GIỚI THIỆU
Tính cấp thiết của đề tài
Công nghệ tạo mẫu nhanh đã trải qua nhiều cải tiến và phát triển kể từ khi ra đời, với nhiều phương pháp và công nghệ khác nhau, mỗi loại đều có những ưu điểm riêng Trong số đó, công nghệ FDM hiện đang được sử dụng phổ biến nhờ vào những lợi thế như thiết kế đơn giản, dễ dàng tìm kiếm vật liệu và tính an toàn không gây độc hại.
Mặc dù công nghệ in 3D có nhiều ưu điểm, nhưng vẫn tồn tại một số nhược điểm như độ bóng bề mặt thấp và tốc độ in chưa cao Để khắc phục những hạn chế này, nhóm đã quyết định thiết kế và chế tạo một mẫu máy in 3D mới, nhằm phát huy tối đa các ưu điểm của công nghệ đồng thời nâng cao tốc độ và chất lượng của sản phẩm in.
Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
Đề tài có những ý nghĩa khoa học và thực tiễn:
- Thiết kế mẫu máy in 3D với chất lượng mẫu in tốt phục vụ cho công việc nghiên cứu và giảng dạy trên trường lớp
Phát triển chất lượng mẫu in và kết cấu máy in 3D là yếu tố quan trọng, nhằm vượt trội hơn so với các dòng máy in 3D truyền thống trên thị trường Đồng thời, cần đảm bảo mức giá hợp lý để người tiêu dùng dễ dàng tiếp cận và lựa chọn sản phẩm.
Mục tiêu nghiên cứu
Đề tài nghiên cứu thiết kế và chế tạo máy in 3D sử dụng công nghệ in FDM, với mục tiêu cải tiến một số thiết kế so với các dòng máy in 3D truyền thống, nhằm nâng cao chất lượng và tốc độ in mẫu.
Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
1.4.1 Đối tượng nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu: Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo máy in 3D công nghệ FDM
Phạm vi nghiên cứu của đề tài như sau:
- Nghiên cứu tổng quan về công nghệ in 3D
- Nghiên cứu, thiết kế cơ cấu truyền động của máy
- Nghiên cứu tính toán phần điện
- Nghiên cứu phần mềm giao tiếp, hỗ trợ lập trình in 3D
- Nghiên cứu, tính toán đường chạy nhựa tối ưu
Cơ sở phương pháp luận
Dựa trên các tài liệu, nghiên cứu và đề tài trước đây, cùng với việc phân tích các mẫu máy hiện có trên thị trường, chúng tôi đã đánh giá ưu điểm và nhược điểm của các dòng máy trước đó Qua đó, chúng tôi lựa chọn thiết kế một mẫu máy cải tiến, nhằm nâng cao hiệu suất và đáp ứng tốt hơn nhu cầu người dùng.
Phương pháp nghiên cứu
Đề tài kết hợp nghiên cứu giữa phương pháp lý thuyết và thực nghiệm trên mô hình Cụ thể:
- Tìm kiếm, tổng hợp các tài liệu liên quan đến đề tài
- Nghiên cứu về lý thuyết tạo mẫu nhanh với công nghệ FDM
- Tổng hợp tài liệu tính toán, thiết kế cơ cấu truyền động đảm bảo độ chính xác, tối ưu hóa chuyển động
- Tìm hiểu về thuật toán điều khiển đường chạy của đầu phun
- Chế tạo mô hình máy in 3D từ đó áp dụng, kiểm tra lại các lý thuyết trước đó đã nghiên cứu
- Nghiên cứu các kiểu đường chạy nhựa có thể sử dụng đối với các mẫu in để tối ưu mẫu in
Kết cấu đề tài
Chương 2: Tổng quan về công nghệ tạo mẫu nhanh
Chương 3: Cơ sở lý thuyết
Chương 4: Phương hướng và các giải pháp thiết kế
Chương 5: Tính toán thiết kế máy in 3D
TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ TẠO MẪU NHANH
Giới thiệu về công nghệ tạo mẫu nhanh
Công nghệ tạo mẫu nhanh, ra đời từ những năm 1980, bắt đầu với công nghệ tạo mẫu lập thể SLA do Charles Hull phát minh vào năm 1983 tại Mỹ Kể từ đó, công nghệ này đã phát triển mạnh mẽ với nhiều phương pháp mới được giới thiệu.
Công nghệ tạo mẫu nhanh hỗ trợ đắc lực cho các nhà thiết kế và sản xuất trong việc kiểm tra chi tiết và hệ thống trước khi đầu tư vào sản xuất hàng loạt Nhờ vào công nghệ này, các nhà sản xuất có thể tối ưu hóa quy trình thiết kế sản phẩm, giảm thiểu sai sót không cần thiết trong quá trình thiết kế và sản xuất.
Công nghệ tạo mẫu nhanh là quá trình giúp người sản xuất nhanh chóng quan sát sản phẩm cuối cùng thông qua việc sử dụng phần mềm CAD để thiết kế và phần mềm cắt lớp để tạo đường chuyển động Những đặc điểm nổi bật của công nghệ này bao gồm khả năng tạo mẫu sản phẩm một cách hiệu quả và tiết kiệm thời gian.
- Thực hiện tạo mẫu trong thời gian ngắn, đây chính là điểm mạnh của phương pháp này
- Sản phẩm của quá trình tạo mẫu nhanh có thể dùng để kiểm tra các mẫu được sản xuất bằng các phương pháp khác
- Mẫu tạo ra có thể dùng hỗ trợ cho quá trình sản xuất.
Các bước của quá trình tạo mẫu nhanh
Quá trình tạo mẫu nhanh được thể hiện qua sơ đồ khối sau:
Tạo mẫu tự động Hậu xử lý
Hình 2.1: Sơ đồ quá trình tạo mẫu
Bước 1 : Tạo mô hình 3D dạng mặt hay khối
- Chuyển đổi định dạng file CAD 3D sang định dạng file stl xấp xỉ bề mặt dưới dạng tam giác
- Sử dụng các phần mềm thiết kế các kết cấu hỗ trợ (support), kiểm tra file stl và chỉnh sửa, cắt lớp chi tiết
- Xuất file Gcode tạo đường chuyển động
Bước 3 : Tạo mẫu tự động
Tháo các bộ phận support, xử lý bề mặt, …
Một số công nghệ tạo mẫu nhanh
Công nghệ SLA, được phát minh tại Mỹ vào năm 1984, sử dụng phương pháp tạo mẫu lập thể dựa trên nguyên tắc đông cứng vật liệu lỏng photopolymer khi được chiếu sáng bởi chùm tia laser cường độ cao Hai loại laser phổ biến được sử dụng trong quy trình này là Laser He-Cd với bước sóng 325nm và Laser dạng rắn Nd:YVO4 với bước sóng 354,7nm.
Hình 2.2: Sơ đồ nguyên lý tạo mẫu SLA
Tại vị trí bệ đỡ cao nhất, một lớp chất lỏng cạn được đặt trên bề mặt Máy phát laser phát ra chùm tia cực tím, tập trung vào một diện tích của lớp chất lỏng và di chuyển theo hướng X – Y.
Chùm tia cực tím chiếu sáng làm đông đặc lớp dung dịch, hình thành một khối đặc Sau đó, bệ đỡ được hạ xuống với chiều dày bằng 1 lớp, và quá trình này được lặp lại.
Quá trình sẽ tiếp tục cho đến khi đạt kích thước mong muốn của chi tiết, trong khi phần dung dịch xung quanh vẫn giữ nguyên trạng thái không bị đông kết và có thể tái sử dụng cho các lần sau.
Công nghệ in chiều được phát triển ở khoa kỹ thuật cơ khí viện công nghệ MIT
Quá trình tạo mẫu 3D bắt đầu với việc đầu phun phun dung dịch keo dính lên bề mặt lớp nền bột vật liệu Bột sẽ kết dính tại các vị trí có keo, tạo thành lớp đầu tiên Sau khi hoàn thành lớp này, piston sẽ hạ xuống một khoảng bằng độ dày của lớp, trong khi đó bột được phân phối lên trên và con lăn tiếp tục đẩy bột vào vị trí cần thiết Quy trình này sẽ được lặp lại cho đến khi toàn bộ vật thể được chế tạo hoàn chỉnh trong nền bột.
Công nghệ in FDM được sử dụng khá nhiều trong các loại máy in hiện nay với kết cấu đơn giản, vật liệu dễ tìm
Bánh răng tời nhựa Đầu phun nhựa
Hình 2.4: Sơ đồ nguyên lý tạo mẫu FDM
Nguyên lý hoạt động của máy in 3D bắt đầu từ vị trí ban đầu, nơi bàn in cách đầu phun nhiệt một khoảng bằng chiều dày lớp in Sợi nhựa được đưa vào kim phun liên tục thông qua hệ thống tời nhựa và cặp bánh răng Tại đầu phun, nhựa được nung nóng đến nhiệt độ thích hợp nhờ bộ phận gia nhiệt, sau đó nhựa nóng chảy được đùn ra theo biên dạng dịch chuyển của đầu phun Khi lớp đầu tiên hoàn thành, bàn máy sẽ dịch chuyển xuống một khoảng bằng chiều dày của lớp in, và quá trình này tiếp tục cho đến khi hoàn thành chi tiết.
Giới thiệu một số mẫu máy in 3D
Máy in 3D Prusa, được phát triển bởi Josef Prusa từ những năm 2010, là một trong những mẫu máy công nghệ FDM phổ biến hiện nay Giá thành của máy dao động từ 4 triệu đến 6 triệu đồng Ưu điểm nổi bật của máy là có kết cấu đơn giản và dễ lắp ráp, nhưng nhược điểm chính là độ chính xác không cao và bề mặt in có độ bóng thấp.
2.4.2 Máy Delta Kossel Được phát triển bởi Johann tại Seatle, Mỹ vào năm 2012 Dòng máy này sử dụng cơ cấu delta, công nghệ in FDM, loại nhựa thường được sử dụng là nhựa ABS, PLA
Hình 2.6: Máy in 3D Delta Kossel
Tốc độ in 320 mm/s Độ phân giải động cơ 100 step/mm
Không gian in Đường kính in 170 mm, chiều cao 240 mm Độ phân giải mỗi lớp in 0.2 mm
Máy in 3D Delta Kossel có nhiều ưu điểm nổi bật, bao gồm hoạt động êm ái, ít rung lắc, tốc độ in nhanh và độ chính xác cao Thiết kế của máy cho phép in các vật thể có chiều cao lớn và có cơ cấu vững chắc, đảm bảo hiệu suất in ấn tối ưu.
Mặc dù có nhiều ưu điểm, nhưng máy cũng tồn tại một số nhược điểm như kích thước lớn, cồng kềnh, kết cấu phức tạp, khó căn chỉnh và giá thành cao hơn so với dòng máy Prusa.
Máy ember được phát triển bởi công ty Autodesk năm 2015 Đây là dòng máy in sử dụng công nghệ SLA, sử dụng vật liệu là loại nhựa lỏng
Hình 2.7: Máy in 3D Ember Độ phân giải trục XY 50micron Độ phân giải trục Z 10 – 100 micron
Loại nhựa Acrylate photosensitive resin
Giá thành 7495USD bao gồm nhựa lỏng
Máy in 3D Ember nổi bật với độ phân giải và độ chính xác cao, giúp tạo ra các chi tiết sắc nét Với kích thước nhỏ gọn, máy dễ dàng tích hợp vào không gian làm việc Sản phẩm sau khi in không chỉ có độ cứng cao mà còn sở hữu bề mặt bóng mịn, đáp ứng nhu cầu chất lượng trong các ứng dụng khác nhau.
Nhược điểm của máy là giá thành cao, tốc độ in thấp.
Kết luận
Chương này giới thiệu các công nghệ in 3D và những mẫu máy in 3D phổ biến trên thị trường hiện nay, từ đó tạo điều kiện cho việc lựa chọn cấu trúc và công nghệ in phù hợp trong đồ án.
CƠ SỞ LÝ THUYẾT
Khái quát chung về máy in 3D
Máy in 3D đầu tiên, xuất hiện vào những năm 80, là các dòng máy in 3D SLA đầu tiên trên thế giới Mặc dù cấu trúc cơ khí của hầu hết các máy in 3D tương tự nhau, nhưng chúng khác biệt ở bộ phận tạo mẫu Cụ thể, máy in 3D FDM bao gồm ba phần chính: phần mềm điều khiển, phần điện và phần cơ khí, cùng với bộ đùn nhựa.
Bộ đùn nhựa Động cơ bước Đầu phun nhựa
Hình 3.1: Cấu trúc máy in 3D
Cấu trúc cơ khí của máy in 3D tương tự như máy CNC, với hệ thống truyền động trục Các bộ truyền thường sử dụng là vít me – đai ốc hoặc đai Do tải trọng tác dụng lên máy in 3D không lớn, thiết kế của nó tương đối đơn giản, với kết cấu trục gọn nhẹ và các chi tiết lắp ráp không yêu cầu khả năng chịu lực cao.
Máy in 3D có ưu điểm nổi bật khi cho phép lắp ráp các chi tiết in từ nhiều loại máy khác nhau Một số dòng máy in 3D hiện nay có thể sử dụng đến 80% các chi tiết lắp ráp được sản xuất từ các máy in 3D có sẵn, giúp tối ưu hóa quy trình sản xuất và tiết kiệm chi phí.
Phần điện của máy in 3D được chia thành hai khối chính: khối điều khiển và khối chấp hành Khối điều khiển bao gồm các thành phần quan trọng như vi điều khiển, board kết nối và driver, trong khi khối chấp hành bao gồm động cơ bước, cảm biến nhiệt, động cơ servo (nếu có) và tản nhiệt.
Bộ đùn nhựa là một trong những thành phần thiết yếu của máy, đảm nhiệm hai chức năng quan trọng: bộ tời nhựa cung cấp nhựa liên tục và đầu phun nhựa thực hiện quá trình nung chảy cũng như đùn nhựa để tạo ra sản phẩm mẫu.
Phần mềm CAD/CAM được chia thành hai thành phần chính: phần mềm CAD và phần mềm CAM Phần mềm CAD, như Solidworks, Creo, và Sketchup, có chức năng tạo mẫu 3D, những mô hình này sẽ được in bằng máy in 3D Sau khi tạo ra, các mô hình 3D cần được chuyển đổi sang định dạng STL để tiếp tục xử lý bằng phần mềm CAM Phần mềm CAM thực hiện chức năng cắt lớp vật thể, với nguyên tắc in 3D theo từng lớp Kích thước lớp cắt ảnh hưởng đến chất lượng in và thời gian in: lớp cắt nhỏ mang lại chất lượng cao nhưng thời gian in lâu hơn, trong khi lớp cắt lớn thì ngược lại Để tối ưu hóa giữa chất lượng và tốc độ in, cần cài đặt các thông số in hợp lý Sau khi cắt lớp, phần mềm sẽ tạo chuyển động in và xuất file Gcode, với mã lệnh Gcode tương tự như trên máy CNC, nhưng có một số mã lệnh riêng cho máy in 3D.
Dưới đây là một số tập lệnh thường dùng với máy in 3D:
Mã lệnh Cấu trúc Chức năng
G0 G0 Xnnn Ynnn Znnn Ennn Di chuyển nhanh
G1 G1 Xnnn Ynnn Znnn Ennn Fnnn Di chuyển theo đường thẳng
G2/G3 G2/G3 Xnnn Ynnn Znnn Ennn Fnnn Di chuyển theo cung tròn, đường tròn
G17, G18, G19 Lựa chọn mặt phẳng in
G21 Đặt đơn vị theo hệ mét
G20 Đặt đơn vị theo hệ Inch
G90 Sử dụng tọa độ tuyệt đối
G91 Sử dụng tọa độ tương đối
M24 Bắt đầu/ tiếp tục in từ thẻ nhớ
M104 M104 Ennn Cài đặt nhiệt độ đầu phun
M114 Lấy tọa độ vị trí hiện tại
M119 Trả về trạng thái endstop
M140 M140 Snn Set nhiệt độ bàn nhiệt
M150 M150 Rnnn Unnn Bnnn Thiết lập màu hiển thị
M190 M190 Snn Đợi đến khi bàn nhiệt đạt đến nhiệt độ được set (dùng khi gia nhiệt nhựa)
M200 M200 Dxx Cài đặt đường kính sợi nhựa M201 M201 Xnnn Ynnn Znnn Ennn Cài đặt gia tốc in tối đa M203 M203 Xnnn Ynnn Znnn Ennn Cài đặt tốc độ in tối đa
Bảng 3.1: Một số Gcode thường dùng
Các phần mềm CAM phổ biến cho máy in 3D bao gồm Cura, Slic3r và Simplify Nhiều phần mềm này còn tích hợp các module CAM cùng với module điều khiển, giúp tối ưu hóa quy trình in 3D.
Phần mềm Repertier Host giúp tăng tốc độ xử lý mẫu in và nâng cao hiệu quả công việc Nó tích hợp các công cụ CAM như Slic3r, Cura và Skeinforge, cho phép người dùng so sánh và chọn lựa module phù hợp nhất cho từng kiểu mẫu in Để máy in hoạt động, người dùng cần nạp Gcode, có thể thực hiện qua phần mềm điều khiển hoặc thẻ nhớ trên màn hình LCD Giao diện điều khiển có thể sử dụng Repertier Host hoặc Pronterface.
Động cơ bước
Động cơ bước, hay còn gọi là động cơ đồng bộ, là thiết bị chuyển đổi tín hiệu điều khiển thành chuyển động góc quay thông qua các xung điện rời rạc.
Động cơ bước bao gồm các bộ phận chính như stato và roto, trong đó roto có thể là nam châm vĩnh cửu hoặc các khối răng làm bằng vật liệu nhẹ có từ tính trong trường hợp động cơ biến từ Động cơ này được điều khiển bởi một bộ điều khiển bên ngoài, cho phép nó giữ vị trí cố định hoặc quay đến bất kỳ vị trí nào Động cơ bước có thể hoạt động trong hệ thống điều khiển vòng hở đơn giản hoặc vòng kín, nhưng khi sử dụng trong hệ điều khiển vòng hở, nếu gặp quá tải, tất cả các giá trị của động cơ sẽ bị mất và hệ thống cần phải nhận diện lại.
Động cơ bước hoạt động dựa trên các xung điện rời rạc, khiến rotor quay một góc nhất định, được gọi là bước của động cơ Khi dòng điện hoặc điện áp được áp dụng vào cuộn dây phần ứng, động cơ bước sẽ thực hiện các chuyển động chính xác và tuần tự.
Góc bước là góc quay của trục động cơ tương ứng với mỗi xung điều khiển, và được xác định dựa trên cấu trúc của động cơ bước cùng với phương pháp điều khiển.
Tính năng mở máy của động cơ được đặc trưng bởi tần số xung cực đại có thể mở máy mà không làm cho roto mất đồng bộ
Chiều quay của động cơ bước không phụ thuộc vào chiều dòng điện mà dựa vào thứ tự cấp xung cho các cuộn dây Động cơ bước được phân loại thành ba loại chính.
- Động cơ bước biến từ trở
- Động cơ bước nam châm vĩnh cửu
- Động cơ bước hỗn hợp/lai
3.2.1 Động cơ bước nam châm vĩnh cửu Động cơ bước nam châm vĩnh cửu có roto là nam châm vĩnh cửu, stato có nhiều răng trên mỗi răng có quấn các vòng dây Các cuộn dây pha có cực tính khác nhau
Hình 3.3: Cấu tạo động cơ bước nam châm vĩnh cửu
Nguyên lý hoạt động của động cơ bước nam châm vĩnh cửu có 2 cặp cuộn pha được trình bày ở hình:
Ban đầu, stato và roto ở phase A Khi cấp điện cho cuộn dây pha B và D, cực tính xuất hiện, khiến roto di chuyển đến vị trí phase B on do cực tính ngược nhau Khi ngắt điện cuộn dây pha B và D, cuộn dây A và B được cấp điện, dẫn đến roto di chuyển đến vị trí phase C on.
Hình 3.4: Nguyên lý hoạt động động cơ bước nam châm vĩnh cửu
Gọi số răng trên stato là Zs, góc bước của động cơ là Sđc, góc bước của động cơ này được tính theo công thức sau:
3.2.2 Động cơ bước biến từ trở Động cơ bước biến từ trở có cấu tạo giống với động cơ bước nam châm vĩnh cửu Cấu tạo của stato cũng có các cuộn pha đối xứng nhau, nhưng các cuộn pha đối xứng có cùng cực tính khác với động cơ bước nam châm vĩnh cửu Góc bước của stato là Ss
Roto của động cơ bước biến từ trở được làm từ thép non với khả năng dẫn từ tốt, giúp cho roto tiếp tục quay tự do ngay cả khi động cơ bị mất điện, trước khi dừng lại hoàn toàn.
Nguyên lý hoạt động của động cơ bước biến từ được thể hiện như hình:
Hình 3.5: Nguyên lý hoạt động động cơ bước biến trừ trở
Khi cấp điện cho pha A, các cuộn dây A được bố trí đối xứng với cực tính giống nhau là nam (S) và bắc (N), tạo ra các vòng từ đối xứng.
Khi cấp điện cho pha B, từ trở trong động cơ tăng lên, tạo ra mô-men tác động lên trục roto khiến roto quay theo chiều giảm từ trở Roto tiếp tục quay cho đến khi từ trở đạt giá trị nhỏ nhất, lúc này mô-men bằng không và trục động cơ dừng lại, roto đạt đến vị trí cân bằng mới.
Khi cấp điện cho pha C, động cơ hoạt động theo nguyên tắc đã nêu và roto ở vị trí như hình c Quá trình này lặp lại, khiến động cơ quay liên tục theo thứ tự pha A, B, C Để đảo chiều quay của động cơ, chỉ cần cấp điện cho các pha theo thứ tự ngược lại.
Gọi số pha của động cơ là Np, ổ răng trên roto là Zr, góc bước của động cơ bước biến từ trở là S ta tính được công thức sau:
3.2.3 Động cơ bước hỗn hợp Động cơ bước hỗn hợp (còn gọi là động ơ bước lai) có đặc trưng cấu trúc của động cơ bước nam châm vĩnh cửu và động cơ bước biến từ Stato và roto có cấu tạo tương tự động cơ bước biến từ trở nhưng số răng của stato và roto không bằng nhau Roto của động cơ bước thường có 2 phần: phần trong là nam châm vĩnh cửu được gắn chặt lên trục động cơ, phần ngoài là 2 đoạn roto được chế tạo từ lá thép non và răng của 2 đoạn roto được đặt lệch nhau
Hình 3.6: Cấu tạo động cơ bước hỗn hợp
Góc bước của động cơ bước hỗn hợp được tính theo công thức:
Động cơ bước hỗn hợp, với góc bước 𝑆, góc giữa hai răng kề nhau 𝑆𝑟 và số cặp cực trên stato 𝑍𝑠, được sử dụng phổ biến nhờ vào việc kết hợp những ưu điểm của động cơ bước nam châm vĩnh cửu và động cơ bước biến từ trở.
Hiện nay, động cơ bước 2 pha rất phổ biến và có cấu trúc tương tự như động cơ bước hỗn hợp và động cơ bước nam châm vĩnh cửu.
Truyền động vít me – đai ốc
Vít me và đai ốc là hệ thống truyền động chuyển đổi chuyển động quay thành chuyển động tịnh tiến Có hai loại cơ cấu truyền động vít me - đai ốc: vít me - đai ốc trượt và vít me - đai ốc bi.
3.3.1 Cơ cấu vít me – đai ốc trượt
Hình 3.9: Vít me đai ốc
Cơ cấu vít me – đai ốc trượt có những đặc điểm:
- Độ chính xác truyền động cao, tỷ số truyền lớn
- Truyền động êm, có khả năng tự hãm, lực truyền lớn
- Có thể truyền động nhanh với vít me có bước ren hoặc số vòng quay lớn
- Hiệu suất truyền động thấp nên ít dùng để thực hiện những chuyển động chính
Kết cấu vít me – đai ốc trượt:
Dạng ren: Vít me thường có 2 dạng ren chủ yếu là
Ren hình thang với góc 30 độ mang lại nhiều lợi ích, bao gồm quy trình gia công đơn giản, có thể thực hiện bằng phay hoặc mài Khi kết hợp với đai ốc bổ đôi, việc đóng mở ren trở nên dễ dàng hơn.
Ren có hình dạng vuông chỉ dùng ở những máy cắt ren chính xác và máy tiện hớt lưng
Để đảm bảo sự bền bỉ và hiệu quả trong quá trình sử dụng, vít me nên được thiết kế với hai cổ trục giống nhau Điều này cho phép người dùng có thể lắp đảo ngược vít me sau một thời gian sử dụng, giúp bề mặt làm việc của vít me được mòn đều ở cả hai bên.
Ổ đỡ vít me có vai trò quan trọng trong việc đảm bảo trục chuyển động với độ đảo hướng trục và độ hướng kính thấp Đai ốc vít me được chia thành hai loại: đai ốc liền và đai ốc hai nửa Đai ốc liền thường được sử dụng trong các cơ cấu có chế độ làm việc ít, không yêu cầu độ chính xác cao và có thể có độ hở giữa các ren Ưu điểm của đai ốc liền là tính đơn giản, giá thành thấp và khả năng tự hãm ở mức độ nhất định Trong khi đó, đai ốc hai nửa được thiết kế để dễ dàng đóng, tách khỏi vít me khi gia công vít me trên máy tiên vạn năng.
Hình 3.10: Kết cấu đai ốc 2 nửa Để giảm độ biến dạng của vít me có thể dùng những phương pháp sau:
- Nâng cao cứng vững của gối đỡ bằng cách dùng bạc với tỷ lệ l/d lớn (với l là chiều dài và d là đường kính trong của gối đỡ)
- Không bố trí vít me ở ngoài thân máy mà bố trí phía trong máy nhằm giảm momen lật của bàn máy
- Dùng gối đỡ treo phụ cho những vít me quá dài và nặng
3.3.2 Cơ cấu vít me đai ốc bi
Hình 3.11: Vít me đai ốc bi
Cơ cấu vít me đai ốc bi có những đặc điểm sau :
- Tổn thất ma sát ít nên có hiệu suất cao, có thể đạt từ 90 – 95 %
- Lực ma sát gần như không phụ thuộc vào tốc độ chuyển động nên đảm bảo chuyển động ở nhựng vận tốc nhỏ
- Hầu như không có khe hở trong mối ghép và có thể tạo ra lực căng ban đầu, đảm bảo độ cứng vững hướng trục cao
Vít me đai ốc bi được ưa chuộng trong các máy cần truyền động thẳng chính xác, như máy khoan, doa tọa độ và các máy điều khiển chương trình số, nhờ vào những ưu điểm vượt trội của chúng.
Kết cấu vít me đai ốc bi
Hình 3.12: Kết cấu vít me đai ốc bi
Giữa các rãnh của đai ốc và vít me, những viên bi được đặt để chuyển đổi ma sát trượt thành ma sát lăn, giúp chúng di chuyển liên tục Máng nghiêng dẫn dắt các viên bi từ rãnh cuối về rãnh đầu, tối ưu hóa quá trình chuyển động.
Rãnh của vít me – đai ốc bi được thiết kế dạng cung nửa vòng tròn hoặc rãnh vòm Để điều chỉnh khe hở giữa vít me và đai ốc bi, sử dụng đai ốc kép với vòng căng ở giữa Khi xiết chặt vít, các rãnh của hai đai ốc sẽ tiếp xúc chặt chẽ với bề mặt bi, giúp khử khe hở và tạo ra lực căng ban đầu hiệu quả.
Sống trượt dẫn hướng
Sống trượt dẫn hướng có 2 chức năng cơ bản:
- Dùng để dẫn hướng cho các bộ phận máy như bàn máy, các cụm trục,
… theo một quỹ đạo hình học cho trước
- Định vị đúng các bộ phận tĩnh
Do vậy, sống trượt cần có các yêu cầu sau :
Để đảm bảo độ chính xác tĩnh và di chuyển cho các bộ phận lắp ráp, cần chú trọng đến độ chính xác gia công sống trượt và cách bố trí sống trượt trên bề mặt chịu lực Việc bố trí hợp lý giúp giảm thiểu lực tác dụng lên sống trượt và hạn chế biến dạng, từ đó nâng cao hiệu suất hoạt động của hệ thống.
Bề mặt làm việc cần có độ bền mòn cao để duy trì độ chính xác lâu dài Điều này phụ thuộc vào độ cứng và độ bóng của sống trượt, cũng như chế độ bôi trơn và bảo quản thích hợp.
- Kết cấu sống trượt đơn giản, có tính công nghệ cao
- Có khả năng điều chỉnh khe hở khi mòn, tránh được phoi và bụi
Hình 3.14: Sống trượt dẫn hướng
Bảo vệ và bội trơn sống trượt :
Bảo vệ sống trượt khỏi bụi bẩn và phoi, cùng với việc bôi trơn hợp lý bề mặt sống trượt, giúp giảm đáng kể độ mòn và duy trì độ chính xác ban đầu của nó.
Các phương pháp bảo vệ sống trượt thường dùng như :
- Dùng các chổi quét, lau di động cùng bàn máy
Các biện pháp che đậy sống trượt rất quan trọng, bên cạnh việc chống bụi, việc bôi trơn hợp lý cho sống trượt cũng cần được chú trọng Hiện nay, các nhà chế tạo sống trượt tuyến tính đều cung cấp hướng dẫn bôi trơn cụ thể cho từng dòng sản phẩm, nhằm đảm bảo hiệu quả hoạt động tối ưu.
Truyền động đai
Bộ truyền đai là một trong những hệ thống truyền động cơ khí lâu đời và vẫn được sử dụng phổ biến hiện nay Các loại đai phổ biến bao gồm đai thang, đai dẹt và đai răng, mỗi loại đều có ứng dụng riêng trong các ngành công nghiệp khác nhau.
So với các bộ truyền khác bộ truyền đai có những ưu điểm như:
- Truyền động giữa các trục xa nhau
- Làm việc êm và không ồn do độ bền và dẻo của đai do đó có thể truyền động với vận tốc cao
- Tránh cho cơ cấu không có sự dao động nhờ vào sự trượt trơn của đai khi quá tải
- Kết cấu và vận hành đơn giản
Tuy nhiên nó cũng tồn tại những nhược điểm như:
- Hiệu suất bộ truyền thấp
- Tỷ số truyền thay đổi do sự trượt đàn hồi giữa bánh đai và đai
- Kích thước bộ truyền lớn
- Tải trọng tác dụng lên trục lớn do phải căng đai ban đầu.
Kết luận
Chương này trình bày các vấn đề lý thuyết cơ bản liên quan đến các thành phần trong kết cấu máy, tạo nền tảng cho việc lựa chọn và thiết kế máy trong các giai đoạn tiếp theo.
PHƯƠNG HƯỚNG VÀ CÁC GIẢI PHÁP THIẾT KẾ
Thông số máy
- Không gian in tối đa: 200x200x200 mm
- Độ phân giải của một lớp in: từ 0.1 ~ 0.4 mm
- Dung sai cho phép ±0.1 mm
- Tốc độ khi in 90 ~ 130 mm/s
- Tốc độ tối đa 300 mm/s.
Các phương án thiết kế kết cấu máy
Trong kết cấu này bàn in sẽ dịch chuyển theo phương Y, đầu phun sẽ dịch chuyển theo phương XZ
2 trục XY sử dụng bộ truyền đai, trục Z sử dụng bộ truyền vít me – đai ốc Ưu điểm của kết cấu này là:
- Kết cấu đơn giản, dễ thi công
- Chi phí rẻ, độ cứng vững tương đối cao
Nhược điểm của nó là:
- Độ chính xác của mẫu in không cao
- Do bàn in di chuyển nên dễ làm cho những lớp in đầu tiên dễ bị dịch chuyển làm sai lệch mẫu in
- Do khối lượng các cơ cấu di động lớn nên quán tính lớn, dễ rung động
Sử dụng kết cấu robot delta, dùng truyền động đai
Kết cấu này có ưu điểm là:
- Các kết cấu di động nhỏ nên quán tính máy nhỏ, di chuyển êm
- Độ cứng cứng khá cao, có thể in được vật có chiều cao lớn
- Độ chính xác và thời gian in nhanh hơn kết cấu Cartesian – XZ
Tuy nhiên nhược điểm của loại máy này là:
- Khổ máy lớn, gây khó khăn cho quá trình di chuyển
- Khó căn chỉnh bàn máy
- Giá thành cao hơn mẫu máy sử dụng kết cấu Cartesin – XZ
Trong kết cấu này bàn in sẽ dịch chuyển theo phương Z, đầu phun nhựa dịch chuyển theo phương XY
2 trục XY sử dụng bộ truyền đai theo cơ cấu CoreXY, trục Z sử dụng bộ truyền vít me đai ốc Ưu điểm của kết cấu này:
- Kết cấu đơn giản, dễ lắp đặt
- Có thể in với tốc độ cao hơn so với kết cấu Cartesian – XZ và tương đương với kết cấu delta
- Các kết cấu di động nhỏ nên quán tính nhỏ, máy hoạt động êm hơn
- Độ chính xác tương đương hoặc cao hơn máy delta
Nhược điểm của kết cấu này:
- Khó căn chỉnh bàn in
- Kích thước máy có thể hơi lớn và cồng kềnh.
Lựa chọn phương án
Dựa vào những ưu điểm cũng như khuyết điểm của từng kết cấu như trên nhóm đã quyết đinh sử dụng phương án 3 – Cartersian XY cho máy.
Trình tự thực hiện
- Tính toán thiết kế truyền động đai cho trục XY
- Tính toán thiết kế truyền động vít me – đai ốc cho trục Z
- Thiết kế, gia công các chi tiết máy
- Lựa chọn, tính toán phần điện
TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ CƠ KHÍ
Thiết kế khung máy
Khung máy in 3D được thiết kế bằng nhôm định hình, giúp tiết kiệm chi phí và dễ dàng trong việc tháo lắp cũng như sửa chữa, do không chịu tải trọng lớn.
Kích thước nhôm định hình sử dụng là 20x20 để khung máy nhỏ gọn
Hình 5.1: Kích thước nhôm định hình
Hình 5.2: Bản vẽ khung máy
Phương pháp gia công và lắp ráp khung máy
Khung máy là bộ phận quan trọng, chịu lực lớn nhất và đảm bảo độ chính xác của máy nên yêu cầu độ chính xác khi gia công cao
Yêu cầu phải đảm bảo về kích thước của các thanh nhôm, độ vuông góc khi lắp ghép
Các thanh nhôm định hình được cắt bằng máy cưa tay với độ sai lệch từ 2 đến 3mm Sau đó, chúng được đưa vào máy phay CNC để phay phẳng hai đầu, đảm bảo kích thước chính xác và độ phẳng cần thiết.
Các thanh nhôm được nối với nhau bằng bát ke góc nhôm và bu lông lục giác
Hình 5.3: Bu lông, ke góc, con trượt
Chân máy được lắp thêm 4 chân đế cao su nhằm làm giảm rung động khi máy hoạt động.
Thiết kế cụm cơ khí trục Z
Trục Z là trục có mức độ di chuyển thấp nhất trong quá trình hoạt động, nhưng lại đóng vai trò quan trọng trong việc đảm bảo chất lượng sản phẩm, đặc biệt là liên quan đến thông số chiều dày.
27 lớp in, thông số này ảnh hưởng đến độ bóng cũng như dung sai kích thước về chiều cao của chi tiết
Thông thường đối với trục Z ta có thể sử dụng truyền động vít me – đai ốc, vít me – đai ốc bi, truyền động đai
Truyền động đai có ưu điểm là kết cấu nhỏ gọn, hoạt động êm, dễ thiết kế nhưng trục Z chuyển động lên xuống sẽ dễ gây trượt đai
Truyền động vít me – đai ốc bi được sử dụng trên trục Z do truyền động có hiệu suất cao, ít gây ra hiện tượng trượt, vận hành êm
5.2.1 Tính toán truyền động vít me – đai ốc bi trục Z
- Khối lượng bàn in: m = 1 kg
- Vận tốc di chuyển tối đa: V1 = 20 mm/s
- Vận tốc di chuyển khi in: V2 = 5 mm/s
- Gia tốc tốc hoạt động lớn nhất của hệ thống: a = 2 mm/s 2
- Tốc độ vòng quay của động cơ: N = 1000 vòng/phút
- Thời gian làm việc: Tl = 21900 h (5 năm, 12h mỗi ngày)
Lựa chọn kiểu lắp trục vít:
Có 3 kiểu lắp trục vít thường được sử dụng là kiểu fixed – fixed, fixed – support, fixed – free
Kiểu lắp fixed – fixed hai đầu vít me được cố định chắc chắn, mang lại độ cứng vững cao và khả năng chịu tải trọng lớn, giúp giảm thiểu rung động của trục Z Tuy nhiên, cấu trúc này có độ phức tạp cao và khó khăn trong việc lắp đặt.
Hình 5.5: Kiểu lắp vít me fixed – fixed
Kiểu fixed – support một đầu vít me gắn ổ bi có độ cứng vững thấp hơn kiểu fixed – fixed và khả năng chịu tải ở mức trung bình.
Hình 5.6: Kiểu lắp vít me fixed – support
Kiểu lắp đặt fixed – free một đầu vitme mang lại sự tự do trong chuyển động, với cấu trúc đơn giản và dễ dàng lắp đặt Tuy nhiên, kiểu này chỉ chịu tải trọng thấp tương tự như kiểu fixed – support, đồng thời độ cứng vững cũng thấp hơn so với kiểu fixed – fixed.
Trong hình 5.7, kiểu lắp vít me fixed - free được lựa chọn cho kết cấu bàn in của máy do khoảng dịch chuyển và tải trọng trên bàn máy nhỏ Việc sử dụng kiểu lắp này giúp dễ dàng trong quá trình lắp đặt.
Hình 5.8: Sơ đồ khối trục Z
Quy trình tính toán lựa chọn vít me có thể thể hiện qua sơ đồ sau:
Chọn kiểu lắp vít me
Chọn kiểu lắp vít me
Tính toán vít me - đai ốc
Tính toán vít me - đai ốc
Tính sơ bộ bước vít me
Tính sơ bộ bước vít me
Tính lực và tải trọng
Tính lực và tải trọng
Tính chiều dài - bán kính vít me
Tính chiều dài - bán kính vít me
Lực dọc trục Lực dọc trục
Tải trọng tĩnh Tải trọng tĩnh
Tải trọng động Tải trọng động
Lựa chọn vít me - đai ốc
Lựa chọn vít me - đai ốc
Tuổi thọ vít me Tuổi thọ vít me
Tốc độ quay cho phép
Tốc độ quay cho phép Độ dịch do thay đổi nhiệt độ Độ dịch do thay đổi nhiệt độ
Hình 5.9: Quy trình lựa chọn vít me
Khi lựa chọn trục vít me, độ chính xác của vít me là yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến chất lượng làm việc Để xác định cấp độ chính xác, người dùng có thể tham khảo trong catalog của hãng Trong trường hợp này, nhóm đã chọn vít me bi của hãng PMI với yêu cầu độ chính xác ±0,1/300mm, và cấp chính xác C7 đáp ứng tốt yêu cầu này.
Tính toán bước vít dựa vào công thức:
𝑁 𝑚𝑎𝑥 Trong đó Vmax là vận tốc lớn nhất (mm/s)
Nmax là tốc độ vòng quay lớn nhất (vòng/s)
Ta chọn bước ren 2.5mm Điều kiện làm việc và các thông số được tính chọn
𝐹 𝑎 = 𝜇 𝑊 𝑦 = 0,1.10.1 = 1𝑁 Tính toán lực dọc trục:
Lực dọc trục trung bình 𝐹 𝑚𝑎𝑥 = 𝐹 𝑎1 = 12𝑁
𝑓 𝑠 là hệ số bền tĩnh, đối với máy thông thường 𝑓 𝑠 = 1,2~2 chon 𝑓 𝑠 = 2
Fmax lực lớn nhất tác dụng lên vít me
Với bước ren l=2.5mm, số vòng quay danh nghĩa là Nm=V1/l33/2,53,2 (vòng/phút)
𝑓 𝑤 là hệ số tải, trục z di chuyển với tốc độ v < 15 (m/phút) nên lấy 𝑓 𝑤 = 1,2 Tải trọng động tính được:
Chọn bán kính trục vít
Tổng chiều dài trục vít = khoảng dịch chuyển + chiều dài đai ốc + khoảng thoát = 200 + 30 + 30 = 260 mm
Kiểu lắp là fixed – free 𝑓 = 3.4
3,4 10 −7 = 2,1𝑚𝑚 Chọn vít me có bán kính 4mm
Dựa trên catalog của hãng PMI ta chọn loại vít me: FSM0801 – C3 – 1R – 0248
Hình 5.10: Thông số vít me – đai ốc bi
Hình 5.11: Bản vẽ vít me – đai ốc bi
Tốc độ quay cho phép:
270 2 10 7 = 1865,57 (𝑣ò𝑛𝑔/𝑝ℎú𝑡) Độ dịch do thay đổi nhiệt độ
𝜌 là hệ số dãn nở khi thay đổi nhiệt độ (12𝜇𝑚/𝑚℃)
𝜃 là nhiêt độ thay đổi của trục vít
L là chiều dài trục vít
Như vậy thời gian hoạt động và số vòng quay đều đạt yêu cầu
5.2.2 Tính toán chọn động cơ trục Z Để lựa chọn động cơ bước phù hợp là cần căn cứ vào: momen tải quy đổi, memen quán tính, số vòng quay tối đa Để đơn giản trong quá trình tính toán ta sử dụng công cụ tính toán động cơ bước có sẵn trên trang orientalmotor.com:
Hình 5.12: Thông số tính toán động cơ
Hình 5.13: Thông số tính toán động cơ Trong đó :
Total mass of load and table: khối lượng của bàn máy và phôi, m = 1kg
Friction coefficent of guide: hệ số ma sát của thiết bị dẫn hướng
Dianmetter: đường kính của trục vít D = 8mm
Total length: tổng chiều dài của trục vít, L = 270mm
Efficient: hiệu suất, đối với vít me bi có hiệu suất là 95%
Material : vật liệu là thép không rỉ
Safety factor: hệ số an toàn
Mechanism angle: góc nghiêng của cơ cấu
Hình 5.14: Kết quả tính toán động cơ
Như vậy ta có các thông số cần thiết:
Momen quán tính: Jl = 1,0.27.10 -6 (kg.cm 2 )
Số vòng quay tối đa: V = 480 (vòng/phút)
Nrate > Nmax: tốc độ định mức của động cơ lớn hơn tốc độ yêu cầu cảu vitme
Trate >T: momen định mức động cơ lớn hơn momen cần thiết
𝐽 𝑚 ≥ 2: trong đó Jm là momen quán tính định mức của động cơ
Dựa trên các tiêu chí như giá cả và độ chính xác của động cơ, chúng ta lựa chọn động cơ bước mã 42H47HM - 0504A - 18 Động cơ này có nhiều thông số kỹ thuật nổi bật, phù hợp với nhu cầu sử dụng.
Momen quán tính: Jm = 72.10 -4 (g.cm 2 )
Thông số kích thước của motor :
Hình 5.15: Bản vẽ động cơ bước
5.2.3 Trục dẫn hướng và bạc dẫn hướng
Lựa chọn bạc dẫn hướng LHFRDM8, do chiều dài của bạc độ tuyến tính cao hơn, giảm độ rung lắc khi di chuyển
Hình 5.16: Bạc dẫn hướng LHFRDM8
Hình 5.17: Thông số kích thước bạc dẫn hướng
Khớp nối là chi tiết máy có nhiệm vụ truyền chuyển động, truyền momen giữa
Hình 5.18: Một số loại khớp nối
Khớp nối bao gồm các thành phần như nối trục, ly hợp và ly hợp tự động Đây là chi tiết tiêu chuẩn, do đó trong thiết kế thường dựa vào momen xoắn tính toán Tt, được xác định theo công thức cụ thể.
T là momen xoắn danh nghĩa k là hệ số chế độ làm việc
- Băng tải, quạt gió, máy cắt kim loại có chuyển động liên tục 1,2 ÷1,5
- Xích tải, vít tải, bơm ly tâm 1,5 ÷ 2
- Máy cắt kim loại có chuyển động tịnh tiến đảo chiều 1,5 ÷2,5
- Máy nghiền, máy búa, mắt cắt ly tâm, máy cán 2 ÷3
- Guồng tải, máy trục, thang máy 3 ÷ 4
Bảng 5.1: Hệ số làm việc của một số máy
Momen xoắn theo tính toán là T = 0,08 (N.m),
Vậy momen xoắn tính toán được là :
Đối với các dòng máy in 3D, khớp nối đàn hồi bằng hợp kim nhôm thường được sử dụng vì kích thước nhỏ gọn và khả năng truyền momen xoắn hiệu quả.
Ta lựa chọn khớp nối loại PC1, do đường kính motor là 5mm, chọn loại có kích thước 2 đầu trục là 5 – 8
Hình 5.19: Thông số kích thước khớp nối 5.2.5 Thiết kế bàn nâng trục Z
Nhóm đã chọn bàn nâng trục Z làm từ vật liệu mica vì tính nhẹ của nó giúp giảm thiểu hiện tượng công xôn của bàn máy, đồng thời chi phí cũng không quá cao.
Sử dụng lò xo và đai ốc để cân bằng bàn máy
Phía trên cùng sử dụng một tấm kính dày khoảng 3 – 5mm để in trực tiếp trên tấm kính
Hình 5.20: Thiết kế bàn in
Thiết kế cơ khí cụm trục XY
Thông số cụm truc XY:
- Chiều dài làm việc: Sx = 200 mm; Sy = 200 mm
- Vận tốc tối đa: Vmax = 150 mm/s
- Vận tốc khi in: V1 = 100 mm/s
- Thời gian hoạt động: Tl!900 h (5 năm, 12h mỗi ngày)
- Tốc độ động cơ: N = 1500 (vòng/phút)
5.3.1 Kết cấu truyền động trục XY
Kết cấu truyền động CoreXY được nhóm lựa chọn cho đồ án, là một biến thể của truyền động theo tọa độ Dercasrte, cho phép di chuyển đồng thời theo 2 phương để xác định vị trí điểm trong tọa độ Ưu điểm của cơ cấu này là việc sử dụng 2 động cơ phối hợp, cung cấp mômen lớn hơn, hỗ trợ cho cụm trục nặng hoặc cho phép sử dụng 2 động cơ với mômen nhỏ hơn vẫn đảm bảo hoạt động hiệu quả Tuy nhiên, sự phối hợp này cũng có thể trở thành nhược điểm trong một số trường hợp.
Một nhược điểm của việc sử dụng hai động cơ cùng lúc là khả năng gây ra sai số và hiện tượng nhiễu, ảnh hưởng đến quá trình vận hành thiết bị Tuy nhiên, ưu điểm lớn nhất của dạng truyền động này là tốc độ Trong một số dòng máy in 3D như Prusa và Mendel, động cơ thường được đặt trên bộ phận di chuyển, làm tăng khối lượng và quán tính, dẫn đến tốc độ in giảm Ngược lại, với kết cấu các bộ phận di động nhỏ và nhẹ, lực quán tính được giảm thiểu, cho phép in với tốc độ cao hơn.
Cơ cấu CoreXY nổi bật với thiết kế đơn giản, dễ lắp đặt chỉ cần tấm đỡ và cụm bạc đạn để dẫn hướng đai Chi phí lắp đặt thấp và linh hoạt trong việc chọn lựa vật liệu gia công, cho phép sử dụng nhiều loại vật liệu khác nhau.
Khi hai động cơ quay cùng chiều, chúng tạo ra chuyển động theo trục X; ngược lại, khi hai động cơ quay ngược chiều, chuyển động sẽ diễn ra theo trục Y.
Hình 5.21: Sơ đồ nguyên lý truyền động CoreXY
Phương trình truyền động của cơ cấu:
5.3.2 Lựa chọn bộ truyền Đối với truyền động trục XY ta lựa chọn bộ truyền đai răng do kết cấu bộ truyền đơn giản, hoạt động êm, có tính giảm chấn, dễ thay thế
Một số kiểu đai thường được sử dụng trong máy in 3D như đai T2,5 ; T5 ; MXL, … Đai gờ hình thang Đai gờ hình tròn
Ký hiệu Bước đai p, mm Ký hiệu Bước đai p, mm
Bảng 5.2: Một số loại đai
Chất lượng in của máy in 3D phụ thuộc vào khả năng điều chỉnh căng đai của các loại đai truyền động Tuy nhiên, những loại đai này được thiết kế chủ yếu để truyền chuyển động quay, không tối ưu cho truyền động tuyến tính, dẫn đến việc không tính toán hiện tượng backlash khi động cơ đảo chiều chuyển động.
Để khắc phục hiện tượng backlash trong truyền động tuyến tính, chúng ta nên chọn đai GT2, loại đai được thiết kế và chế tạo đồng bộ với bánh đai Việc sử dụng đai GT2 giúp đảm bảo chất lượng và hiệu suất của hệ thống truyền động.
41 lượng truyền động Ngoài đai GT2 có thể sử dụng đai GT3 tuy nhiên loại đai này khó tìm trên thị trường Việt Nam
Hình 5.23: Đai GT2 và pulley Hình 5.24: Thông số đai GT2
Lựa chọn bánh đai GT2 – 20 răng để tăng độ phân giải cho 2 trục
5.3.3 Thiết kế sơ bộ cụm trục XY
Cụm trục XY đảm nhiệm hầu hết chuyển động khi in nên yêu cầu đối với cụm trục này là:
- Đảm bảo độ vuông góc giữa 2 trục X và Y
- Các chi tiết đỡ đảm bảo độ phẳng
- 2 thanh trượt đảm bảo lắp song song với nhau Động cơ
Cụm bạc đạn 1 Cụm bạc đạn 2
Cụm bạc đạn 3 Cụm bạc đạn 4
Hình 5.25: Sơ đồ tính toán trục XY
Cơ cấu động học CoreXY sử dụng 8 cụm bạc đạn để dẫn hướng cho đai, đảm bảo đai di chuyển chính xác trong không gian làm việc.
Bạc đạn 624zz có đường kính ngoài 13mm, tương ứng với đường kính ngoài của pulley, giúp việc thiết kế động bộ trở nên dễ dàng và thuận tiện cho quá trình tính toán.
Hình 5.26: Thông số bạc đạn 624zz
LX = Sx + 2*Chiều dày đồ gá + khoảng an toàn = 200 + 2*40 +50 = 330 (mm) Chiều dài cụm trục Y:
LY =Sy + Khoảng cách cụm bạc đạn 1 và 2 + khoảng an toàn + chiều dày cụm trục X = 200 + 25 + 50 + 35 = 310 (mm)
Tính toán thiết kế sống trượt dẫn hướng
Cụm trục XY là yếu tố quan trọng trong quá trình in, chịu trách nhiệm cho phần lớn chuyển động Để nâng cao độ chính xác và kéo dài thời gian hoạt động, việc sử dụng sống trượt dẫn hướng cho cụm trục XY là quyết định cần thiết.
Việc chọn lựa sống trượt dẫn hướng phụ thuộc vào nhiều yếu tố như độ chính xác, độ cứng vững, thời gian làm việc và yêu cầu kinh tế Hai yếu tố quan trọng nhất cần xem xét là khả năng chịu tải và tuổi thọ của sống trượt Kết hợp các yếu tố này giúp lựa chọn sống trượt dẫn hướng đảm bảo khả năng chịu tải cần thiết và đạt được giá trị kinh tế tối ưu.
Việc lắp đặt các sống trượt cần tuân thủ trình tự đúng quy trình để tránh hư hỏng bi trong con lăn và giảm độ chính xác của sống trượt sau một thời gian hoạt động.
Mỗi nhà sản xuất đều quy định ký hiệu thanh trượt nhằm hỗ trợ người dùng trong việc tính toán và lựa chọn Mỗi serie của từng loại sống trượt cung cấp thông tin về loại sống trượt, kích thước và kiểu dáng của nó.
Hình 5.27: Ký hiệu series sống trượt
Dựa theo số series của sống trượt ta có thể nhận biết các thông số quan trọng như:
- Kiểu sống trượt dựa vào 3 chữ cái đầu tiên
- Số tiếp theo chỉ kích thước chiều ngang của ray trượt
- Chữ cái tiếp theo chỉ kiểu con trượt
- Tải trọng đặt trước ZF, Z0, Z1
- Vật liệu của sống trượt
Trình tự tính toán sống trượt dẫn hướng dựa theo catalouge của hãng HIWIN
Xác định điều kiện làm việc
Chọn cấp chính xác Chọn kích thước
Tính tải trọng tối đa đặt trước
Tính tải trọng đặt trước
Tính tuổi thọ, hành trình sống trượt
Lựa chọn bôi trơn, chống mòn
Hình 5.28: Quy trình tính toán sống trượt dẫn hướng
Máy nhóm quyết định sử dụng thanh trượt dẫn hướng HIWIN, một thương hiệu nổi tiếng trong lĩnh vực sản xuất thiết bị truyền động như vít me và thanh trượt Sản phẩm của HIWIN hiện đang được bán phổ biến trên thị trường Việt Nam với mức giá hợp lý.
Để chọn được sống trượt hợp lý theo hướng dẫn trong catalogue của hãng, cần dựa vào điều kiện hoạt động của máy để xác định sơ bộ series sống trượt phù hợp.
Lựa chọn kiểu sống trượt :
- Đối với các loại máy nghiền, máy phay, máy khoan … dùng dòng HG
- Đối với các loại máy cắt gỗ,máy vận chuyển tốc độ cao, máy đo … dùng dòng
- Đối với các loại máy vận chuyển, robot, máy bán dẫn, máy tự động dùng dòng WE/QE
Thiết kế và gia công các chi tiết
Để tiết kiệm chi phí và dễ dàng mua sắm vật tư, các chi tiết máy không chịu lực lớn và không yêu cầu độ chính xác cao thường được làm từ nhựa POM Phương pháp gia công chủ yếu cho các chi tiết này là phay.
Danh sách các chi tiết gia công :
Tên chi tiết Số lượng Vật liệu Phương pháp gia công
Tấm gá trục X 1 POM Phay
Gia công chính xác vị trí các lỗ bắt con trượt Đồ gá bạc đạn 2 POM Phay
- Gia công chính xác vị trí
2 lỗ ren trên mặt đầu
- Gia công chính xác kích thước bậc
Gá đầu phun 1 1 POM Phay
- Gia công chính xác vị trí các gờ phía trong
- Đảm bảo độ vuông góc
Gá đầu phun 2 1 POM Phay
- Gia công chính xác kích thước, khoảng cách 2 lỗ
Tấm gá bạc đạn 2 2 Mica Cắt laser
Khối đỡ trục X 2 POM Phay
- Gia công chính xác kích thước lỗ
- Đảm bảo độ phẳng của mặt trên
Tấm nối con trượt trục X 1 Mica Cắt laser
Gá công tắc hành trình trục XY 2 Mica Cắt lase
Gá công tắc hành trình trục Z 1 PLA In 3d
Bảng 5.3: Các chi tiết gia công
Bộ phận đùn nhựa
5.5.1 Cụm tời nhựa Để nhựa được cung cấp liên tục cần phải có 1 cơ cấu để kéo sợi nhựa một cách liên tục Bộ tời nhựa được điều khiển bởi một đông cơ bước Động cơ bước quay làm quay bánh răng gắn trên động cơ sẽ đẩy sợi nhựa xuống bộ phận gia nhiệt
5.5.2 Đầu phun gia nhiệt Đầu phun là nơi nung nóng sợi nhựa và đùn nhựa ra tạo mẫu in Hầu hết các bộ phận ở đầu phun đều được chế tạo bằng hợp kim nhôm để đảm bảo tính tản nhiệt tốt Đầu phun gồm có các bộ phận :
Khối tản nhiệt có vai trò quan trọng trong việc giảm nhiệt độ ở khu vực đầu phun, giúp ngăn chặn hiện tượng nhựa chảy lỏng trước khi được phun ra Điều này không chỉ hạn chế tình trạng tắc nghẽn đầu phun mà còn bảo vệ chất lượng sản phẩm nhựa.
Lõi dẫn nhựa có vai trò quan trọng trong việc định hướng đường đi của sợi nhựa vào đầu phun chính xác Thông thường, lõi này được chế tạo từ nhôm và bên trong được lót bằng ống nhựa teflon, giúp dẫn hướng và cách nhiệt hiệu quả cho sợi nhựa.
Cục nóng trong máy phun nhựa bao gồm điện trở gốm để gia nhiệt và cảm biến nhiệt độ để kiểm soát nhiệt độ nóng chảy của nhựa Đây là bộ phận nóng nhất trên đầu phun, do đó cần có biện pháp an toàn để tránh tiếp xúc trực tiếp Thông thường, cục nóng được bọc bằng lớp băng keo cách nhiệt nhằm ngăn chặn thất thoát nhiệt và nâng cao hiệu quả quá trình nung chảy nhựa.
Đầu phun đóng vai trò quan trọng trong việc định hình kích thước của nhựa lỏng khi được phun ra, với kích thước thường từ 0,1 mm đến 0,5 mm Kích thước đầu phun ảnh hưởng đến độ dày của lớp in, với đầu phun nhỏ cho phép lớp in mỏng hơn Tuy nhiên, đầu phun có đường kính nhỏ cũng dễ gặp phải vấn đề tắc nghẽn và tràn nhựa nếu chất lượng đầu phun không đạt yêu cầu.
Khối tản nhiệt Sợi nhựa
Hình 5.43: Kết cấu đầu phun nhựa
Vật liệu chính sử dụng trong máy in 3D là sợi nhựa nguyên chất, không pha tạp, tránh sử dụng sợi nhựa tái chế do có thể chứa cát, sạn và bụi bẩn, gây tắc đầu phun và ảnh hưởng đến chất lượng mẫu in Sợi nhựa tiêu chuẩn có hai đường kính chính là 1,75 mm và 3 mm, với dung sai ±0,05 mm Đường kính sợi nhựa cần được chế tạo đồng đều, vì sự không đồng nhất có thể dẫn đến việc đầu phun không đủ lực kéo sợi nhựa hoặc bị tắc nghẽn do sợi nhựa có đường kính lớn bất thường.
Có 2 loại vật liệu thường được sử dụng trong các máy in 3D FDM hiện nay là nhựa ABS (Acrylonitrile Butadiene Styrene) và nhựa PLA (Polylactic Acid)
Nhựa ABS là loại nhựa nhiệt dẻo với cơ tính tốt và nhiệt độ in cao, thường lớn hơn 230°C Tuy nhiên, in ở nhiệt độ cao có thể gây cong vênh và gãy sản phẩm, vì vậy cần thiết kế hệ thống hỗ trợ để giảm thiểu hiện tượng này Một nhược điểm khác là các lớp đầu tiên của mẫu in thường không kết dính tốt với bàn in do bị nguội quá nhanh Để làm mịn sản phẩm từ nhựa PLA, có thể sử dụng Acetol (xăng thơm).
Nhựa PLA là loại nhựa nhiệt dẻo có nguồn gốc tự nhiên, an toàn và không độc hại cho người sử dụng Tuy nhiên, nhựa PLA khá giòn, dễ gãy trong quá trình in ấn, đặc biệt là khi xảy ra tắc nghẽn đầu phun Nhiệt độ in của nhựa PLA tương đối thấp, chỉ từ 190 độ C.
210 0 C nên quá trình in dễ dàng hơn so với nhựa ABS Giá thành của nhựa PLA cũng thường thấp hơn nhựa ABS từ khoảng 100.000 VNĐ đến 200.000 VNĐ.
Tính toán thiết kế phần điện
Hệ thống điện là yếu tố thiết yếu để đảm bảo hoạt động của máy móc, cung cấp nguồn điện và điều khiển các thiết bị như động cơ bước, cụm tời nhựa và đầu phun nhựa.
Khối nguồn Phần điều khiển
Các cơ cấu chấp hành
Hình 5.44: Sơ đồ khối hệ thống điện
Khối nguồn là bộ phận thiết yếu cung cấp năng lượng cho toàn bộ hệ thống điện của máy in 3D Để đảm bảo máy hoạt động ổn định, nguồn cấp cần duy trì điện áp và dòng điện luôn ở mức ổn định.
Ta có 2 lựa chọn cho bộ nguồn của máy in 3D, sử dụng nguồn tổ ong hoặc nguồn LITEON
Để chọn bộ nguồn phù hợp cho mạch điện, cần chú ý đến các thiết bị sử dụng và thông số điện áp, dòng điện yêu cầu trên linh kiện điện Việc lựa chọn nguồn nuôi thích hợp sẽ dựa vào các thông số này Dưới đây là danh sách một số linh kiện điện tử cùng với điện áp yêu cầu của chúng.
Linh kiện Số lượng Thông số
Bảng 5.4: Một số linh kiện điện
Để đảm bảo cung cấp đủ điện áp và dòng cho động cơ cùng các thiết bị khác trong máy, chúng ta cần chọn bộ nguồn có điện áp 12 V và dòng 5 A, phù hợp với dải điện áp hoạt động từ 6 V đến 24 V của các thiết bị điện.
Nguồn tổ ong cung cấp điện áp 12 V và cường độ dòng điện 30 A, trong khi nguồn LITEON chỉ có điện áp 12 V và cường độ dòng điện 7,5 A Mặc dù bộ nguồn tổ ong có giá thành cao hơn so với bộ nguồn LITEON, nhưng nó vẫn được ưa chuộng hơn nhờ vào hiệu suất và khả năng cung cấp dòng điện mạnh mẽ hơn.
57 lợi cho việc nâng cấp hệ thống điện sau này và đảm bảo hệ thống điện hoạt động tốt nhất ta lựa chọn nguồn tổ ong 12V - 30A
Phần điều khiển có những nhiệm vụ là :
- Cấp xung, điều khiển chuyển động của động cơ bước các trục chuyển động
- Điều khiển nhiệt độ đầu phun nhựa
- Điều khiển bộ tời nhựa
- Điều khiển quạt làm mát đầu phun, quạt làm mát sản phẩm
Driver Công tắc hành trình Động cơ bước Đầu phun nhựa
Hình 5.47: Sơ đồ khối các linh kiện điện tử
Trong đồ án này, nhóm đã chọn sử dụng board Arduino Mega 2560 nhờ vào tính dễ sử dụng, phù hợp cho cả những người không chuyên Board này phổ biến và dễ tìm kiếm, với ngôn ngữ lập trình đơn giản và khả năng kết nối phần cứng thuận tiện.
Board mạch Arduino Mega 2560 là một vi xử lý được thiết kế để phát triển các ứng dụng tương tác, giúp kết nối dễ dàng hơn với nhau và với môi trường xung quanh.
Board mạch được xây dựng trên nền tảng vi xử lý ATmega 2560 8bit Board mạch có 54 chân digital I/O, 16 chân analog input, sử dụng bộ tạo dao động 16Mhz
Có thể sử dụng nguồn thông qua cổng USB hoặc nguồn DC từ 6 đến 20V
Vi xử lý Atmega 2560 Điện áp hoạt động 5 V Điện áp vào (khuyên dùng) 7 – 12 V Điện áp vào (tối đa) 6 – 20 V
Dòng điện trên các chân I/O 20 mA
Bộ nhớ Flash 256 KB (8 KB cho bootloader)
Bảng 5.5: Thông số board Arduino Mega 2560
Vi điều khiển Arduino Mega 2560 cho phép lập trình và flash code dễ dàng thông qua phần mềm Arduino IDE, sử dụng ngôn ngữ lập trình C/C++ Ngôn ngữ này đơn giản và dễ hiểu, ngay cả với người không chuyên Phần mềm Arduino IDE có giao diện trực quan và thân thiện, cùng với hệ thống thư viện phong phú, hỗ trợ thuận lợi cho người dùng trong quá trình lập trình.
Kiểm tra lỗi, biên dịch chương trình
Hình 5.49: Giao diện phần mềm Arduino IDE
Để kết nối các thiết bị ngoại vi như driver và công tắc hành trình, việc nối dây trực tiếp vào board vi điều khiển có thể gây ra rủi ro khi số lượng dây nhiều, dễ dẫn đến kết nối sai và có thể làm hỏng board Arduino Hơn nữa, khi số lượng dây nối quá lớn, tính thẩm mỹ của hệ thống cũng bị ảnh hưởng.
Một giải pháp hiệu quả để kết nối board vi điều khiển với các thiết bị khác là sử dụng board giao tiếp trung gian Hiện nay, có nhiều loại board trung gian được phát triển, chẳng hạn như RAMPS, Melzi và Generation.
Hình 5.50: Board RAMPS Hình 5.51: Board MKS
Mỗi loại board mạch đều có những ưu điểm riêng, vì vậy việc lựa chọn board mạch phù hợp cần xem xét các yếu tố như giá thành, khả năng hỗ trợ, khả năng mở rộng, sự tiện lợi khi lắp đặt và mức độ phổ biến Kết hợp các yếu tố này sẽ giúp người dùng chọn được board mạch thích hợp cho máy Trong số các board kết nối thường dùng, board RAMPS nổi bật với khả năng đáp ứng tốt các yêu cầu trên.
RAMPS là một board mạch nhỏ gọn và giá rẻ, được thiết kế để kết nối các thiết bị điện cần thiết cho máy in 3D Board mạch này có các plug-in tương thích với driver cho động cơ bước, giúp mở rộng dễ dàng Linh kiện trên board có thể thay thế nhanh chóng khi gặp sự cố RAMPS giao tiếp hiệu quả với board Arduino Mega 2560, mang lại nền tảng mạnh mẽ và khả năng mở rộng tốt Thiết kế của board cũng cho phép kết nối và lắp đặt dễ dàng với các thiết bị khác.
Một số đặc tính của board RAMPS :
Dòng điện cung cấp từ 12V – 24V Điện áp 5A – 30A
Tương thích với máy in 3D theo tọa độ Dercartes, robot delta
Có khả năng mở rộng để với các thiết bị ngoại vi khác
3 mosfet cho quạt tản nhiệt và bộ gia nhiệt, 3 mạch điều khiển nhiệt độ Cầu chì 5A bảo vệ
Cấp dòng cho bàn nhiệt lên tới 11A
Cung cấp 5 khe cắm driver
Hỗ trợ điều khiển 2 tối đa 2 trục Z đối với các máy Prusa
Hỗ trợ LCD SD Card
Báo tín hiệu bằng LED khi gia nhiệt
Có thể hỗ trợ kết nối servo
Các chân I2C và SPI để thuận lợi cho việc mở rộng board mạch
Tất cả các chân mosfet đều được kết nối vào chân PWM
Hỗ trợ kết nối USB chuẩn B
Hình 5.52: Sơ đồ nguyên lý board RAMPS
Driver là một bộ phận thiết yếu trong việc điều khiển động cơ bước, hoạt động như một mạch phân phối xung cung cấp điện cho động cơ Hai loại driver phổ biến trong các máy in 3D hiện nay là A4988 và DRV8825.
Hình 5.53: Driver A4988 Hình 5.54: Driver DRV8825
So sánh giữa A4988 và DRV8825
Sự phổ biến Phổ biến rộng Phổ biến
Giá thành 6,8 USD/5PCS 10 USD/5PCS
Màu PCB Đỏ/xanh Tím
Biến trở Gần chân Dir Gần chân En
Giá trị trở Rs 0.05 Ohm
Vref I_TripMax= Vref/(8*Rs) I_TripMax= Vref/(5*Rs)
Bảo vệ quá nhiêt Có Có
Bảng 5.6: So sánh driver A4988 và Drv8825 Ở đồ án này, quyết định sử dụng driver A4988 do driver này phổ biến và giá thành rẻ hơn
Driver A4988 có giải điện áp hoạt động từ 8 V – 35 V
Nhiệt độ tối đa 150 0 C Điện thế điều khiển 3,3 V - 5 V
Dòng trung bình (RMS): 1 A, dòng đỉnh: 2 A
5 Độ phân giải khác nhau: đủ bước, nửa bước, 1/4, 1/8, 1/16
Driver A4988 cho phép lựa chọn chế độ vi bước thông qua ba chân MS1, MS2 và MS3 Bằng cách kết nối các chân MS với VCC theo cách khác nhau, người dùng có thể điều chỉnh và kiểm soát các chế độ vi bước khác nhau.
MS1 MS2 MS3 Vi bước
Không nối Không nối Không nối Đủ bước
VCC Không nối Không nối Nửa bước
Không nối VCC Không nối 1/4
Để thiết lập các chế độ điều khiển cho board RAMPS, người dùng cần nối các chân MS với VCC bằng cách cắm các jumper theo hình vẽ Để sử dụng chế độ vi bước lớn nhất là 1/16, cần kết nối 3 jumper vào board mạch.
Hình 5.56: Vị trí kết nối driver
Phần mềm điều khiển
Phần mềm điều khiển máy in cho phép vận hành máy một cách hiệu quả ngay cả khi không có màn hình LCD, đồng thời hỗ trợ các thao tác vận hành thủ công một cách thuận tiện.
Phần mềm điều khiển mang lại sự tiện lợi vượt trội trong việc vận hành máy so với LCD, cho phép thực hiện đồng thời nhiều thao tác như di chuyển các trục và gia nhiệt Ngoài ra, phần mềm còn hỗ trợ nhập thủ công các lệnh Gcode, giúp tối ưu hóa quy trình test máy và căn chỉnh bàn in một cách dễ dàng.
Trong số nhiều phần mềm điều khiển máy in 3D như Repetier Host và Pronterface, đồ án này chọn sử dụng Pronterface Đây là phần mềm miễn phí với ưu điểm là dung lượng nhỏ, giao diện trực quan và dễ sử dụng, phù hợp cho người mới bắt đầu.
Hình 5.62: Giao diện phần mềm Pronterface
Phần mềm CAM, như Slic3r, có vai trò quan trọng trong việc cắt lớp mẫu 3D và tạo đường chạy nhựa, sau đó xuất ra file Gcode Slic3r được sử dụng phổ biến trong in 3D nhờ vào khả năng thiết lập nhiều thông số và tối ưu hóa chất lượng mẫu in.
Hình 5.63: Giao diện phần mềm slic3r
Các thông số cơ bản khi thiết lập chế độ in bao gồm:
Print setting: Tốc độ, chiều dày 1 lớp in, chiều dày lớp in, độ đặc của chi tiết, các thông số của support như chiều dày, độ đặc, …
Filament setting: Đường kính sợi nhựa, nhiệt độ các lớp in
Để đạt được chất lượng in tốt nhất, việc thiết lập các thông số in phù hợp với phần cứng của máy là rất quan trọng Các thông số như tốc độ in lớp thành, tốc độ in lớp phía trong, tốc độ chạy không, chiều dày lớp in, nhiệt độ gia nhiệt sợi nhựa và nhiệt độ in đều ảnh hưởng lớn đến chất lượng mẫu in Thiết lập nhiều thông số sẽ giúp kiểm soát quá trình in một cách tối ưu, từ đó cải thiện chất lượng mẫu in hiệu quả hơn.
Chiều dày lớp đầu tiên
Số lớp in lớp đầu và lớp cuối
Hình 5.64: Thiết lập Layers and perimeters
Chiều cao lớp in, hay còn gọi là layer height, là yếu tố quyết định độ dày của mỗi lớp in Khi chiều dày lớp in giảm, chi tiết in sẽ trở nên mịn màng hơn, nhưng thời gian in sẽ kéo dài Lớp in mỏng giúp giảm thiểu các khuyết tật như vết nhựa dư hay hiện tượng chảy nhựa Ngược lại, lớp in dày có thể rút ngắn thời gian in, nhưng lại có thể dẫn đến sai lệch kích thước lớn hơn, bề mặt kém bóng và chất lượng mẫu in không đạt yêu cầu Lưu ý rằng chiều dày lớp in tối đa không được vượt quá đường kính của đầu phun nhựa.
Chiều cao lớp in đầu tiên, hay còn gọi là first layer height, là yếu tố quan trọng quyết định độ bám chắc của vật in trên bàn in Một chiều dày lớp in đầu lớn giúp tăng cường độ bám, nhưng nếu quá lớn sẽ gây lãng phí vật liệu Do đó, việc lựa chọn chiều dày lớp in đầu tiên cần phải phù hợp với hình dáng và kích thước của mẫu in, cùng với kinh nghiệm in của từng loại chi tiết và vật liệu khác nhau.
Solid layers là số lớp in cần để in lớp đáy và lớp đỉnh Thông số này tương đối quan trọng nhất là đối với lớp đỉnh
Perimeters là thông số xác định số lớp thành sản phẩm, số lớp thành sản phẩm càng nhiều thì chi tiết càng bền
Solid layers là số lớp in cần thiết để tạo ra phần đáy và phần đỉnh của chi tiết Đối với những chi tiết có độ rỗng cao, cần cân nhắc giữa việc tăng số lớp in hoặc tăng chiều dày mỗi lớp, vì độ rỗng cao sẽ ảnh hưởng đến chất lượng và độ bền của các lớp in.
Khi nhiệt độ ở phía đỉnh đạt 73 độ, các khoảng hở sẽ dễ bị chảy nhựa Khoảng hở càng lớn thì khả năng chảy nhựa càng cao, dẫn đến bề mặt phía trên chi tiết có thể bị hở.
Kiểu đường in lớp phía trong
Kiểu dường in lớp đáy và lớp đỉnh Độ đặc của chi tiết
Độ đặc (fill density) của chi tiết ảnh hưởng trực tiếp đến độ cứng của sản phẩm; càng cao độ đặc thì độ cứng càng lớn Tuy nhiên, việc tăng độ đặc cũng đồng nghĩa với thời gian in ấn lâu hơn và tiêu tốn nhiều nhựa hơn.
Fill pattern dạng chạy nhựa lớp trong
Top/bottom fill pattern dạng chạy nhựa lớp đáy và lớp đỉnh
Tốc độ in thành sản phẩm
Tốc độ in lớp phía trong
Tốc độ in lớp trên Tốc độ in support
Perimeters: tốc độ in thành sản phẩm
Tốc độ in 3D cho các chi tiết nhỏ cần được điều chỉnh để đảm bảo quá trình vật liệu hóa rắn diễn ra kịp thời Việc sử dụng tốc độ thấp cho những chi tiết này giúp giảm quán tính tác động lên bàn máy, từ đó nâng cao chất lượng sản phẩm.
Infill là tốc độ in của lớp bên trong sản phẩm, cho phép in nhanh hơn so với các vị trí khác.
Top solid in fill: tốc độ in phía trên vật thể, nên in với tốc độ chậm nếu để độ đặc của chi tiết thấp
Support material: tốc độ in lớp support
Khi di chuyển qua các khe hở, tốc độ in trên cầu cần được điều chỉnh hợp lý Đối với những chi tiết có độ đặc thấp, độ hở càng lớn, do đó cần chú ý đến tốc độ để tránh hiện tượng chảy nhựa, gây ra rỗ bề mặt chi tiết.
Gap fill: tốc độ in trong những khe hẹp
Travel: tốc độ chạy không in
Tốc độ in lớp đầu tiên rất quan trọng, không nên đặt quá cao vì lớp này đóng vai trò là nền tảng hỗ trợ cho các chi tiết Việc in chậm giúp cho vật liệu kịp hóa rắn và bám dính tốt vào bàn in, đảm bảo chất lượng sản phẩm.
Nhiệt độ in đầu phun nhựa
Hình 5.67: Thiết lập sợi nhựa
Filament Diameter: đường kính sợi nhựa, phổ biến hiện nay là nhựa có đường kính 1,75mm; 3mm
Extruder temperature: nhiệt độ in, tùy theo từng loại nhựa khác nhau mà thiết đặt nhiệt độ in khác nhau Đường kính đầu phun
Hình 5.68: Thiết lập đầu phun nhựa
Đường kính đầu phun nhựa là yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến kích thước sợi nhựa được phun ra Việc thiết lập đúng kích thước đầu phun hiện có là cần thiết để đảm bảo chất lượng sản phẩm.
Retraction length: Chiều dài đoạn nhựa in sẽ bị rút ngược lại trước khi máy in di chuyển qua vùng không đùn nhựa để tránh nhựa bị chảy rớt
Retraction lift Z: Chiều cao đầu đùn sẽ được nâng lên trước khi rút ngược nhựa in và di chuyển sang vị trí khác.
Các kiểu chạy nhựa
Slic3r cung cấp khá nhiều đường chạy nhựa khác nhau để có thể lựa chọn đường chạy nhựa tối ưu cho từng loại mẫu in khác nhau
Một số kiểu đường chạy đầu phun nhựa:
Hình 5.69: Kiểu rectilinear Hình 5.70: Kiểu line
Hình 5.71: Kiểu concentric Hình 5.72: Kiểu honeycomb
Hình 5.73: Kiểu hibertcurve Hình 5.74: Kiểu archimedeanchords
Hình 5.75: Kiểu octagramspirals Hình 5.76: Kiểu 3dhoneycomb
Mỗi kiểu chạy nhựa đều có ưu điểm và nhược điểm riêng
Kiểu chạy rectilinear và kiểu line có sự tương đồng trong hình thức, nhưng khác biệt ở cách liên kết giữa các đường chạy Trong kiểu line, các đường chạy nhựa được kết nối, giúp giảm thời gian di chuyển, trong khi kiểu rectilinear không có sự liên kết, dẫn đến việc tốn thêm thời gian cho khoảng chạy không in.
Kiểu Hilbert là một phương pháp thiết kế đường chạy nhựa có nhiều đoạn gấp khúc, vì vậy không nên chạy với tốc độ cao Sự quán tính và gia tốc tại những vị trí này khá lớn, có thể ảnh hưởng đến máy in và chất lượng mẫu in.
Các kiểu chạy nhựa như honeycomb, archimedeanchords và 3dhoneycomb là những lựa chọn lý tưởng cho lớp bên trong, cho phép in ấn với tốc độ cao hơn.
Kiểu rectilinear, linear và concentric thường được áp dụng cho các lớp đáy và lớp phía trên của mẫu in, nhờ vào tính thẩm mỹ cao Hơn nữa, các lớp này không yêu cầu tốc độ in nhanh, cho phép sử dụng những kiểu thiết kế này một cách hiệu quả.
