung-Hoon Ahn and Paul K Wright: 2001 [10] Phân tích mô tả các thuộc tính của mẫu nhựa ABS được gia công bằng máy FDM 1650 Sử dụng thiết kế của phương pháp tiếp cận (DOE) thử nghiệm, các thông số quá trình FDM Hình dạng của mẫu vật thử nghiệm độ bền kéo là dựa trên tiêu chuẩn ASTM 638 Hình 1.14 mẫu thí nghiệm chịu kéo HVTH: Ngô Thị Hoa_ 11044531... là 0 , góc đùn là 30 , khoảng cách giữa những lần đùn 0.008mm, độ rộng của mỗi lần đùn 0.45064mm HVTH: Ngô Thị Hoa_ 11044531 29 GVHD: PGS.TS: Thái Thị Thu Hà Đề cương luận văn: Tối ưu hóa các thông số công nghệ quá trình tạo mẫu nhanh FDM Bài nghiên cứu của O S Es-Said, J Foyos, R Noorani, M Mendelson, R Marloth and B A Pregger Trong bài Es said et al chỉ ra rằng sự định hướng của những đường đùn tạo... / - 0,007 in + / - 0,005 in + / - 0,005 in Nhiệt độ làm Tùy vào vật Tùy vào vật Tùy vào vật Tùy vào vật việc liệu liệu liệu liệu Phần mềm Insight Insight Insight Insight HVTH: Ngô Thị Hoa_ 11044531 12 in GVHD: PGS.TS: Thái Thị Thu Hà Đề cương luận văn: Tối ưu hóa các thông số công nghệ quá trình tạo mẫu nhanh FDM 230 VAC, 230 VAC, 230 VAC, 50/60 Hz, 50/60 Hz, 50/60 Hz, 50/60 Hz, 3 pha, 3 pha, 3 pha,... thấp, độ co rút thấp, các tính chất cơ học tốt, độ bám dính tốt và có độ ẩm thấp Từ những điều kiện trên ta lựa chọn nhựa ABS làm vật liệu cho qui trinh tạo mẫu nhanh FDM HVTH: Ngô Thị Hoa_ 11044531 13 GVHD: PGS.TS: Thái Thị Thu Hà Đề cương luận văn: Tối ưu hóa các thông số công nghệ quá trình tạo mẫu nhanh FDM Đặc tính của nhựa ABS: Nhựa ABS là một hỗn hợp của các loại vô định hình, có cấu trúc hai... polybutadiene Các đặc tính của ABS chủ yếu phụ thuộc vào tỷ lệ của ba đơn phân và cấu trúc phân tử của hai giai đoạn Vật liệu ABS có kích thước ổn định và độ chịu va đập cao[4] HVTH: Ngô Thị Hoa_ 11044531 14 GVHD: PGS.TS: Thái Thị Thu Hà Đề cương luận văn: Tối ưu hóa các thông số công nghệ quá trình tạo mẫu nhanh FDM Vật liệu đỡ: Yêu cầu vật liệu đỡ: vật liệu đỡ dễ dàng bóc tách có thể chịu được nhiệt độ . Toolpath-filling. Một số máy trên thị trường HVTH: Ngô Thị Hoa_ 11044531 11 GVHD: PGS.TS: Thái Thị Thu Hà Hình 1.5 Vỏ bọc động. tháng năm 20 Cán bộ phản biện HVTH: Ngô Thị Hoa_ 11044531 ii GVHD: PGS.TS: Thái Thị Thu Hà Đề cương luận văn: Tối ưu