TỔNG QUAN
Giới thiệu tình hình nghiên cứu hiện nay
Trong bối cảnh thế giới ngày càng phát triển, nhu cầu sáng tạo của con người ngày càng tăng cao, điều này đã thúc đẩy sự ra đời và phát triển của máy in 3D Công nghệ in 3D, ra đời từ những năm 1980, đã chứng minh vai trò quan trọng trong nhiều lĩnh vực như tạo mẫu, mô hình, xây dựng và y tế, với đa dạng vật liệu Tại Việt Nam, cộng đồng in 3D phát triển mạnh mẽ nhờ vào mã nguồn mở và dễ dàng tìm mua linh kiện lắp ráp máy in Đặc biệt, máy in sử dụng Arduino nhận được nhiều hỗ trợ từ các diễn đàn công nghệ Tuy nhiên, những hạn chế về công nghệ, sự ổn định của máy in tự lắp ráp còn chưa tốt và giá thành cao của máy in 3D thương mại đã ảnh hưởng đến sự phát triển của thị trường này.
Máy in 3D tự gia công hiện vẫn chủ yếu phục vụ cho mục đích nghiên cứu cá nhân, với khả năng thương mại hóa chưa cao Tuy nhiên, đây là một lĩnh vực tiềm năng đang thu hút sự quan tâm của nhiều nhà nghiên cứu và những người sáng tạo, mở ra cơ hội phát triển mới trong tương lai.
Tính cấp thiết của ề tài
Để đáp ứng nhu cầu sáng tạo ngày càng cao trong các ngành nghề, đặc biệt là ngành tạo mẫu và tạo khuôn, công nghệ in 3D đã phát triển mạnh mẽ.
Công nghệ in 3D đang ngày càng phổ biến nhờ những ưu điểm nổi bật như khả năng in từ nhiều loại vật liệu (nhựa, kim loại, thực phẩm), thời gian in nhanh, độ bền và độ chính xác cao, cùng với việc tiết kiệm chi phí tạo khuôn Công nghệ này đã được ứng dụng rộng rãi trong các ngành kỹ thuật, công nghiệp, sản xuất và y tế, và có tiềm năng thay thế các công nghệ tạo mẫu truyền thống Đặc biệt, in 3D cho phép xây dựng các mô hình vật thể một cách hoàn chỉnh và chính xác, mang lại nhiều ứng dụng to lớn trong lĩnh vực y học.
Mục tiêu nghiên cứu
- Hiểu ƣợc nguyên lý hoạt ộng công nghệ in 3D
- Hoàn thành mô hình máy in 3D ho n chỉnh
- In ƣợc các sản phẩm có ộ chính xác về hình dạng, kích cỡ, ủ ộ bền, ẹp.
Nhiệm vụ nghiên cứu
- Tìm hiểu các dạng máy in 3D, các công nghệ in 3D
- Lựa chọn úng các thiết bị iện v cơ khí ể lắp ráp ƣợc một máy in 3D ho n chỉnh
- Sử dụng, thiết lập ƣợc firmware v software về máy in 3D
- Khắc phục các sự cố khi in 3D.
Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu
- Phần mềm sử dụng ể in 3D.
Phương pháp nghiên cứu
- Tìm hiểu nguyên lý hoạt ộng của máy in 3D Prusa I3
- Tìm v tham khảo các t i nguyên về máy in 3D
- Tìm hiểu các linh kiện cơ khí v iện tử sẽ sử dụng
- In thử các mẫu, hiệu chỉnh máy in cho phù hợp
- Tìm nguyên nhân và biện pháp khắc phục khi mẫu in bị lỗi.
Bố cục của Đồ án
Đồ án gồm 5 chương với các nội dung như sau:
Chương 4 K T QUẢ, NHẬN XÉT VÀ SO SÁNH
Chương 5 K T UẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN
CƠ SỞ LÝ THUY T
Công nghệ in 3D trên thị trường
Trên thị trường hiện nay, có rất nhiều ơn vị cung cấp các chủng loai máy in 3D khác nhau a dạng v o phong phú
Về mặt công nghệ, các máy in 3D trên thị trường sử dụng các công nghệ như SLA,
Công nghệ in 3D FDM (Fused Deposition Modeling) đang trở nên phổ biến tại Việt Nam, đặc biệt trong cộng đồng máy tự gia công Các phương pháp in 3D khác như JP, SLS, 3DP và LOM cũng góp phần vào sự phát triển của ngành công nghiệp này.
Nguyên tắc cơ bản của máy in 3D là lần lượt xếp chồng các lớp vật liệu lên nhau để tạo thành hình dạng sản phẩm Với sự đa dạng về chất liệu in và kích thước, máy in 3D có thể được ứng dụng trong nhiều ngành nghề khác nhau.
2.1.1 Stereolithography (SLA) Đƣợc Charles Hull ăng ký bản quyền lần ầu tiên v o năm 1986 SLA l một phương thức ột phá tạo ra một ối tượng 3D hữu hình từ những dữ liệu số tại thời iểm khai sinh ra công nghệ máy in 3D
Công nghệ SLA sử dụng tia sáng như laser, tia UV hoặc ánh sáng thông thường để làm cứng lớp photopolymer lỏng, tạo ra vật thể 3D từng lớp một Đây là công nghệ tiên tiến nhất hiện nay với độ chính xác cao và khả năng tạo ra các chi tiết tinh xảo.
- Ƣu iểm: Tạo ra các mô hình có ộ chi tiết cao, sắc nét v chính xác
- Nhƣợc iểm: Vật liệu in 3D khá ắt, sản phẩm in 3D bị giảm ộ bền khi ể lâu dưới ánh sáng mặt trời
- Vật liệu in: Photopolymer lỏng
Hình 2.1 Công nghệ in SLA
Công nghệ JP tương tự như công nghệ SLA, nhưng khác biệt ở chỗ nguyên liệu không được chứa trong bồn mà được phun ra giống như máy in phun Đồng thời, quá trình này đi kèm với một đầu phun chiếu UV, giúp làm cứng lớp photopolymer vừa được phun ra.
Vì vậy, công nghệ cho phép in nhiều loại vật liệu trên cùng một vật thể in, mỗi bình mực in l một loại vật liệu
Công nghệ in ƣu iểm cho phép sử dụng nhiều vật liệu và màu sắc trong cùng một sản phẩm, mang đến tính đa dạng và sáng tạo Với độ phân giải và thời gian in tối ưu, công nghệ này được xem là đối thủ cạnh tranh mạnh mẽ với công nghệ SLA.
- Nhược iểm: Các máy in 3D dùng công nghệ JP thường có giá rất ắt, vật liệu dùng ể ỡ mô hình yếu ớt
- Vật liệu in: Photopolymer lỏng
Hình 2.2 Công nghệ in JP
Công nghệ FDM (Fused Deposition Modeling) sử dụng nguyên liệu nhựa dạng sợi, được nung nóng và phun ra theo biên dạng của từng lớp Quá trình này lặp lại để tạo thành sản phẩm 3D bằng cách chồng các lớp lên nhau FDM là công nghệ in 3D phổ biến nhất hiện nay nhờ vào sự đơn giản và dễ dàng trong việc chế tạo Các loại máy in 3D sử dụng công nghệ này bao gồm máy in Cartesian, Delta và Polar.
- Ƣu iểm: giá rẻ v dễ chế tạo, cộng ồng mã nguồn mở phong phú
- Nhƣợc iểm: ít ƣợc dùng cho các chi tiết cần ộ chính xác cao Khả năng chịu lực cho 3 trục không ồng ều
- Vật liệu in: Nhựa PLA, ABS
Hình 2.3 Công nghệ in FDM
Công nghệ SLS thường ược sử dụng trong kỹ thuật ể tạo ra những sản phẩm a dạng
Công nghệ SLS sử dụng nguyên liệu dạng bột được chứa trong các bồn, nơi các lớp bột được xếp chồng lên nhau bằng các bánh lăn Quá trình này vừa cuộn vừa kéo để làm phẳng vật liệu thành lớp mỏng Biên dạng lớp được hình thành thông qua việc sử dụng tia laser, giúp làm nóng chảy bột để liên kết lớp trên với lớp dưới.
Ưu điểm của công nghệ in 3D là khả năng tạo ra các chi tiết yêu cầu độ mỏng hay độ dẻo cao, cũng như các chi tiết rỗng phức tạp Công nghệ này cho phép đạt được độ mịn cao hơn hẳn so với công nghệ FDM truyền thống.
- Nhƣợc iểm: Giá th nh cao cho cả thiết bị in v vật liệu in Tiêu tốn nhiều vật liệu in
- Vật liệu in: Bột nylon11, nylon12, PEEK (Polyetheretherketone, polymer hữu cơ dùng trong kỹ thuật),…
Hình 2.4 Công nghệ in SLS
Công nghệ này áp dụng nguyên lý tạo lớp tương tự như công nghệ SLS, nhưng phần liên kết giữa các lớp lại giống với công nghệ in phun 2D.
Mực in lúc n y vừa l m u sắc, vừa l keo liên kết các hạt bột với nhau Công nghệ n y có thể in ƣợc m u sắc cho vật thể giống nhƣ máy in phun m u
Hình 2.5 Công nghệ in 3DP
Công nghệ LOM (Layered Object Manufacturing) sử dụng nguyên liệu như giấy và gỗ, cho phép tạo ra các vật thể 3D bằng cách cắt các lớp vật liệu thành từng tờ hoặc lát mỏng Mỗi lớp được cắt bằng tia laser hoặc dụng cụ cắt và sau đó được dán chồng lên nhau, tạo thành hình dáng mong muốn Công nghệ này cũng cho phép tạo ra các vật thể với màu sắc tùy theo thiết kế.
Hình 2.6 Công nghệ in LOM
Một số máy in 3D thương mại
Máy in 3D có nhiều loại với giá cả, kích thước và độ chính xác khác nhau, nhưng tất cả đều phụ thuộc vào công nghệ in 3D được sử dụng Bài viết này sẽ tập trung vào các máy in 3D được hình thành từ công nghệ Fused Deposition Modeling (FDM).
Máy in 3D sử dụng công nghệ Cartesian di chuyển đầu in theo ba trục X, Y, Z để tạo ra các lớp cho phôi mẫu Một trong những đại diện tiêu biểu của dòng máy này là Prusa I3.
+ Dễ lắp ặt v nguồn nguyên liệu dễ tìm
+ Đƣợc hỗ trợ mã nguồn từ các cộng ồng máy in 3D
+ Dễ căn chỉnh khi sử dụng
+ Phù hợp với người mới v các mô hình máy in 3D tự gia công
+ Chỉ phù hợp với chi tiết yêu cầu mức ộ tinh xảo bình thường (phôi mẫu…)
+ Hay rung lắc do l m giảm ộ chính xác của máy
+ Hạn chế khi cần in những mẫu có chiều cao lớn
Trong trường hợp này, đầu ùn nhựa sẽ di chuyển theo ba trục thẳng góc với nhau, tạo thành hình tam giác Với bố trí này, công nghệ in Delta cho phép sản xuất các vật thể có độ chính xác cao và chiều cao lớn.
+ Hoạt ộng êm, ít rung, ộ chính xác cao
+ Cho phép in các vật có chiều cao lớn
+ Khó lắp ráp v căn chỉnh
+ Hạn chế chiều d i v rộng với máy nhỏ
Khác với hệ tọa độ Cartesian, hệ tọa độ Polar có nguyên lý hoạt động phức tạp hơn Trong khi Cartesian sử dụng lưới vuông để xác định tọa độ, Polar lại dựa trên lưới tròn Trong hệ Polar, điểm tọa độ được xác định bằng cách sử dụng góc và khoảng cách từ điểm gốc, cho phép việc di chuyển theo các hướng khác nhau như lên, xuống, trái và phải.
+ Hoạt ộng ổn ịnh ít rung lắc
+ Chỉ vần 2 ộng cơ bước
+ Có nhiều không gian hơn không gian hạn chế
+ Khó lắp ráp căn chỉnh
Các linh kiện của máy in 3D
Sau khi phân tích và lựa chọn từ các công nghệ cũng như loại máy in 3D hiện có trên thị trường, nhóm đã quyết định nghiên cứu và phát triển máy in có dạng Cartesian Quyết định này được đưa ra do sự phổ biến, tính đơn giản trong lắp ráp, và sự phù hợp với khối lượng công việc cũng như tiến độ thực hiện của đồ án.
Máy in 3D dạng Cartesian hoạt động dựa trên ba trục X, Y và Z, trong đó trục X và Y được truyền động bằng dây curoa và bánh răng, còn trục Z sử dụng vitme để truyền động Đặc biệt, trục Z yêu cầu độ chính xác cao và khả năng hãm khi không in để đảm bảo chất lượng sản phẩm.
Hình 2.10 Máy in 3D dạng Cartesian Thành phần cụ thể v chức năng của máy in 3D sẽ lần lƣợt ƣợc trình b y ở các mục tiếp theo
Arduino Mega 2560 là một bo mạch vi điều khiển sử dụng ATmega2560, nổi bật với tốc độ xử lý cao và số lượng chân ngoại vi lớn Bo mạch này hoàn toàn tương thích với các board như Arduino Uno và hoạt động ở điện áp 5VDC.
Về cơ bản, Arduino Mega2560 R3 vẫn giống Arduino Uno R3, chỉ khác số lƣợng
Bàn in Đầu ùn nhựa chân v nhiều tính năng mạnh hơn Bên cạnh ó còn tương thích nhiều board mở rộng (shield) với ứng dụng phong phú
Hình 2.11 Board Arduino Mega 2560 Bảng 2.1 Thông số kỹ thuật Arduino Mega 2560
Vi iều khiển ATmega2560 Điện áp hoạt ộng 5V DC
Số chân digital 54 (15 chân PWM: 2-13, 44, 45, 46)
Giao tiếp UART 4 bộ UART
Giao tiếp SPI 1 bộ (chân 50 – 53) dùng với thƣ viện SPI
Bộ nhớ Flash 256 KB, 8KB sử dụng cho Bootloader
Sơ ồ nguyên lý của Arduino Mega 2560 R3 ƣợc trình b y ở hình 2.12.
Hình 2.12 Sơ ồ nguyên lý Arduino Mega 2560
Một số shield cho Arduino Mega 2560 R3:
Hình 2.13 GSM/GPRS/GPS Shield
RAMPS 1.4 (Reprap Arduino Mega Pololu Shield) l board mở rộng cắm trên Arduino Mega 2560 v dùng ể iều khiển các máy in 3D Reaprap (mã nguồn mở Marlin) cũng nhƣ các ứng dụng khác
Sơ ồ nguyên lý Ramps 1.4 ƣợc trình b y nhƣ hình 2.16
Hình 2.16 Sơ ồ nguyên lý board Ramps 1.4
- Tương thích Arduino Mega 2560/Mega 1280
- Hỗ trợ 5 khe cắm module DRV8825/A4988 (Stepper Motro Driver)
- Hỗ trợ iều khiển tối a 5 stepper motor cho máy CNC 5 trục
- Điện áp hoạt ộng: 5V ( ƣợc cấp từ Board Arduino)
Động cơ bước, với khả năng chuyển động góc quay chính xác và ổn định, cho phép cố định roto ở vị trí cần thiết, đồng thời điều khiển tốc độ và chiều quay Chính vì những đặc tính này, động cơ bước thường được sử dụng trong các máy in 3D để điều khiển các cơ cấu di chuyển.
Các ộng cơ bước trên thị trường có góc quay 0.9º, 1.8º, 3.6º,…với số dây: 4, 5, 6, 8 dây Thông dụng nhất l loại 1.8º, 6 dây nhƣ hình 2.17
Hình 2.17 Động cơ bước STP-43D2033 Bảng 2.2 Thông số kỹ thuật ộng cơ bước STP-43D2033
Số pha 2 Điện áp 12VDC
Chiều d i trục 17,27 mm Đường kính trục 4,83 mm Điện trở 3.0Ω/Phase Điện áp ịnh mức 2.52V
Dòng iện ịnh mức 1700 mA
Momen xoắn của động cơ là 362 mN.m, với mỗi 1.8º quay tương ứng với 1 bước, tức là để quay 200 bước, động cơ sẽ hoàn thành một vòng Để tăng độ chính xác cho động cơ, có thể điều khiển ở chế độ Halfstep hoặc Microstep bằng cách sử dụng driver động cơ bước Cụ thể, động cơ bước có góc quay 1.8º khi điều khiển ở chế độ Halfstep cần 400 bước để hoàn thành một vòng, với mỗi bước tương đương 0.9º.
DRV8825 là một driver điều khiển động cơ bước nhỏ gọn, hỗ trợ nhiều chế độ điều khiển như Full step, half step, 1/4, 1/8, 1/16 và 1/32 Nó cho phép điều chỉnh dòng ra cho động cơ và tự động ngắt điện khi quá nhiệt, đảm bảo an toàn và hiệu suất hoạt động.
- Điện áp ộng cơ: 8.2 – 45V DC
- Chế ộ iều khiển: Full step, half step, 1/4, 1/8, 1/16, 1/32
- Tự ngắt iện khi quá nhiệt
Hình 2.19 Sơ ồ nguyên lý DRV8825 Step Driver
Bảng 2.3 Lựa chọn chế ộ iều khiển cho driver DRV8825
MODE2 MODE1 MODE0 Chế ộ iều khiển
Hình 2.20 Đầu phun Thông số kỹ thuật:
- Kích cỡ ầu phun: 0.4mm
- Chất liệu in: Nhựa ABS hoặc PLA ( ƣờng kính sợi nhựa 1.75 hoặc 3 mm)
- Điện áp hoạt ộng: 12V DC
- Điện áp cảm biến: 12V, nhiệt ộ lên tới 300 °C
Chức năng: Chuyển iện áp th nh nhiệt năng l m chảy nhựa trong quá trình vận hành máy in
Hình 2.21 Endstop Thông số kỹ thuật:
- Điện áp hoạt ộng: 3A 250VAC,5A 125V AC
Chức năng của endstop là kiểm soát chuyển động của các cơ cấu trên trục máy in Khi endstop tại trục nào được tác động, cơ cấu trên trục đó sẽ dừng lại.
Hình 2.22 Quạt tản nhiệt Điện áp hoạt ộng: 12V
Chức năng: Giảm nhiệt ộ nhựa in, l m khô nhựa ể in các lớp tiếp theo
Khung nhôm 20x20 là một phần quan trọng trong cấu trúc của máy in 3D, giúp định hình và hỗ trợ lắp đặt các thành phần khác như động cơ ba trục, bàn in, vít me trục Z và hệ thống chuyển động dây đai.
- Thanh trƣợt, con trƣợt tròn 8mm:
Thanh trượt V có đường kính 8mm đóng vai trò quan trọng trong việc truyền động cho trục X và trục Y thông qua cơ cấu truyền động dây Cơ cấu này cần phải chịu được trọng lượng của bàn in, đảm bảo sự ổn định và hiệu quả trong quá trình vận hành.
Hình 2.25 Góc ke 20x20 mm Chức năng: Gia cố các góc vuông của khuôn nhôm, kích thước 20x20 mm
Hình 2.26 Gối ỡ thanh trƣợt 8mm Chức năng: Cố ịnh thanh trƣợt v o khung nhôm
Hình 2.27 Vitme M5, ai ốc Chức năng: Biến chuyển ộng quay của ộng cơ bước th nh chuyển ộng tịnh tiến theo trục Z của ầu phun
Hình 2.28 Khớp nối 5x5 Chức năng: Kết nối vitme với ộng cơ bước, sử dụng khớp mềm giúp vitme chuyển ộng ƣợc dễ d ng, trơn tru hơn
Hình 2.29 Bánh răng motor Chức năng: Truyền ộng cho dây curoa
Hình 2.30 Dây curoa 6mm Chức năng: Biến chuyển ộng quay của ộng cơ bước th nh chuyển ộng tịnh tiến theo trục X của ầu phun v theo trục Y của b n in
Hình 2.31 Ổ bi 5x16x5mm Chức năng: Giảm ma sát trong quá trình chuyển ộng của dây curoa
Hình 2.32 Vòng bi trƣợt 8x15x24mm Chức năng: Giảm ma sát trong quá trình chuyển ộng trên thanh trƣợt tròn
Mica và kiếng là những vật liệu chính cho bề mặt in trong máy in 3D Vì mô hình không sử dụng bàn gia nhiệt, nên bề mặt in cần phải phẳng và nhẵn để tăng độ dính và giảm tình trạng cong vênh cho mẫu in Kích thước của miếng kính thường tương ứng với kích thước phạm vi in của máy.
- Chi tiết nhựa máy in 3D:
Hình 2.34 minh họa chi tiết nhựa của máy in 3D, bao gồm các bộ phận như thanh trượt, khung nhôm và động cơ bước Việc sử dụng nhựa đặc hoặc sản phẩm từ máy in 3D không chỉ giúp cố định các thành phần mà còn tiết kiệm chi phí sản xuất.
Nhựa máy in 3D là nguyên liệu chính để tạo ra các lớp in 3D dưới dạng sợi rắn Khi được nung chảy, nhựa sẽ được ép qua lỗ cực nhỏ từ 0.1 đến 0.4mm tại đầu ép nhựa Sau đó, nhựa nóng chảy sẽ được xếp chồng lớp để hình thành các mẫu in 3D.
Có nhiều loại nhựa trên thị trường như nhựa ABS, PLA, CF – PLA (Carbon fiber PLA), PETG,… Mô hình máy in n y sử dụng nhựa PLA 1.75 mm.
Mã G-code
G-code (RS – 274): L tên gọi của ngôn ngữ ứng dụng trong iều khiển số (NC – Numerical Control), chủ yếu sử dụng trên máy tính nhằm iều khiển các thiết bị tự ộng (máy CNC, máy in 3D,…)
Thông qua G-code, máy tính có thể ra lệnh cho các thiết bị biết ƣợc phải di chuyển nhƣ thế n o, tốc ộ bao nhiêu, G-code có 2 mã lệnh chính l G v M
Nhóm lệnh G: Đƣợc mã hóa từ G00 ến G99 Lệnh n y quy ịnh sự di chuyển v chế ộ l m việc của máy
Nhóm lệnh M: Bắt ầu từ M00 ến M99, quy ịnh các chức năng phụ v các yêu cầu riêng
Một số mã G-code thường gặp với máy in 3D:
• X: Tọa ộ di chuyển ến trên trục X
• Y: Tọa ộ di chuyển ến trên trục Y
• Z: Tọa ộ di chuyển ến trên trục Z
• E: Lƣợng nhựa ƣợc ùn ra từ iểm xuất phát ến iểm kết thúc (mm)
• F: Feedrate – tốc ộ di chuyển âu phun (mm/phút)
• S: Kiểm tra Endstop (S1: kiểm tra, S0: bỏ qua, mặc ịnh l S0)
+ G2: G2 X Y I J E F (cùng chiều kim ồng hồ)
+ G3: G3 X Y I J E F (ngƣợc chiều kim ồng hồ)
• X: Tọa ộ di chuyển trên trục X
• Y: Tọa ộ di chuyển trên trục Y
• I: Tọa ộ trên trục X của tâm cung tròn dịch chuyển
• J: Tọa ộ trên trục Y của tâm cung tròn dịch chuyển
• E: Lƣợng nhựa ƣợc ùn ra từ iểm xuất phát ến iểm kết thúc (mm)
• F: Feedrate – tốc ộ di chuyển âu phun (mm/phút)
- G90: Chuyển sang tọa ộ tuyệt ối (so với gốc tọa ộ)
- G91: Chuyển sang tọa ộ tương ối (so với tọa ộ hiện tại, thường dùng trong chuyển ộng cong),
2.5 Khái quát về điều khiển PID
Bộ điều khiển PID là một thiết bị điều khiển vòng kín phổ biến trong ngành công nghiệp và các ứng dụng yêu cầu độ chính xác, tốc độ và sự ổn định cao PID giúp giảm thiểu sai lệch giữa giá trị đo được của hệ thống (PV - biến quá trình) và giá trị đặt (SP - điểm đặt) thông qua việc tính toán và điều chỉnh giá trị tại ngõ ra.
Hình 2.36 Sơ ồ khối bộ iều khiển PID
Khái quát về iều khiển PID
Khâu tỉ lệ tạo ra tín hiệu iều khiển tỉ lệ với giá trị của sai lệch:
: Giá trị ngõ ra khâu P
Khâu tích phân cộng thêm tổng các sai số trước ó v o giá trị iều khiển tại ngõ ra:
: Giá trị ngõ ra khâu I
Khâu vi phân cộng thêm tốc ộ thay ổi sai số v o giá trị iều khiển tại ngõ ra:
: Giá trị ngõ ra khâu D
Từ ó, biểu thức cuối cùng của giải thuật PID là:
Chương 3: THI T K VÀ XÂY DỰNG HỆ THỐNG
3.1 Sơ đồ khối hệ thống
3.1.1 Yêu cầu của hệ thống
+ Dùng Cura hiệu chỉnh vật in nạp v o SD card
+ In ƣợc các vật từ ơn giản ến phức tạp
+ Chất lượng sản phẩm ạt yêu cầu: Đúng kích thước, ủ ộ cứng, hạn chế tối a các lỗi
+ Kết nối với máy tính thông qua cổng USB
3.1.2 Sơ đồ và chức năng mỗi khối
Hình 3.1 Sơ ồ khối máy in 3D
- Khối nguồn: Chuyển ổi iện áp từ 220V AC sang 12V DC cung cấp cho khối chấp h nh
- Khối chấp h nh: Gồm ộng cơ bước, quạt, cơ cấu gia nhiệt tại ầu ùn Hoạt ộng dựa trên tín hiệu iều khiển của khối xử lý trung tâm
- Khối xử lý trung tâm: Nhận tín hiệu từ các Endstop, cảm biến, G-Code trên SD card Sau ó khối xử lý trung tâm sẽ iều kiển khối chấp h nh
Khối xử lý trung tâm
3.2 Hoạt động của hệ thống
Tệp có định dạng stl (StereoLithography) được cắt thành nhiều lớp qua phần mềm Cura, tạo ra mã G-code Mã G-code này được chuyển qua thẻ SD card vào khối xử lý trung tâm, kết hợp với các tín hiệu từ cảm biến nhiệt độ và endstop để điều khiển cơ cấu gia nhiệt tại đầu phun và các động cơ bước.
Tại ầu phun, nhựa được nung chảy và di chuyển theo hình dạng, tạo ra các lớp in 3D từ dưới lên, hình thành sản phẩm hoàn chỉnh Quá trình in có thể được thực hiện thông qua máy tính hoặc thẻ nhớ, sử dụng phương pháp chạy G-Code qua thẻ nhớ SD card.
3.3 Thiết kế, tính toán hệ thống a Khối xử lý trung tâm
Trên thị trường hiện nay, có nhiều loại mạch điều khiển cho máy in 3D như MKS Base V1.2, SainSmart Melzi và Shanhai® Gt2560 Những mạch này nổi bật với việc tích hợp sẵn chip ATmega, các linh kiện ngoại vi và driver điều khiển động cơ bước, mang lại sự tiện lợi và hiệu suất cao cho người dùng.
Board Arduino Mega2560, đi kèm với các board mở rộng như RAMPS 1.4 và BAM (Beta Arduino Mega), có thể được sử dụng để điều khiển động cơ bước hiệu quả.
Khi lựa chọn cho dự án của mình, Arduino Mega 2560 kết hợp với RAMPS 1.4 là sự lựa chọn tối ưu nhờ vào tính đơn giản và độ phổ biến trên thị trường với mức giá hợp lý Ngoài việc sử dụng cho máy in 3D, Arduino Mega 2560 còn có khả năng áp dụng cho nhiều ứng dụng khác, mang lại sự linh hoạt cho người sử dụng.
Tùy thuộc vào kích thước của máy in 3D, lực kéo của các động cơ lên các cơ cấu chuyển động sẽ ảnh hưởng đến việc lựa chọn động cơ Trên thị trường hiện có nhiều loại động cơ, nhưng phổ biến nhất là loại 6 dây, 1.8º, với giá thành tương đối hợp lý là động cơ STP-43D2033.
Khối xử lý trung tâm hoạt động với nguồn 5A, và khi kết nối với máy tính, mô hình có thể sử dụng nguồn 5 VDC qua cổng USB để vận hành.
Đối với khối chấp hành bao gồm động cơ bước, quạt, cơ cấu gia nhiệt, yêu cầu về nguồn điện là 12V DC Mỗi động cơ tiêu thụ dòng điện 0.9A, và với tối đa 5 động cơ hoạt động cùng lúc, nguồn cung cấp cần có công suất 12V, 5A.
Hình 3.7 Sơ ồ kết nối các thiết bị máy in 3D Một số lưu ý về các Jumper trên RAMPS 1.4 như sau (từ trái sang):
Step size Jumper 1 Jumper 2 Jumper 3
No No No Full step
Yes No No Half step
Kích thước bước của động cơ bước phụ thuộc vào driver điều khiển Cụ thể, driver DRV8825 hoạt động ở chế độ 1/16 khi cả ba jumper được cắm, và kích thước bước vẫn giữ nguyên ở 1/16 Nếu không sử dụng bàn nhiệt, không cần cấp nguồn 11A và không cần cảm biến nhiệt độ cho bàn nhiệt Hiện tại, mô hình đang sử dụng là mô hình không có bàn nhiệt.
Hình 3.8 Lưu ồ giải thuật máy in 3D
CB hỏng Đọc nhiệt ộ Tăng nhiệt ộ Đọc nhiệt ộ
Hình 3.9 Lưu ồ giải thuật máy in 3D (tt)
CB hỏng In xong Endstop on
Firmware Marlin là một phần mềm được phát triển trên nền tảng Arduino, dành cho các mạch điều khiển máy in 3D sử dụng vi điều khiển AVR của Atmel Ngoài ra, Marlin cũng có thể được tùy chỉnh để hoạt động trên các máy CNC mini, và hiện đang là một trong những firmware mã nguồn mở phổ biến nhất.
Sử dụng Arduino IDE ể chỉnh sửa các tập tin configuration.h nhƣ hình 3.10
Hình 3.10 Thiết lập firmware Marlin
3.6.1 Tốc độ truyền dữ liệu
Máy in 3D và máy tính giao tiếp qua cổng Serial, do đó cần phải cài đặt tốc độ truyền Hai tốc độ phổ biến trong in 3D là 250000 và 115200 Tốc độ cài đặt trên phần mềm phải khớp với tốc độ truyền để đảm bảo hoạt động hiệu quả.
#define MOTHERBOARD 33 Với cấu tạo của máy in dùng Arduino mega+ramps 1.4 sử dụng ầu ùn, một b n in v một quạt thì ƣợc ặt l 33
Máy in 3D thường có một đầu phun mặc định, nhưng có thể mở rộng tối đa lên đến 4 đầu phun Tuy nhiên, khi sử dụng RAMPS 1.4, người dùng chỉ nên tối đa hóa số lượng đầu phun lên đến 2 để đảm bảo hiệu suất hoạt động tốt nhất.
Vì máy in chỉ sử dụng một cảm biến nhiệt ộ tại ầu phun v không dùng b n nhiệt nên ta thiết lập nhƣ sau:
Cảm biến TEMP_SENSOR_BED có thể được điều chỉnh để phù hợp với các loại cảm biến khác Việc điều chỉnh này ảnh hưởng lớn đến tuổi thọ và chất lượng của máy in.
Để thiết lập thông số in 3D, cần căn cứ vào loại vật liệu sử dụng Đối với nhựa PLA, nhiệt độ tối thiểu nên được đặt lớn hơn 230 độ C Tiếp theo, cần thiết lập nhiệt độ tối thiểu để đảm bảo máy chỉ cấp nguồn cho các đầu nung khi nhiệt độ đạt mức yêu cầu.
Để bảo vệ đầu nhiệt không bị quá nhiệt, cần thiết lập nhiệt độ tối thiểu với giá trị #define BED_MINTEMP 5 Khi nhiệt độ đầu nhiệt vượt quá mức đã cài đặt, đầu nhiệt sẽ tự động tắt để đảm bảo an toàn.
3.6.6 Kiểm tra ổn định nhiệt độ đầu đùn
#define TEMP_RESIDENCY_TIME 10 //sec
THI T K VÀ XÂY DỰNG HỆ THỐNG
Thiết kế, tính toán hệ thống
a Khối xử lý trung tâm
Trên thị trường hiện nay, có nhiều mạch điều khiển cho máy in 3D như MKS Base V1.2, SainSmart Melzi và Shanhai® Gt2560 Các mạch này được thiết kế với chip ATmega tích hợp sẵn, cùng với các linh kiện ngoại vi và driver điều khiển động cơ bước, mang lại hiệu suất ổn định cho máy in 3D.
Board Arduino Mega2560, kết hợp với các board mở rộng như RAMPS 1.4 và BAM (Beta Arduino Mega), là lựa chọn lý tưởng cho việc điều khiển động cơ bước.
Lựa chọn board Arduino Mega 2560 kết hợp với RAMPS 1.4 là quyết định hợp lý nhờ vào tính đơn giản, sự phổ biến và giá thành phải chăng Ngoài việc sử dụng cho máy in 3D, Arduino Mega 2560 còn có thể ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khác.
Tùy thuộc vào kích thước máy in 3D, lực kéo của các động cơ lên các cơ cấu chuyển động sẽ khác nhau, do đó việc chọn động cơ cũng cần được cân nhắc kỹ lưỡng Trên thị trường hiện có nhiều loại động cơ, nhưng loại phổ biến nhất là động cơ 6 dây, 1.8º, với giá thành tương đối phải chăng, như động cơ STP-43D2033.
Khối xử lý trung tâm hoạt động với nguồn 5A và có thể kết nối với máy tính để tận dụng nguồn 5 VDC thông qua cổng USB.
Đối với hệ thống chấp hành, bao gồm động cơ bước, quạt và cơ cấu gia nhiệt, yêu cầu nguồn điện là 12V DC Mỗi động cơ có dòng hoạt động 0.9A, và với tối đa 5 động cơ, nguồn điện 12V, 5A là đủ để đáp ứng nhu cầu hoạt động.
Kết nối hệ thống
Hình 3.7 Sơ ồ kết nối các thiết bị máy in 3D Một số lưu ý về các Jumper trên RAMPS 1.4 như sau (từ trái sang):
Step size Jumper 1 Jumper 2 Jumper 3
No No No Full step
Yes No No Half step
Kích thước bước của động cơ bước phụ thuộc vào driver điều khiển Cụ thể, driver DRV8825 hoạt động ở chế độ 1/16, và khi cả 3 jumper được cắm, kích thước bước vẫn giữ ở mức 1/16 Nếu không sử dụng bàn nhiệt, không cần cấp nguồn 11 A và cũng không cần cảm biến bàn nhiệt để điều chỉnh nhiệt độ Hiện tại, mô hình đang sử dụng là mô hình không có bàn nhiệt.
Hình 3.8 Lưu ồ giải thuật máy in 3D
CB hỏng Đọc nhiệt ộ Tăng nhiệt ộ Đọc nhiệt ộ
Hình 3.9 Lưu ồ giải thuật máy in 3D (tt)
CB hỏng In xong Endstop on
Firmware Marlin là một phần mềm được phát triển trên nền tảng Arduino, chuyên dùng cho các mạch điều khiển máy in 3D sử dụng vi điều khiển họ AVR của Atmel Ngoài ra, Marlin còn có khả năng tùy chỉnh để hoạt động trên các máy CNC mini, và hiện đang là một trong những phần mềm mã nguồn mở phổ biến nhất trong lĩnh vực này.
Sử dụng Arduino IDE ể chỉnh sửa các tập tin configuration.h nhƣ hình 3.10
Hình 3.10 Thiết lập firmware Marlin
3.6.1 Tốc độ truyền dữ liệu
Máy in 3D và máy tính giao tiếp qua cổng Serial, vì vậy cần thiết lập tốc độ truyền Hai tốc độ phổ biến được sử dụng trong in 3D là 250000 và 115200 Tốc độ được cài đặt trong phần mềm phải khớp với tốc độ truyền để đảm bảo quá trình in diễn ra suôn sẻ.
#define MOTHERBOARD 33 Với cấu tạo của máy in dùng Arduino mega+ramps 1.4 sử dụng ầu ùn, một b n in v một quạt thì ƣợc ặt l 33
Máy in 3D được cấu hình với một đầu đùn mặc định là 1 Số lượng đầu đùn tối đa có thể thêm vào là 4, nhưng khuyến nghị chỉ nên sử dụng tối đa 2 đầu đùn khi áp dụng với RAMPS 1.4.
Vì máy in chỉ sử dụng một cảm biến nhiệt ộ tại ầu phun v không dùng b n nhiệt nên ta thiết lập nhƣ sau:
Cảm biến nhiệt độ giường in 3D (TEMP_SENSOR_BED) có thể được điều chỉnh để phù hợp với các loại cảm biến khác Việc điều chỉnh này ảnh hưởng đáng kể đến tuổi thọ và chất lượng của máy in.
Để thiết lập thông số in 3D cho vật liệu PLA, nhiệt độ tối thiểu cần được cài đặt lớn hơn 230 độ C Bước này đảm bảo rằng máy chỉ cung cấp nguồn cho các đầu nung khi nhiệt độ đạt mức tối thiểu, giúp quá trình in diễn ra hiệu quả và chất lượng.
Để bảo vệ đầu nhiệt khỏi tình trạng quá nhiệt, cần thiết lập nhiệt độ tối thiểu với giá trị #define BED_MINTEMP 5 Khi nhiệt độ đầu nhiệt vượt quá mức cài đặt, đầu nhiệt sẽ tự động bị tắt để đảm bảo an toàn.
3.6.6 Kiểm tra ổn định nhiệt độ đầu đùn
#define TEMP_RESIDENCY_TIME 10 //sec
Khi nhiệt độ đạt đến mức cài đặt TEMP_WINDOW, máy sẽ bắt đầu ếm trong khoảng thời gian TEMP_RESIDENCY_TIME Trong khoảng thời gian này, nếu nhiệt độ không dao động quá ± TEMP_HYSTERESIS, thì nhiệt độ được xem là ổn định và máy sẽ bắt đầu hoạt động.
3.6.7 Thiết lập PID cho đầu nung
Giá trị nhiệt ộ kích hoạt PID:
#define PID_FUNCTIONAL_RANGE 10 Máy chỉ iều khiển bằng phương pháp PID khi giá trị nhiệt ộ o ược nằm trong khoảng mức c i ặt ± PID_FUNCTIONAL_RANGE
Nếu PID_FUNCTIONAL_RANGE quá lớn, nhiệt độ sẽ mất nhiều thời gian để đạt đến giá trị yêu cầu Ngược lại, nếu PID_FUNCTIONAL_RANGE quá nhỏ, hiện tượng nhiệt độ có thể tăng hoặc giảm vượt mức yêu cầu sẽ xảy ra.
Các giá trị Kp, Ki, Kd thưởng ể mặc ịnh như sau:
#define DEFAULT_Kd 114 Hoặc có thể chọn các hệ số Kp, Ki, Kd theo các bước như sau
-Đặt Ki =0, Kd =0, Kp thấp
Tăng giá trị Kp dần cho đến khi tốc độ tăng nhiệt độ đạt yêu cầu, ổn định quanh giá trị mong muốn với biên độ ổn định Ghi lại giá trị Kp tại thời điểm này và đặt tên là Ku Đồng thời, đo thời gian dao động nhiệt độ tại thời điểm đó, gọi là Tu.
- Kp = Ku*0.6, Ki = 2*Kp/Tu, Kd = Kp*Tu/8
Để điều chỉnh nhiệt độ hiệu quả, cần thay đổi giá trị Ki và Kd từ từ Tăng Ki giúp nhiệt độ đạt nhanh đến giá trị yêu cầu, nhưng thời gian ổn định sẽ kéo dài Ngược lại, tăng Kd làm nhiệt độ tăng chậm hơn, nhưng cải thiện độ ổn định.
3.6.8 Nhiệt độ tối thiểu trước khi di chuyển đầu đùn
Khi nhiệt ộ ầu ùn thấp hơn giá trị EXTRUDE_MINTEMP, máy sẽ không cho phép di chuyển ầu ùn hoặc ùn nhựa in
Trong trường hợp muốn kiểm tra hoạt ộng của các ộng cơ bước, có thể tắt tính năng n y
3.6.9 Kiểm tra sự cố cảm biến nhiệt độ
#define THERMAL_RUNAWAY_PROTECTION_PERIOD 40 //sec
#define THERMAL_RUNAWAY_PROTECTION_HYSTERESIS 4 //degC Trong trường hợp n y, nếu quá thời gian 40s m nhiệt ộ không tăng ến (mức c i ặt – 4)°C, máy sẽ dừng ho n to n
3.6.10 Tín hiệu kích hoạt Endstop const bool X_MIN_ENDSTOP_INVERTING = true; const bool Y_MIN_ENDSTOP_INVERTING = true; const bool Z_MIN_ENDSTOP_INVERTING = true; const bool X_MAX_ENDSTOP_INVERTING = true; const bool Y_MAX_ENDSTOP_INVERTING = true; const bool Z_MAX_ENDSTOP_INVERTING = true;
Mỗi trục mặc ịnh có 2 Endstop max v min, tuy nhiên ta chỉ cần sử dụng 3 Endstop max hoặc min
Thông thường, Endstop được kích hoạt khi nhấn Tuy nhiên, trong quá trình máy hoạt động, nếu Endstop hoạt động ngược lại do mắc sai dây hoặc tùy loại Endstop, giá trị sẽ thay đổi từ "true" thành "false".
Để thiết lập giá trị tối thiểu cho trục Z, cần xác định Z_MIN_POS là 0 Giá trị tối đa của không gian in vật liệu m phải được điều chỉnh sao cho nhỏ hơn độ di chuyển tối đa của đầu phun trên các trục của máy.
3.6.12 Đảo hướng các trục tọa độ
Trong firmware gốc, mỗi loại máy in 3D có thông số cài đặt khác nhau Đối với mô hình Prusa I3, cần cài đặt tất cả các thông số là False Đối với các máy in Mendel hoặc Orca, cần kiểm tra lại các thông số này.
3.6.13 Vị trí Home Để ầu phun di chuyển về Home trùng với gốc tọa ộ, ta thiết lập nhƣ sau:
Thiết lập Firmware Marlin
Firmware Marlin là một phần mềm được phát triển trên nền tảng Arduino, dành cho các mạch điều khiển máy in 3D sử dụng vi điều khiển AVR của Atmel Ngoài ra, Marlin cũng có thể được điều chỉnh để hoạt động trên các máy CNC mini, và hiện nay, nó được sử dụng rộng rãi trong số các máy mã nguồn mở.
Sử dụng Arduino IDE ể chỉnh sửa các tập tin configuration.h nhƣ hình 3.10
Hình 3.10 Thiết lập firmware Marlin
3.6.1 Tốc độ truyền dữ liệu
Máy in 3D và máy tính giao tiếp qua cổng Serial, do đó cần cài đặt tốc độ truyền Hai tốc độ phổ biến thường được sử dụng trong in 3D là 250000 và 115200 Tốc độ cài đặt trên phần mềm phải khớp với tốc độ truyền để đảm bảo hoạt động hiệu quả.
#define MOTHERBOARD 33 Với cấu tạo của máy in dùng Arduino mega+ramps 1.4 sử dụng ầu ùn, một b n in v một quạt thì ƣợc ặt l 33
Máy in 3D thường có số đầu đùn được xác định mặc định là 1 Số đầu đùn tối đa có thể thêm vào là 4, nhưng khuyến nghị chỉ nên sử dụng tối đa 2 đầu đùn khi làm việc với RAMPS 1.4 để đảm bảo hiệu suất tốt nhất.
Vì máy in chỉ sử dụng một cảm biến nhiệt ộ tại ầu phun v không dùng b n nhiệt nên ta thiết lập nhƣ sau:
Cảm biến TEMP_SENSOR_BED được định nghĩa là 0 Đối với các loại cảm biến khác, chúng ta có thể điều chỉnh thông số cho phù hợp Việc điều chỉnh này ảnh hưởng đáng kể đến tuổi thọ và chất lượng của máy in.
Để thiết lập thông số in 3D cho vật liệu nhựa PLA, cần điều chỉnh nhiệt độ tối thiểu lớn hơn 230 độ C Bước này đảm bảo rằng máy chỉ cung cấp nguồn cho các đầu nung khi nhiệt độ đạt mức tối thiểu, giúp quá trình in diễn ra hiệu quả và chất lượng.
Để bảo vệ bộ điều hòa không bị quá nhiệt, hãy thiết lập nhiệt độ tối thiểu là 5 độ C Khi nhiệt độ của bộ điều hòa vượt quá mức cài đặt, thiết bị sẽ tự động tắt để đảm bảo an toàn.
3.6.6 Kiểm tra ổn định nhiệt độ đầu đùn
#define TEMP_RESIDENCY_TIME 10 //sec
Khi nhiệt độ đạt đến mức cài đặt TEMP_WINDOW, máy sẽ bắt đầu hoạt động trong khoảng thời gian TEMP_RESIDENCY_TIME Trong thời gian này, nếu nhiệt độ không dao động quá ± TEMP_HYSTERESIS, nhiệt độ sẽ được xem là ổn định và máy sẽ bắt đầu in.
3.6.7 Thiết lập PID cho đầu nung
Giá trị nhiệt ộ kích hoạt PID:
#define PID_FUNCTIONAL_RANGE 10 Máy chỉ iều khiển bằng phương pháp PID khi giá trị nhiệt ộ o ược nằm trong khoảng mức c i ặt ± PID_FUNCTIONAL_RANGE
Nếu PID_FUNCTIONAL_RANGE quá lớn, nhiệt độ sẽ mất nhiều thời gian để đạt giá trị yêu cầu Ngược lại, nếu PID_FUNCTIONAL_RANGE quá nhỏ, hiện tượng nhiệt độ có thể tăng hoặc giảm quá mức so với giá trị yêu cầu sẽ xảy ra.
Các giá trị Kp, Ki, Kd thưởng ể mặc ịnh như sau:
#define DEFAULT_Kd 114 Hoặc có thể chọn các hệ số Kp, Ki, Kd theo các bước như sau
-Đặt Ki =0, Kd =0, Kp thấp
Tăng dần giá trị Kp cho đến khi tốc độ tăng nhiệt đạt mức chấp nhận với biên độ ổn định quanh giá trị yêu cầu Ghi lại giá trị Kp tại thời điểm này và đặt tên là Ku Đồng thời, đo thời gian dao động của nhiệt độ tại thời điểm đó, gọi là Tu.
- Kp = Ku*0.6, Ki = 2*Kp/Tu, Kd = Kp*Tu/8
Để điều chỉnh giá trị Ki và Kd một cách hiệu quả, cần thực hiện từ từ nhằm kiểm soát nhiệt độ ổn định với ít dao động Tăng giá trị Ki giúp nhiệt độ tăng nhanh đến mức yêu cầu, nhưng thời gian ổn định sẽ kéo dài Ngược lại, tăng giá trị Kd khiến nhiệt độ tăng chậm hơn, nhưng cải thiện khả năng ổn định.
3.6.8 Nhiệt độ tối thiểu trước khi di chuyển đầu đùn
Khi nhiệt ộ ầu ùn thấp hơn giá trị EXTRUDE_MINTEMP, máy sẽ không cho phép di chuyển ầu ùn hoặc ùn nhựa in
Trong trường hợp muốn kiểm tra hoạt ộng của các ộng cơ bước, có thể tắt tính năng n y
3.6.9 Kiểm tra sự cố cảm biến nhiệt độ
#define THERMAL_RUNAWAY_PROTECTION_PERIOD 40 //sec
#define THERMAL_RUNAWAY_PROTECTION_HYSTERESIS 4 //degC Trong trường hợp n y, nếu quá thời gian 40s m nhiệt ộ không tăng ến (mức c i ặt – 4)°C, máy sẽ dừng ho n to n
3.6.10 Tín hiệu kích hoạt Endstop const bool X_MIN_ENDSTOP_INVERTING = true; const bool Y_MIN_ENDSTOP_INVERTING = true; const bool Z_MIN_ENDSTOP_INVERTING = true; const bool X_MAX_ENDSTOP_INVERTING = true; const bool Y_MAX_ENDSTOP_INVERTING = true; const bool Z_MAX_ENDSTOP_INVERTING = true;
Mỗi trục mặc ịnh có 2 Endstop max v min, tuy nhiên ta chỉ cần sử dụng 3 Endstop max hoặc min
Endstop thường được kích hoạt khi nhấn, nhưng trong quá trình máy hoạt động, nếu Endstop hoạt động ngược lại (kích hoạt khi nhả do mắc sai dây hoặc tùy loại Endstop), giá trị sẽ thay đổi từ "true" thành "false".
Để thiết lập giá trị tối thiểu cho trục Z trên máy, cần xác định Z_MIN_POS là 0 Giá trị tối đa của không gian in vật mẫu m sẽ được điều chỉnh sao cho nhỏ hơn độ di chuyển tối đa của đầu phun trên các trục máy.
3.6.12 Đảo hướng các trục tọa độ
Trong firmware gốc, mỗi loại máy in 3D có thông số cài đặt khác nhau Đối với mô hình Prusa I3, cần cài đặt tất cả thông số là False Đối với các máy in như Mendel hay Orca, cần kiểm tra lại các thông số này.
3.6.13 Vị trí Home Để ầu phun di chuyển về Home trùng với gốc tọa ộ, ta thiết lập nhƣ sau:
Vị trí Home của đầu phun được xác định là điểm xa nhất với giá trị "1" và điểm gần nhất với giá trị "-1", tùy thuộc vào kích thước đã được thiết lập.
Máy có 3 trục X, Y, Z v sử dụng một ầu ùn E, do ó ta thiết lập nhƣ sau:
#define NUM_AXIS 4 Nếu sử dụng 2 ầu ùn thì tăng giá trị „4‟ th nh „5‟
3.6.15 Số bước động cơ trên mỗi trục
#define DEFAULT_AXIS_STEPS_PER_UNIT {X, Y, Z, E}
Thiết lập Cura
Để căn chỉnh mẫu trong khu vực in theo ý muốn và tránh bị lệch ra ngoài rìa, người dùng có thể nhập tọa độ hoặc di chuyển đối tượng bằng cách kéo thả.
Hình 3.12 Giao diện Move tool b Scale tool
Khi cần điều chỉnh kích cỡ mẫu in, công cụ Scale sẽ rất hữu ích Bạn chỉ cần nhập số liệu cần điều chỉnh vào bảng tinh chỉnh để thực hiện thay đổi.
Hình 3.13 Giao diện Scale tool c Rotate tool
Công cụ Rotate cho phép xoay chuyển vật mẫu cần in trên cả ba trục X, Y và Z Để trở về vị trí ban đầu trước khi xoay, bạn chỉ cần sử dụng biểu tượng Reset.
Hình 3.14 Giao diện Rotate tool d Mirror tool
Khi sử dụng, vật mẫu sẽ quay ngược ối diện lại với hướng sẵn có Có tổng cộng 6 mũi tên cho 6 hướng ể sử dụng
Hình 3.15 Giao diện Mirror tool e Per modeling settings
Chức năng này được áp dụng cho máy in 2 đầu phun nhựa, cho phép hiệu chỉnh vật mẫu cho từng đầu phun Tuy nhiên, do mô hình ang ngược chỉ sử dụng một đầu phun nhựa, nên không cần sử dụng chức năng này.
Hình 3.16 Giao diện Per modeling settings
Phần mềm Cura hỗ trợ nhiều loại máy in 3D và vật liệu in khác nhau, cho phép người dùng lựa chọn vật liệu in phù hợp Trong trường hợp này, mô hình máy in 3D sử dụng nhựa PLA Để có kết quả tốt nhất, người dùng nên sử dụng cài đặt in được khuyến nghị.
Hình 3.18 Thiết lập Print setup Ở chế ộ Recommend, sẽ chỉ có 3 thông số cần hiệu chỉnh ể in
- Infill: tại ây, người dùng cần phải chọn mức mật ộ nhựa in phần ruột của mẫu
Có 5 mức ể lựa chọn sẵn:
+ Empty(0%): Vật mẫu sẽ gần nhƣ rỗng bên trong, mức ộ chịu lực kém
+ Light(20%): Mức ộ chịu lực trung bình Tiết kiệm thời gian v cho phí in + Dense(50%): Vật mẫu ặc 50% Tồn nhiều thời gian v nguyên liệu ể ho n thành
+ Solid(100%): Vật mẫu ƣợc in ặc ho n to n
+ Gradual: Với ịnh dạng n y, vật mẫu sẽ có mật ộ nhựa d y lê từ từ về phía ỉnh
- Generate support: cho phép dựng trụ ỡ cho những chi tiết không tiếp xúc nhiều với các lớp layer dưới
- Build Plate Adhesion: Cho phép in một số lớp layer nền trong trường hợp chi tiết không cám dính v o b n in hoặc không sữ dụng b n nhiệt c Print Setup-Custom
Trong chế độ in Custom, người dùng có thể tùy chỉnh nhiều thông số một cách linh hoạt, giúp cho các chi tiết in trở nên đa dạng và phong phú hơn.
Chiều cao lớp in, tính bằng mm, ảnh hưởng lớn đến chất lượng bề mặt của vật in Lớp in mỏng mang lại độ mịn và chi tiết cao hơn theo trục Z, trong khi lớp in dày giúp tiết kiệm thời gian in.
Thông thường, các cách c i ặt Layer height sẽ có 3 phương án iển hình:
0,06 mm: Độ phân giải cao và không thể nhận ra các lớp bằng mắt thường.(Thích hợp dùng với máy in có ộ chính xác cao)
0,1 mm: Dùng cho các trường hợp cần in chi tiết ẹp với thời gian không quá lâu
Với độ dày 0,2 mm, loại filament này rất phù hợp cho việc in các chi tiết cần tốc độ nhanh Các lớp in vẫn đảm bảo độ kết dính tốt, mang lại bề mặt vật in mịn màng Sử dụng độ dày này giúp tiết kiệm đáng kể thời gian in ấn.
Hình 3.20 So sánh giữa 2 ộ d y lớp trên mẫu in
Điều chỉnh độ rộng của từng đường kẻ in sẽ ảnh hưởng đến tốc độ in ấn và lượng vật liệu cần sử dụng Bằng cách xác định độ rộng phù hợp, quá trình in sẽ được tối ưu hóa, giúp tiết kiệm chi phí và thời gian.
Hình 3.21 So sánh giữa 2 ộ rộng ƣờng in trên mẫu in
Chiều rộng ƣờng có thể chia ra l m nhiều phần trong khi in:
Wall line width: Độ rộng ƣờng của mặt ngoài cùng vật mẫu
Top/bottom line width: Độ rộng dường của lớp trên cùng và lớp dưới cùng
Infill line width: ộ rộng ƣờng bên trong của các lớp
Skirt line width: ộ rộng ƣờng của vạt ngoài mẫu in
Support line width: ộ rộng ƣờng của khung ỡ
Support interface line width: ít dùng ến
Prime tower line width: ít dùng ến
Độ dày tường là yếu tố quan trọng trong quá trình in 3D, ảnh hưởng đến độ bền và kết cấu của mô hình Chỉ cần nhập giá trị độ dày tường, phần mềm Cura sẽ tự động tính toán để tạo ra tường theo thông số đã chỉ định Nếu tường quá mỏng, đặc biệt với các chi tiết in rỗng, mô hình có thể trở nên không chắc chắn hoặc dễ hư hỏng.
Hình 3.22 So sánh giữa 2 lớp tường trân mẫu in
Độ dày lớp trên cùng và lớp dưới cùng là yếu tố quan trọng trong việc đảm bảo độ chắc chắn cho mẫu in Người dùng nên điều chỉnh các thông số này để tăng cường độ bền cho sản phẩm Theo khuyến nghị từ Cura, độ dày của lớp trên cùng và lớp dưới cùng nên lớn hơn so với các lớp in thông thường khác để đạt hiệu quả tối ưu.
Bức tường bổ sung giúp người dùng kết nối các bức tường đã có sẵn và tăng cường độ chắc chắn cho vật in.
Lớp tường kết nối đóng vai trò quan trọng trong việc giảm thiểu sự chồng chéo giữa các chi tiết, đặc biệt là những chi tiết nhỏ và tinh xảo Khi chức năng "Compensate wall overlaps" được kích hoạt, nó sẽ giúp tối ưu hóa thiết kế và nâng cao tính chính xác trong quá trình thi công.
Hình 3.24 Chức năng Compensate wall overlaps +Fill gaps between walls: Chức năng n y dùng ể ùn nhựa v o những lỗ còn trống giữa 2 tường
Hình 3.25 Chức năng Fill gaps between walls
+Infill Density: Mật ộ nhựa in phần ruột, thường khoảng 20% ể tiết kiệm nhựa v giảm thời gian in trong khi vẫn ảm bảo ộ cứng với a số chi tiết
+ Infill pattern: Cura cho phép người dùng thay ổi cấu trúc lớp in Tùy theo từng trường hợp m các cấu trúc sử dụng có thể khác nhau
Hình 3.34 Giao diện c i ặt Material
+ Printing temperature: Đây l nhiệt ộ ầu ùn nhựa(extruder) trong quá trình in Với vật liệu l nhựa PLA, nhiệt ộ có thể xê dịch từ 190 ến 215 ộ C
Nhiệt độ của bề mặt in là yếu tố quan trọng trong quá trình in 3D Đối với mô hình không sử dụng bề mặt nhiệt, bạn có thể đặt nhiệt độ về 0 Tuy nhiên, đối với các máy in có bề mặt nhiệt, Cura khuyên nên thiết lập nhiệt độ ở mức 60 độ C cho nhựa PLA và 80 độ C cho nhựa ABS để đạt được kết quả tốt nhất.
+Diameter: Thông số ường kính nhựa in Trong trường hợp n y l 1.75 mm
+Flow: Xác ịnh lưu lượng nhựa chảy v o ầu ùn nhựa Luôn ược c i ặt l 100%
Kích hoạt tính năng Retraction khi in hai vật thể trên cùng một bề mặt in Tính năng này sẽ ngăn chặn việc đùn tiết nhựa, giúp loại bỏ những chuỗi nhựa không cần thiết giữa hai vật in.
Hình 3.35 Giao diện c i ặt Speed
