Lịch sử hình thành công nghệ sản xuất đắp dần – in 3D
Nguyên lý
Để bắt đầu quy trình sản xuất đắp dần, cần có một bản thiết kế 3D trên phần mềm CAD, cho phép thiết kế trực tiếp hoặc nhập từ thiết bị quét laser Sau khi hoàn thiện thiết kế, dữ liệu STL (Standard Tessellation Language) sẽ được tạo ra, đóng vai trò quan trọng trong quá trình sản xuất Hệ thống sẽ chia nhỏ mẫu thiết kế thành các lớp và chuyển thông tin đến thiết bị sản xuất Sau đó, máy in 3D sẽ chế tạo vật thể theo từng lớp cho đến khi hoàn thành Công nghệ in 3D có thể sử dụng nhiều loại vật liệu khác nhau, bao gồm vật liệu rắn như nhựa và kim loại, vật liệu lỏng đông cứng dưới tác động của laser, và vật liệu dạng bột như bột kim loại và gốm.
Sau quá trình sản xuất, thường có các bước hoàn thiện như loại bỏ bụi bẩn và chất liệu bám trên sản phẩm Đôi khi, cần thêm quá trình thêu kết để tăng độ bền và phủ kín các lỗ hổng Ngoài ra, việc sử dụng các phương pháp thẩm thấu cũng giúp làm nhẵn và hoàn thiện sản phẩm bằng cách sử dụng các vật liệu khác.
Currently, there are numerous 3D printing technologies available worldwide, including Fused Deposition Modeling (FDM), Stereolithography (SLA), Solid-Base Curing (SBC), and Digital Light Processing (DLP) However, in Vietnam, most research efforts predominantly focus on the FDM technique.
Hình 1.2 Nguyên lý công nghệ in 3D
Một số công nghệ in 3D điển hình
1.1.2.1 Cộng nghệ in lập thể SLA
Phương pháp SLA (stereo lithography Apparatus) được W Hull phát minh vào năm 1984 và đã mở ra một kỷ nguyên mới trong công nghệ in 3D Năm 1986, Charles W Hull thành lập công ty 3D SYSTEMS, trở thành một trong những người tiên phong trong lĩnh vực tạo mẫu lập thể 3D và được cấp bằng sáng chế cho công nghệ này.
Hình 1.3 Nguyên lý công nghệ SLA
Nguyên lý của quá trình này bắt đầu bằng việc đặt thiết bị nâng cách bề mặt chất lỏng một khoảng tương ứng với độ dày của lớp vật liệu đầu tiên Sau đó, chùm tia laser được điều khiển bằng máy tính sẽ quét lên bề mặt theo các tiết diện của từng mặt cắt Khi vật liệu lỏng bị tác động bởi tia laser, nó sẽ đông đặc hoặc được xử lý Cơ cấu nâng sau đó được hạ xuống một đoạn bằng đúng chiều dày của lớp vật liệu và quá trình lặp lại, tạo thành các lớp liên kết với nhau Cuối cùng, vật thể được lấy ra từ thùng chứa chất lỏng, trong khi chất lỏng còn lại thường được xử lý trong lò nung đặc biệt.
Để tăng cường độ cứng cho các chi tiết được tạo ra trong môi trường chất lỏng và bên trong vật thể chứa polyme, cần thiết phải bổ sung các kết cấu hỗ trợ Điều này giúp ngăn chặn tình trạng chi tiết chìm trong chất lỏng hoặc nổi lên, đảm bảo chúng không bị trôi nổi tự do trong thùng.
Sau khi lấy chi tiết ra khỏi hệ thống SLA, chi tiết cần trải qua nhiều quá trình xử lý để làm sạch và loại bỏ kết cấu đỡ Việc này mang lại những ưu điểm như cải thiện chất lượng bề mặt và độ chính xác của sản phẩm, nhưng cũng tồn tại nhược điểm như tốn thời gian và công sức trong quá trình xử lý.
- Hệ thống cững vững và hoàn toàn tự động
- Độ chính xác kích thước cao ±0.01mm
- Độ bóng bề mặt cao
- Độ phân giải cao phù hợp với các chi tiết phức tạp
- Với sự hỗ trợ của phần mềm chuyên dụng cho phép tạo mẫu cho quá trình đúc khuôn kim loại nhanh chóng và chính xác
- Sản phẩm bị cong vênh
- Vật liệu sử dụng bị hạn chế
- Phải qua giai đoạn hậu xử lý
- Chi phí vận hành bảo trì cao
1.1.2.2 Công nghệ thiêu kết laser chọn lọc SLS a) Đặc điểm công nghệ
Phương pháp SLS (Selective Laser Sintering) sử dụng tính chất của vật liệu bột có khả năng hóa rắn dưới tác dụng của nhiệt, như nylon và kim loại Một lớp bột nguyên liệu mỏng được trải lên bề mặt của xy lanh công tác, sau đó tia laser sẽ hóa rắn phần bột theo đường biên của mặt cắt mà không làm cháy chất bột, giúp chúng dính chặt tại các điểm tiếp xúc Trong một số trường hợp, quá trình nung chảy hoàn toàn hạt bột cũng được áp dụng Quá trình kết tinh có thể được điều khiển tương tự như quá trình polymer hóa trong phương pháp tạo hình lập thể SLA, sau đó xy lanh sẽ hạ xuống.
5 một khoảng cách bằng độ dày lớp kế tiếp, bột nguyên liệu được đưa vào và quá trình được lặp lại cho đến khi chi tiết được hoàn thành
Hình 1.4 Nguyên lý công nghệ SLS
Sau khi hoàn tất quá trình xử lý, sản phẩm sẽ được lấy ra khỏi buồng và có thể trải qua giai đoạn hậu xử lý hoặc đánh bóng, chẳng hạn như phun cát, tùy thuộc vào từng ứng dụng cụ thể của sản phẩm Việc này mang lại nhiều ưu điểm, nhưng cũng tồn tại một số nhược điểm cần được xem xét.
- Số lượng vật liệu đưa vào quá trình cao giúp cho quá trình tạo mẫu nhanh chóng
- Vật liệu đa dạng, không đắt tiền
- Không cần cơ cấu hỗ trợ
- Giảm sự bóp méo do ứng xuất
- Giảm các giai đoạn của quá trình hậu xử lý như chỉ cần phun cát
- Không cần xử lý tinh
- Chế tạo cùng lúc nhiều chi tiết
- Độ bóng bề mặt thấp
- Chi tiết ở trạng thái rỗ
- Lớp đầu tiên có thể đòi hỏi một đế tựa để giảm ảnh hưởng nhiệt
- Mật độ chi tiết không đồng nhất
- Thay đổi vật liệu cần làm sạch máy kĩ càng
1.1.2.3 Công nghệ SGC a) Đặc điểm công nghệ:
Công nghệ SGC (Solid Ground Curing) là phương pháp xây dựng chi tiết từng lớp từ vật liệu lỏng Photopolymer (sáp), với khả năng đông cứng khi tiếp xúc với tia cực tím.
Sau khi hút phần nhựa lỏng còn lại ra khỏi vùng gia công, đầu phay sẽ làm nhẵn bề mặt sản phẩm và xác định chính xác độ dày của lớp Bộ phận đỡ sản phẩm sẽ dịch chuyển xuống theo đúng chiều dày của lớp, và quá trình này sẽ được lặp lại cho đến khi sản phẩm hoàn thiện.
Hình 1.5 Nguyên lý công nghệ SGC b) Ưu điểm và nhược điểm:
- Đặc tính sản phẩm đồng nhất
- Có thể chế tạo cùng lúc nhiều sản phẩm
- Giá thành tương đối cao, thiết bị làm việc khá ồn
- Vật liệu sử dụng bị hạn chế
- Phải qua giai đoạn hậu xử lý
- Chi phí vận hành và bảo trì cao
- Phải lấy sáp ra khỏi vùng in khi in xong
1.1.2.4 Công nghệ LOM a) Đặc điểm công nghệ
Công nghệ LOM (Laminated Object Manufacturing) sử dụng thiết bị nâng ở vị trí cao nhất, cách con lăn nhiệt một khoảng bằng độ dày của lớp vật liệu Con lăn nhiệt sẽ cán lớp vật liệu này, trong khi lớp kết dính dưới bề mặt được ép và gia nhiệt để liên kết với lớp trước Hệ thống quang học sẽ chiếu tia laser theo đường viền của mặt cắt lát, và phần vật liệu dư sẽ được thu hồi bằng con lăn hồi liệu Sau đó, đế và cầu nâng hạ xuống, cho phép nạp vật liệu mới vào cơ cấu nâng lên vị trí thấp hơn, và trục cán sẽ tạo liên kết giữa lớp thứ hai với lớp thứ nhất Chu kỳ này được lặp lại cho đến khi hoàn thành sản phẩm.
Hình 1.6 Nguyên lý công nghệ LOM b) Ưu điểm và nhược điểm
- Vật liệu đa dạng, rẻ tiền Về nguyên tắc có thể sử dụng các loại vật liệu: giấy, chất dẻo, kim loại …
Hệ thống cắt vật liệu đạt độ chính xác cao hơn 0.25mm, giúp bảo vệ các đặc tính ban đầu của vật liệu bằng cách cắt thay vì hóa rắn.
Tia laser mang lại tốc độ cắt cao hơn so với các phương pháp tạo lớp khác, vì nó chỉ quét theo chu vi bên ngoài thay vì cắt toàn bộ diện tích Điều này giúp cho cả vật liệu dày và mỏng đều có tốc độ cắt tương đương.
- Không có sự thay đổi pha trong quá trình chế tạo chi tiết nên tránh được độ co rút của vật liệu
- Không độc hại và ô nhiễm môi trường
- Không thu hồi được vật liệu dư, sự cong vênh của chi tiết là vấn đề chính của phương pháp LOM
- Độ bóng bề mặt không cao
1.1.2.5 Công nghệ FDM a) Đặc điểm công nghệ:
Công nghệ FDM (Fused Deposition Modeling) hoạt động dựa trên nguyên lý đầu phun di chuyển theo hai hướng X và Y, phun từng lớp nhựa để tạo ra một đối tượng rắn trên tấm đế Tấm đế được duy trì ở nhiệt độ thấp hơn để giúp nhựa nhiệt dẻo hóa rắn nhanh chóng Sau mỗi lớp, tấm đế sẽ hạ xuống và đầu phun tiếp tục tạo lớp thứ hai trên lớp đầu tiên Quá trình này lặp lại cho đến khi sản phẩm hoàn thiện.
Hình 1.7 Nguyên lý công nghệ FDM
Có 2 đầu phun cùng làm việc Một đầu phun vật liệu nhựa để tạo sản phẩm Đầu còn lại phun vật liệu đỡ cũng giống như nhựa Vật liệu đỡ này được sử dụng để hỗ trợ các phần nhô ra của các đối tượng đang được xây dựng và được loại bỏ khi quá trình in kết thúc b) Ưu điểm và nhược điểm
- Tạo mẫu với giá thành thấp, tiện lợi
- Kết cấu đơn giản dễ chế tạo, bảo dưỡng và sửa chữa
- Vật liệu in dễ kiếm, giá thành hạ hơn các phương pháp in khác
- Sử dụng dữ liệu đơn giản, có thể in từ thẻ nhớ
- Đối với các chi tiết nhỏ, có thể in một lúc nhiều chi tiết
- Khó có thể in được những chi tiết có kết cấu phức tạp
- Cần phải có vật liệu phụ để in các chi tiết có kết cấu phức tạp
- Kích thước sản phẩm nhỏ.
Công nghệ in bằng nguồn sáng số hóa – DLP
Đặc điểm công nghệ
Công nghệ in 3D bằng nguồn sáng số hóa (DLP) tương tự như công nghệ in SLA, nhưng khác biệt ở nguồn ánh sáng sử dụng DLP áp dụng ánh sáng từ đèn huỳnh quang qua màn hình tinh thể lỏng hoặc thiết bị gương biến hình (DMD), cho phép chiếu sáng toàn bộ bề mặt vật liệu quang hóa cùng một lúc Nhờ đó, tốc độ in của DLP nhanh hơn so với SLA, mang lại hiệu quả cao hơn trong quá trình gia công.
Công nghệ DLP có hai hình thức gia công Hình thức đầu tiên tạo ra mô hình bằng cách kéo từng lớp vật thể từ thùng nhựa lên, tạo ra khoảng trống Hình thức thứ hai tương tự như công nghệ in SLA, nơi vật liệu được kéo vào trong thùng nhựa, tạo ra lớp vật thể mới từ bề mặt lớp nhựa.
Công nghệ DLP tương tự như SLA, cung cấp độ chính xác cao và độ phân giải tuyệt vời trong việc tạo ra các chi tiết Độ dày lớp gia công của DLP thường đạt tới 30μm, cho phép các lớp này hòa quyện mượt mà mà không bị lộ khi nhìn bằng mắt thường, khác biệt so với công nghệ in FDM phổ biến hiện nay.
Công nghệ in 3D với các chi tiết đặc biệt có độ khó cao yêu cầu cấu trúc hỗ trợ riêng và quy trình tái xử lý sau khi in tương tự như SLA, chẳng hạn như chiếu UV Bên cạnh đó, vì chủ yếu sử dụng vật liệu nhựa quang hóa, các lớp sản phẩm dễ bị giòn nếu tiếp xúc với ánh sáng quá mức Đặc biệt, trong quá trình gia công, chỉ một loại vật liệu có thể được sử dụng tại một thời điểm.
Hình 1.8 Nguyên lý công nghệ DLP
DLP không sử dụng vật liệu khác để tạo các cấu trúc hỗ trợ trong quá trình in, mà thay vào đó, các cấu trúc này được làm từ chính vật liệu của sản phẩm Sau khi hoàn thiện, chi tiết được lấy ra khỏi bồn chứa nhựa, các cấu trúc hỗ trợ sẽ được cắt thủ công và chi tiết sẽ được rửa sạch trước khi trải qua quá trình đóng rắn cuối cùng trong một thiết bị xử lý tinh gọi là PCA (Post-Curing Apparatus), bao gồm một buồng với bàn quay.
Mười loại bóng đèn chiếu tia tử ngoại thường được sử dụng, với thời gian chiếu khoảng từ 30 phút đến một giờ trong quy trình PCA Sau khi hoàn tất, các chi tiết sẽ sẵn sàng cho các bước xử lý bề mặt như đánh bóng hoặc mạ phủ nếu có yêu cầu.
DLP kéo lên có lợi thế so với SLA ở chỗ chỉ cần một thùng vật liệu nông để tạo ra sản phẩm cuối, giúp giảm lượng rác thải và chi phí hoạt động.
Ưu điểm và nhược điểm
- Tốc độ in nhanh, toàn bộ bề mặt lớp in được xây dựng cùng một lúc
Một trong những lợi thế nổi bật của công nghệ DLP so với SLA là khả năng sử dụng một thùng vật liệu nông để tạo ra sản phẩm cuối một cách dễ dàng Điều này giúp công nghệ DLP giảm thiểu lượng rác thải và tiết kiệm chi phí hoạt động.
- Kết cấu máy đơn giản
Công nghệ in 3D với các chi tiết đặc biệt có độ khó cao yêu cầu các cấu trúc hỗ trợ riêng biệt và cần thiết phải trải qua quá trình tái xử lý sau khi in để đảm bảo chất lượng sản phẩm.
- Độ phân giải của sản phẩm phụ thuộc vào máy chiếu
- Hạn chế về mặt đa dạng nguyên liệu.
Giới thiệu về máy chiếu sử dụng công nghệ DLP
Được giới thiệu bởi Texas Instrument and Digital Projection Ltd vào cuối thế kỷ
Công nghệ xử lý ánh sáng kỹ thuật số hiện đại dựa trên cơ điện tử vi quang học sử dụng ma trận các thiết bị vi gương kỹ thuật số với kích thước pixel nhỏ hơn 5,4 μm.
Chip DLP kết hợp với tín hiệu video hoặc hình ảnh kỹ thuật số, nguồn ánh sáng và ống kính, cho phép phản chiếu toàn bộ hình ảnh lên màn hình hoặc mặt phẳng Sự kết hợp này cùng với các linh kiện điện tử tinh xảo tạo thành công nghệ xử lý ánh sáng kỹ thuật số (Digital Light Processing).
Khi ánh sáng chiếu qua bánh xe màu, các tia sáng đỏ, xanh lục và xanh lam sẽ hiện lên trên bề mặt DMD Sự xoay chuyển của kính hiển vi cùng với tỷ lệ thời gian hoạt động và không hoạt động sẽ được điều chỉnh theo màu sắc hiển thị Hệ thống xử lý hình ảnh trong não người tổng hợp các màu sắc này, giúp con người cảm nhận hình ảnh với màu sắc trung thực.
Kính hiển vi Chip DLP được lắp đặt trên các bản kề siêu nhỏ, cho phép linh hoạt điều chỉnh hướng ánh sáng của hệ thống chiếu hình DLP, từ đó tạo ra các điểm ảnh sáng hoặc tối trên màn hình.
Mã hình ảnh qua chất bán dẫn xác định tần suất hoạt động của mỗi chiếc gương, có thể lên tới hàng nghìn lần mỗi giây Khi gương bật nhiều hơn tắt, điểm ảnh hiển thị màu ghi sáng, trong khi khi gương tắt nhiều hơn bật, điểm ảnh sẽ có màu ghi sậm hơn.
Hệ thống chiếu hình DLP sử dụng kính hiển vi để tạo ra tối đa 1.024 cấp độ màu ghi khác nhau, giúp chuyển đổi tín hiệu video và đồ họa từ Chip DLP thành hình ảnh với độ chi tiết cao.
Máy chiếu DLP hoạt động bằng cách ánh sáng trắng từ bóng đèn chiếu qua bánh xe màu, giúp lọc thành các tia sáng đỏ, lục và lam Với một Chip DLP, hệ thống có khả năng tạo ra 16,7 triệu màu khác nhau Tuy nhiên, nếu sử dụng hệ thống ba Chip DLP, máy chiếu có thể tạo ra đến 35 nghìn tỉ màu sắc phong phú.
Hình 1.10 Nguyên lý máy chiếu DLP
Trạng thái tắt hay bật của kính hiển vi được kết hợp với ba khối màu cơ bản đó
Ví dụ một chiếc gương có nhiệm vụ cho ra điểm ảnh màu tím sẽ chỉ phản chiếu
Khi ánh sáng màu đỏ và xanh lam chiếu lên bề mặt màn chiếu, mắt người sẽ nhanh chóng hòa trộn các tia sáng này, tạo ra cảm nhận về màu tím trong điểm ảnh mà con người thấy.
Ưu điểm của máy chiếu sử dụng công nghệ DLP
- Hình ảnh không bị chớp giật
- Không cần bộ lọc bụi
So sánh DLP với các công nghệ in 3D phổ biến hiện nay SLA và FDM 12
Bảng 1.1 Bảng tổng hợp so sánh đặc điểm giữa các công nghệ in 3D
Bề mặt sản phẩm khi in bằng công nghệ DLP: hiệu ứng Voxel
Công nghệ in 3D tạo ra các đối tượng bằng cách chồng các lớp lên nhau, dẫn đến việc sản phẩm thường hiển thị các vân ngang tương ứng với từng lớp in Đặc biệt, với công nghệ DLP, các lớp in được xây dựng với độ phân giải tối thiểu là các pixel hình vuông, tạo ra hiệu ứng Voxel trên bề mặt sản phẩm 3D.
Tiêu chí DLP SLA FDM
Dùng nguồn sáng laser để làm đông đặc nhựa lỏng quang hóa
Dùng nguồn sáng laser để làm đông đặc nhựa lỏng quang hóa
Sử dụng đầu ép phun được điều khiển CNC làm vật liệu dạng sợi bị chảy dẻo và đùn ra để tạo nên một mặt cắt của mẫu
Nguyên liệu Nhựa lỏng quang hóa Photopolymer
Nhựa lỏng quang hóa Photopolymer, nguồn nguyên liệu phong phú do có thể dùng tia laser ở bước sóng tùy ý nhựa, hoặc các vật liệu có thể nóng chảy
Thời gian in nhanh hơn do có thể tạo ra một mặt cắt của sản phẩm chỉ trong một lần chiếu sáng
Thới gian in kéo dài do phải thực hiện quá trình quét laser theo từng điểm
Thời gian kéo dài do phải điều khiển các trục của đầu phun nhựa Độ phân giải sản phẩm
Hình 1.11 Hình ảnh phóng to cho thấy hiệu ứng Voxel trên bề mặt sản phẩm
Máy in DLP 3D sử dụng pixel hình vuông để tạo ra các lớp in, tạo hiệu ứng voxel dọc Hình ảnh cho thấy rõ các đường vân trên bề mặt sản phẩm in 3D, tương tự như việc xây dựng một khối cầu bằng cách ghép các viên gạch Lego.
Để khắc phục hiện tượng cạnh cong do hình dạng vuông của Voxel, chúng ta có thể xử lý bề mặt sản phẩm sau khi in bằng cách đặt sản phẩm trong hơi axeton.
TÍNH TOÁN THIẾT KẾ MÁY IN 3D DLP
Lựa chọn bộ truyền chuyển động và cơ cấu dẫn hướng
Máy in DLP chủ yếu hoạt động dựa trên chuyển động tịnh tiến theo trục Z Để thực hiện chuyển động này, các bộ truyền và cơ cấu chuyển đổi từ chuyển động quay sang chuyển động tịnh tiến thường được sử dụng.
2.1.1 Bộ truyền vitme - đai ốc thường
Hình 2.1 Bộ truyền vitme – đai ốc thường
Bản chất của vitme và đai ốc là một trục ren, với đặc điểm là có tiếp xúc mặt Loại này có ưu điểm về giá thành rẻ, dễ chế tạo và bảo dưỡng Tuy nhiên, nhược điểm chính là ứng suất tiếp xúc lớn, ma sát cao, hiệu suất thấp và khó loại trừ khe hở giữa vitme và đai ốc.
2.1.2 Bộ truyền vitme – đai ốc bi
Vitme bi và đai ốc bi là loại cơ cấu tiếp xúc lăn, nổi bật với ma sát thấp và hoạt động êm ái, thường được ứng dụng trong các máy móc có độ chính xác cao như máy CNC Tuy nhiên, nhược điểm lớn nhất của vitme bi và đai ốc bi là chi phí sản xuất cao và quy trình chế tạo phức tạp.
Hình 2.2 Bộ truyền Vitme – đai ốc bi
Bộ truyền đai hoạt động dựa trên nguyên lý ma sát, trong đó công suất từ bánh chủ động được truyền cho bánh bị động thông qua ma sát giữa dây đai và bánh đai.
- Có thể truyền động giữa các trục cách xa nhau
- Làm việc êm, không gây ồn nhờ vào độ dẻo của đai nên có thể truyền động với vận tốc lớn
- Kết câu vận hành đơn giản
- Tải trọng tác dụng lên ổ trục lớn
- Tuổi thọ của bộ truyền thấp.
Kết luận lựa chọn bộ truyền và dẫn hướng cho máy
Sau khi thực hiện tính toán sơ bộ và kiểm nghiệm bằng phần mềm Autodesk Inventor 2017, trục vít me có đường kính 8 mm và bước vít me 0,8 mm đã được lựa chọn Chất liệu sử dụng cho trục dẫn hướng trục Z là thép không gỉ JIS SUS 304.
Bảng 2.1 Bảng thông số đầu vào của bộ truyền dẫn hướng trục
Lực hướng trục lớn nhất F 5,5 N
Mô men xoắn lơn nhất T 0,55Nm
Hệ số ma sát 0,150 Đường kính ren đai ốc d 8 mm
Chiều cao đai ốc H 30 mm
Quãng đường dịch chuyển lớn nhất L 300 mm
Mô đun đàn hồi vật liệu E 206000 MPa Ứng suất chảy dẻo S y 205 MPa
Bảng 2.2 Bảng kết quả tính toán
Hiệu suất bộ truyền 0,194 Ứng suất pháp σt 0,208 MPa Ứng suất tiếp τ k 14,357 MPa Ứng suất trên ren p c 0,009 MPa
Tính toán hệ số an toàn k v 8,244
Kết quả tính toán Thiết kế đạt yêu cầu
Hình 2.3 Kết quả tính toán thử nghiệm bằng phần mềm Inventer
2.2.2 Tính toán trục dẫn hướng
Sử dụng hệ thống dẫn hướng trục trơn + giá bi trượt SC8UU loại đường kính lỗ và trục 8mm, chiều dài trục dẫn hướng L = 350 mm
Hình 2.4 Trục trơn 8mm Hình 2.5 Giá bi trượt SC8UU
Bảng 2.3 Thông số vật liệu trục dẫn hướng
Mô đun đàn hồi E 206000 MPa
Mô đun độ cứng G 80000 MPa
Hình 2.6 Sơ đồ đặt lực
Coi trọng lượng của sản phẩm và giá đỡ tổng cộng khoảng 0,7kg
Mô men uốn tại trục dẫn hướng có giá trị:
Hình 2.7 Biểu đồ nội lực
Hình 2.8 Biểu đồ momen và ứng suất
Hình 2.9 Các giá trị an toàn của đường kính trục cho từng vị trí
Lựa chọn và thiết kế các bộ phận của máy
2.3.1 Phần khung và vỏ máy
Khung máy được thiết kế từ nhôm định hình 20x20 với kích thước 500 x 260 x 750 mm Kích thước 750 mm bao gồm 450 mm chiều cao của thùng máy và 300 mm chiều cao của phần dẫn hướng phía trên Các thanh nhôm định hình được lắp ghép chắc chắn với nhau bằng các ke góc 90 độ.
Khung máy có vai trò quan trọng trong việc hỗ trợ toàn bộ cấu trúc và lắp đặt các bộ phận điều khiển, giúp thiết kế máy trở nên gọn gàng và loại bỏ sự cần thiết của tủ điện cồng kềnh.
Hình 2.10 Khung máy thiết kế trên solidworks
Hình 2.11 Nhôm định hình 20x20mm và tiết diệnss
Vỏ máy được làm từ mica dày 3mm, toàn bộ được cắt bằng CNC thành từng tấm riêng và được ghép với vỏ máy
Hình 2.12 Mô hình máy sau khi lắp ráp vỏ
Hình 2.13 Cụm trục Z của máy
Bồn chứa nhựa có kích thước 200 x 180 x 46 mm, với các tấm bên làm từ mica dày 5mm Đặc biệt, tấm đáy được thiết kế bằng mica dày 1mm để cho phép ánh sáng của máy chiếu xuyên qua.
Mô hình 3D bồn chứa nhựa Resinss được thiết kế với đáy bồn có lớp màng teflon dày 0.15mm, giúp chống dính hiệu quả cho mặt đáy trong quá trình quang hóa nhựa.
2.3.2 Lựa chọn động cơ cho trục Z Động cơ chuyển động của các trục máy đóng vai trò rất quan trọng, nó quyết định đến quá trình lựa chọn phương án điều khiển Vì vậy ta phải có sự phân tích để chọn loại động cơ chuyển động trục máy sao cho đáp ứng tốt nhất với các chỉ tiêu kỹ thuật, cũng như các yếu tố khác của từng ứng dụng cụ thể Dưới đây là một số phương án để lựa chọn
2.3.2.1 Động cơ bước Động cơ bước (Stepping motor) là một cơ cấu chấp hành cơ – điện dùng để biến đổi năng lượng điện thành chuyển động cơ học Đặc tính chuyển động của động cơ bước là rời rạc, trái ngược với đặc tính chuyển động liên lục của động cơ DC và AC Mỗi xung dòng cấp cho cuộn dây stato, trục động cơ thực hiện quay một góc gọi là bước góc Đặc điểm cơ bản của động cơ bước là tốc độc góc tỉ lệ với tần số xung vào Động cơ bước điều khiển tín hiệu số được sử dụng khá phổ biến trong hệ thống máy điều khiển số, hệ thống tự động Động cơ bước có thể điều khiển cả về vị trí và tốc độ mà không cần mạch phản hồi nhưng vẫn đảm bảo độ chính xác vị trí Tần số cấp cho động cơ nằm ở vùng tần số thấp, độ chính xác vị trí khoảng từ 1% - 5% bước góc
Động cơ bước có nhiều ưu điểm nổi bật, trong đó khả năng điều khiển trực tiếp bằng mạch số là một trong những điểm mạnh nhất Điều này giúp loại bỏ nhu cầu về mạch biến đổi tương tự số trong hệ thống điều khiển, đồng thời không cần sử dụng các chuyển mạch hay chổi than như trong động cơ điện truyền thống.
DC điều khiển servo cho phép điều khiển vị trí chính xác bằng động cơ bước, giúp tránh sai số tích lũy trong chiều dài chuyển động Khi hoạt động, động cơ bước vận hành êm ái với ít tiếng ồn Động cơ bước được sản xuất theo tiêu chuẩn bước góc hoặc công suất, với dải bước góc từ 0.72̊ đến 90̊.
2.3.2.2 Động cơ servo Động cơ servo là thiết bị được điều khiển bằng chu trình kín Từ tín hiệu hồi tiếp vận tốc/ vị trí, hệ thống điều khiển số sẽ điều khiển hoạt động của một động cơ servo Với lý do nêu trên nên sensor đo vị trí hoặc tốc độ là các bộ phận cần thiết cần thiết phải tích hợp cho một động cơ servo Đặc tính vận hành của một động cơ servo phụ thuộc rất nhiều vào đặc tính từ và phương pháp điều khiển động cơ servo
Ưu điểm của động cơ servo so với động cơ bước:
- Momen trên trục đều hơn
- Mạch điều khiển tốc độ chính xác và đều hơn
- Có nhiều kích cỡ hơn
- Độ chính xác cao hơn
Nhược điểm cơ bản của động cơ servo so với động cơ bước là:
- Không làm việc ở chế độ mạch điều khiển hở, yêu cầu phải có hệ thống phản hồi
- Yêu cầu phải điều chỉnh các thông số vòng điều khiển
- Bảo dưỡng tốn kém hơn, đặc biệt là động cơ DC servo
2.3.3 Kết luận chọn động cơ
Dựa trên phân tích, động cơ servo có ưu điểm như hiệu suất cao, dải tốc độ lớn, momen lớn và khả năng điều khiển linh hoạt Tuy nhiên, nhược điểm của nó bao gồm đáp ứng chậm, mạch điều khiển phức tạp, cần mạch phản hồi để nâng cao độ chính xác, dải tốc độ điều khiển hẹp và giá thành cao Ngược lại, động cơ bước có ưu điểm như khả năng chuyển động ở tần số âm thanh, quay nhanh, mạch điều khiển đơn giản và chính xác, hoạt động êm ái, độ phân giải góc quay đa dạng và giá thành thấp, nhưng lại có nhược điểm là momen xoắn nhỏ.
Mô hình máy in được xây dựng yêu cầu điều khiển cả tốc độ và vị trí, nhằm nghiên cứu giảm giá thành và sử dụng mạch điều khiển đơn giản nhưng vẫn đảm bảo yêu cầu về điều khiển tốc độ và vị trí chính xác Động cơ được lựa chọn cho mô hình là động cơ bước điều khiển lai 2 pha với góc bước 1.8̊, phù hợp với các tiêu chí đề ra.
Nema 17 (42) 48 , loại này được sử dụng phổ biến và có sẵn trên thị trường, và đặc biệt khi ta thực hiện điều khiển theo chế độ nửa bước thì độ phân giải của góc đạt được 0.9̊ giúp tăng độ chính xác cho hệ thống máy
Thông số của động cơ:
- Điều kiện làm viếc: Nhiệt độ môi trường -20~50℃ ; RH: 90%MAX
- Vị trí làm việc: đặt ngang hoặc dọc
- Mô men xoắn: 24 mN.m REF
- Tần số lớn nhất khi khởi động không tải ≥ 1500 pps (xung/giây)
- Tần số lớn nhất khi chạy không tải ≥ 2000 pps
- Độ chính xác của các bước : 1.8° ± 5%
- Trọng lượng: 0.36 Kg/PC REF
- Chất điện môi: Chất điện môi lạnh nên lớn hơn 100 mΩ (Giữa lõi stator của động cơ và vỏ)
- Độ bền điện môi: khoảng cách giữa lõi stator Motor và Terminal nên có thể chịu được AC600 V / 1s mà không bị phá vỡ Dòng rò rỉ nhỏ hơn 1mA
2.3.4 Lựa chọn phần tử điều khiển trung tâm
Sơ đồ điều khiển của máy in DLP:
Hình 2.17 Sơ đồ khối điều khiển của máy in 3D DLP
2.3.4.1 Sử dụng card mở rộng chuyên dụng
Việc sử dụng card mở rộng chuyên dụng mang lại lợi ích về chuẩn hóa cao, giúp tăng tốc độ xử lý và trao đổi dữ liệu Tuy nhiên, nhược điểm lớn là chi phí cao và sự thiếu linh hoạt do không chủ động về mặt công nghệ trong quá trình sử dụng.
2.3.4.2 Sử dụng bộ vi xử lý
Bộ vi xử lý là các CPU (Central Processing Unit) đơn chip được sử dụng trong các máy tính (PC)
Một hệ vi xử lý bao gồm những thành phần cơ bản sau:
Bảng 2.4 Thành phần cơ bản của hệ vi xử lý
CPU: Đơn vị xử lý trung tâm
Timers: Các bộ định thời
Interrupt control: Điều khiển ngắt
Serial interface: Giao tiếp nối tiếp
Parallel interface: Giao tiếp song song
Address, data, and control buses:
Các bus địa chỉ, bus dữ liệu, bus điều khiển
RAM: Bộ nhớ ghi/ đọc
External clocks: Các xung clock bên ngoài
External Interrupt: Các ngắt ngoài
Serial device: Thiết bị nối tiếp
Parallel device: Thiết bị song song
Để xây dựng ứng dụng sử dụng vi xử lý, cần thiết kế và ghép nối nhiều vi mạch chuyên dụng thành một hệ vi xử lý hoàn chỉnh Việc ghép nối này mang lại cho hệ vi xử lý khả năng tính toán vượt trội và tốc độ xử lý dữ liệu nhanh hơn so với bộ vi điều khiển Điều này cho thấy vi xử lý rất phù hợp cho các ứng dụng xử lý thông tin trong hệ máy tính.
Mặc dù mạch điều khiển mang lại nhiều lợi ích, nhưng sự phức tạp và kích thước lớn của nó dẫn đến chi phí cao, điều này không phù hợp cho các ứng dụng yêu cầu giá thành thấp và gọn gàng, đặc biệt là trong các ứng dụng vừa và nhỏ.
2.3.4.3 Sử dụng bộ vi điều khiển
Phần mềm tách lớp (Slice) mô hình và phần mềm điều khiển quá trình in.38
2.4.1 Phần mềm tách lớp (Slice) mô hình: Creation Workshop
2.4.1.1 Cấu hình thiết bị in và máy chiếu
Bước 1: Tạo Profile thiết bị mới
Hình 2.32 Tạo Profile thiết bị mới
Bước 2: Xây dựng không gian làm việc cho máy
- Trong thẻ machine config (1) nhập các thông số không gian làm việc của máy (đơn vị mm) (2)
Sau khi cửa sổ mới "Build Size Calibration" xuất hiện, hãy thiết lập tỉ lệ của vật thể với mô hình Đặc biệt, cần đảm bảo rằng hai phần này được đặt bằng nhau để khi in ra, tỉ lệ đạt được là 1:1.
Hình 2.33 Xây dựng không gian làm việc cho máy
Bước 3: Lựa chọn máy chiếu cho máy
Hình 2.34 Lựa chọn máy chiếu cho máy
- Sau khi kết nối máy chiếu với máy tính, tại cửa sổ (1) sẽ xuất hiện các độ phân giải của máy chiếu
- Bấm chọn Add (2) để lựa chọn độ phân giải cần thiết sang cửa sổ (3)
Bước này cực kỳ quan trọng vì nó ảnh hưởng trực tiếp đến độ phân giải và kích thước hình ảnh của các lớp sau khi cắt mô hình từ file stl sang ảnh để máy hoạt động hiệu quả.
Bước 1: Tại cửa sổ Configure (1)
- Chọn thẻ Configure Slicing Profile (2)
- Chọn Add (3) để tạo 1 Profile mới
- Nhập tên profile vào cửa sổ (4)
Hình 2.35 Tạo profile Slice mới
Bước 2: Đặt thông số chiều dày các lớp khi Slice
- Do chỉ sử dụng Creation Workshop để Slice file stl chứ không dùng để điều khiển nên không cần quan tâm đến các thông số còn lại
Chiều dày lớp in trong công nghệ DLP có thể đạt tới 0.01mm, nhưng cần điều chỉnh thông số lớp in cho phù hợp với từng trường hợp, vì lớp in mỏng hơn sẽ làm tăng thời gian in.
- Thông số đặt tại đây phải trùng với thông số đặt trong phần mềm điều khiển (ở đây là Kudo Titan)
Hình 2.36 Đặt thống số chiều day lớp cắt
2.4.1.3 Inport mô hình và các hiệu chỉnh mô hình khi in
- Từ menu chính của phần mềm chọn Open (1) để mở mô hình cần in
- Tại thẻ 3D view (2) sẽ quản lý toàn bộ các hiệu chỉnh về mô hình sau khi inport vào phần mềm
- Không gian làm việc sau khi được tạo ở mục Configure sẽ hiện ra dưới dạng 3D và chứa mô hình (3)
Hình 2.37 Menu hiệu chỉnh mô hình trước khi in
Trong thẻ 3D view sẽ có các thông tin và hiệu chỉnh mô hình như sau a) Quản lý thêm cơ cấu hỗ trợ khi in (4)
Hình 2.38 Quản lý thêm cơ cấu hỗ trợ khi in
Đối với các chi tiết có hình dạng và cấu trúc phức tạp, việc thêm các cơ cấu hỗ trợ là cần thiết để tăng độ cứng cho mô hình trong quá trình in Điều này giúp đảm bảo rằng mô hình trở nên cứng và ổn định hoàn toàn, tránh biến dạng và đạt được độ chính xác cao.
- Các cơ cấu hỗ trợ này sẽ được gỡ bỏ sau khi sản phẩm in hoàn thành và hóa cứng b) Thẻ Scene (5): Quản lý số lượng mô hình
- Tại thẻ này ta có thể thêm (+), bớt (-) hoặc xóa các mô hình đã inport vào phần mềm
- Sử dụng khi cần in nhiều mô hình cùng 1 lúc để có thể thêm hoặc bớt mô hình c) Thẻ Object Info (6): Quản lý thông tin mô hình
Thẻ quản lý các thông tin như
- Volume: Thể tích nhựa cần để in mô hình
- Min: Tọa độ điểm tấp nhất của mô hình trong không gian làm việc
- Max: Tọa độ điểm cao nhất
- Size: Kích thước của mô hình theo 3 phương X – Y – Z d) Thẻ Move (7): Quản lý di chuyển mô hình trong không gian làm việc
- Di chuyển mô hình lên mặt phẳng đáy của không giàn làm việc
- Di chuyển mô hình về trọng tâm mặt phẳng hiện hành
- Sắp xếp các mô hình trong không gian làm việc (Đối với trường hợp sử dụng in nhiều mô hình)
- X: Di chuyển mô hình theo phương X (mm)
- Y: Di chuyển mô hình theo phương Y (mm)
- Z: Di chuyển mô hình theo phương Z (mm)
Hình 2.41 Thẻ Move e) Thẻ Mirrow (8): Lấy đối xứng mô hình qua các trục X Y Z
Hình 2.42 Thẻ mirrow f) Thẻ Scale (9): Quản lý lấy tỉ lệ mô hình
- All: Lấy tỉ lệ theo tất cả các phương
- X: Lấy tỉ lệ theo phương X
- Y: Lấy tỉ lệ theo phương Y
- Z: Lấy tỉ lệ theo phương Z
- Mm => Inch và Inch => mm: Đổi đơn vị của mô hình
Hình 2.43 Thẻ Scale g) Thẻ Rote (10): Quản lý xoay mô hình theo các phương X Y Z
Hình 2.44 Thẻ Rote h) Thẻ View Option (11): Quản lý lựa chọn hiển thị mô hình
2.4.1.4 Tách lớp (Slice) mô hình từ file stl
Bước 1: Tại màn hình làm việc của phần mềm chọn Save để lưu lại file làm việc với định dạng cws
Hình 2.46 Lưu lại file làm việc dưới định dạng cws
- Chọn Slice (1) tại menu phần mềm
- Lựa chọn Profile Slice(2) đã tạo ở phần trên
- Click Slice (3) để phần mềm cắt lớp mô hình đồng thời xuất ra thư mục chứa ảnh các lớp in
Kết quả ta được 1 file DLP Printer.cws và 1 thư mục DLP printer.slice
Hình 2.48 Kết quả sau khi Slice mô hình
Trong đó thư mục DLP Printer.slice chứa ảnh các lớp in như sau:
Hình 2.49 Thư mục chứa ảnh các lớp in sau khi Slice
2.4.2 Phần mềm điều khiển quá trình in: Kudo3D - Titan
2.4.2.1 Kết nối phần mềm với máy chiếu và mạch điều khiển
Bước 1: Kết nối phần mềm với máy chiếu và mạch điều khiển Arduino Mega 2560
- Tại cửa sổ làm việc của phần mềm chọn thẻ Control (1)
- Vùng (2) là vùng quản lý kết nối của phần mềm với máy mạch điều khiển:
Để kết nối mạch với máy tính qua cổng COM, bạn cần chọn cổng USB của mạch Để kiểm tra số lượng cổng COM mà máy tính và mạch điều khiển kết nối, hãy vào phần Quản lý Máy tính và chọn Thiết bị.
Manager Cụ thể ở đây sau khi kiểm tra ta thấy máy tính và mạch được kết nối qua cổng COM 2
Hình 2.50 Giao diện phần mềm Kudo3D - Titan
Hình 2.51 Cổng kết nối mạch điều khiển với máy tính
Thông số sau ký hiệu “@” chỉ tốc độ đường truyền giữa phần mềm và mạch điều khiển, và cần phải được đặt chính xác giống như thông số trong quá trình lập trình Để kiểm tra tốc độ đường truyền, bạn có thể truy cập vào tập tin Configuration trong mã nguồn Marlin và tìm đến dòng #define BAUDRATE 115200.
Tốc độ truyền được cài đặt ở mức 115200, tương ứng với giá trị 11520 trong dòng lệnh cài đặt Khi lựa chọn tốc độ truyền, cần đảm bảo rằng các giá trị này phải khớp nhau để đảm bảo sự hoạt động hiệu quả.
- Vùng (3) quản lý kết nối phần mềm với máy chiếu
Tương tự như ở quản lý kết nối với mạch điều khiển, ta chọn cổng COM kết nối máy chiếu với máy tính qua chuẩn RS 232
Chọn loại máy chiếu ở mục Projector
Click Power on để khởi động máy chiếu
Sau khi kết nối hoàn tất, ta sẽ thấy các dòng thông báo trạng thái như sau:
Đối với máy tính: Printer is now online
Đối với máy chiếu: Projector is on
Hình 2.53 Thông báo kết nối phần mềm hoàn tất
Bước 2: Di chuyển đế in về điểm gốc
Bật chế độ về điểm 0 cho máy
Hình 2.54 Bật chế độ về điểm 0 cho máy
Máy DLP tại đây sử dụng công nghệ đế in di chuyển từ dưới lên, do đó phần mềm sẽ tự động điều chỉnh theo hướng đi xuống của trục Z, với các giá trị (1) có dấu âm.
Hình 2.55 Các giá trị di chuyển khi về điểm 0
Hoặc nếu muốn di chuyển đế in lên phía trên ta có thể “Disable Z-zero” và sử dụng các nút điều hướng lên xuống tương ứng ở vùng (2)
Lưu ý: đơn vị di chuyển là mm
2.4.2.2 Sử dụng phần mềm để điều khiển quá trình in của máy
Bước 1: Load file đã Slice bằng phần mềm Creation Workshop và thực hiện quá trình in
Hình 2.56 Load mô hình đã Slice vào phần mềm
- Vào menu file chọn Load model
Sau khi chọn Load model sẽ xuất hiện 1 cửa sổ yêu cầu mở thư mục chứa các file hình ảnh đã xuất ra từ Creation Workshop
Bước 2: Hiệu chỉnh/ cài đặt các thông số trước khi in
Bước này rất quan trọng vì nó ảnh hưởng trực tiếp đến chế độ in, thời gian và chất lượng sản phẩm cuối cùng Do đó, các thông số trong bước này cần được cài đặt hợp lý và phù hợp với từng giai đoạn trong quá trình in.
Hình 2.57 Hiệu chỉnh/ cài đặt các thông số trước khi in
Các thông số cần hiệu chỉnh/ cài đặt:
- Begin slice no: Bắt đầu in từ lớp thứ bao nhiêu (Nếu in từ đầu đặt mặc định là 1)
- Slice thickness: Chiều dày lớp slice (Bắt buộc phải đăt bằng với chiều dày khi dùng Creation Workshop để slice mô hình)
- Buile Size: Sau khi nhập Slice thickness phần mềm sẽ tự tính toán dựa trên chiều dày + số lớp in input vào
- X (px): độ phân giải theo phương X
- Y (px): độ phân giải theo phương Y
- Ở mục Specifications cho phép người dùng hiệu chỉnh các thông số như
- From layer – To layer: số lượng layer muốn in
- Exposure (s): Thời gian phơi sáng
- Lift (mm): Sau khi phơi sáng, đế bám sẽ di chuyển lên phía trên bao nhiêu mm
- Up speed (mm/m): Tốc độ nâng đế bám
- Down speed (mm/m): Tốc độ hạ đế bám xuống
Thời gian trễ giữa mỗi lần nâng và hạ đế bám là yếu tố quan trọng để tối ưu hóa quá trình in và giảm thiểu sai số về độ song song Để đạt được điều này, cần chia toàn bộ quy trình in thành nhiều giai đoạn với các thời gian phơi sáng khác nhau Chi tiết về thời gian phơi sáng và các lưu ý sẽ được trình bày cụ thể trong chương 3.
Ngoài việc setup bằng tay từng lớp, phần mềm còn hỗ trợ import các hiệu chỉnh cơ bản hoặc nâng cao dưới dạng file csv
Hình 2.58 Import file hiệu chỉnh csv Để có thể sử dụng chức năng này ta làm như sau:
- Chon Import Basic Configuration …/ Import Advanced Configutation
Bước 3: Sau khi đã hiệu chỉnh và cài đặt các thông số xong
- Click vào Run (1): để máy thực hiện quá trình in
- Pause (2): Tạm dừng quá trình in
- Stop (3): Dừng hoàn toàn quá trình in
Hình 2.59 Menu điều khiển quá trình in
CHƯƠNG 3 NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC THÔNG SỐ CÔNG
NGHỆ ĐẾN CHẤT LƯỢNG MẪU TẠO HÌNH
Thí nghiệm kiểm tra sự ảnh hưởng của thời gian phới sáng và độ dày lớp
Công nghệ in 3D sử dụng nguồn sáng số hóa DLP chịu ảnh hưởng mạnh mẽ bởi bốn thông số quan trọng, bao gồm độ phân giải, tốc độ in, chất liệu in và độ chính xác của máy in Những yếu tố này quyết định chất lượng sản phẩm cuối cùng cũng như thời gian cần thiết để hoàn thành quá trình in.
- Thời gian phơi sáng giữa các lớp
- Cường độ ánh sáng do nguồn sáng phát ra
- Hàm lượng tia UV phát ra từ nguồn sáng
Do hạn chế về thiết bị, nghiên cứu này tập trung vào hai thông số chính: thời gian phơi sáng giữa các lớp và chiều dày của lớp in.
3.1.1 Thí nghiệm hiệu chỉnh tỉ lệ in
Việc lựa chọn chế độ in có ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng chi tiết sau khi in Hai thông số quan trọng là độ dày lớp in (L) và thời gian phơi sáng (T) cần được xem xét Mối tương quan giữa độ dày lớp in và thời gian phơi sáng là rất quan trọng; thời gian tiếp xúc lâu có thể gây biến dạng chi tiết, trong khi thời gian phơi sáng không đủ có thể khiến nhựa không kịp đông kết Cả hai thông số này có thể được thiết lập và kiểm soát thông qua phần mềm tách lớp và điều khiển Trong thử nghiệm, mẫu thử có kích thước 30 x 20 x 1mm được sử dụng.
Sản phẩm in lần đầu tiên có tỉ lệ theo phương X và Y là 1.96, điều này cho thấy sự sai lệch tỉ lệ do phần mềm tách lớp Creation Workshop Để khắc phục vấn đề này, cần điều chỉnh thông số cắt lát mô hình nhằm đạt được kích thước chính xác như trong thiết kế ban đầu.
Hình 3.2 Cụm trục Z và bồn chứa nhựa quang hóa Bảng 3.1 Thông số sử dụng trong quá trình in
Chiều dày lớp in L(mm)
Vật liệu nhựa quang hóa CTC – Xitong, được sử dụng trong thí nghiệm, có độ bền cao và chuyển từ trạng thái lỏng sang rắn khi tiếp xúc với ánh sáng có bước sóng 405nm.
Mẫu thử nghiệm đã được tiêu chuẩn hóa với các tham số quy trình được mô tả trong Bảng 3.1, và kích thước mẫu thử nghiệm được áp dụng theo tiêu chuẩn.
Hình 3.3 Mẫu thử: a – mẫu uốn, b - mẫu kéo
Hình 3.4 Quá trình kiểm tra độ bền uốn
Hình 3.5 Kiểm tra độ cứng của mẫu thử
Toán bộ quá trình kiểm tra được tiến hành tại phòng thí nghiệm vật liệu Polymer và Composite Đại học Bách Khoa Hà Nội.
Kết quả
Kết quả kiểm tra được thể hiện qua các bảng 3.2, 3.3 và 3.4
Bảng 3.2 Kết quả kiểm tra độ bền kéo
Hình 3.6 Biểu đồ kết quả kiểm tra độ bền kéo Bảng 3.3 Kết quả kiểm tra độ bền uốn
Hình 3.7 Biểu đồ kết quả kiểm tra độ bền uốn Bảng 3.4 Kết quả kiểm tra độ cứng
Hình 3.8 Biểu đồ kết quả kiểm tra độ cứng
Dựa vào các kết quả trên ta đi đến các nhận định như sau:
3.2.1 Ảnh hưởng của độ dày lớp in
Tăng độ dày lớp in có thể dẫn đến việc giảm độ bền kéo và độ bền uốn của chi tiết Tuy nhiên, nếu thời gian phơi sáng đủ dài, các lớp dày sẽ có thời gian quang hóa và đông kết, giảm thiểu các hiệu ứng tiêu cực Đặc biệt, khi độ dày đạt 0,3mm, cường độ của chi tiết giảm đáng kể.
Độ dày lớp in không chỉ tác động đến độ bền và độ cứng của mẫu thử mà còn ảnh hưởng đến độ co rút của mẫu vật, đặc biệt là dọc theo trục Z Kết quả đo độ dày bằng thước kẹp kỹ thuật số cho thấy sự co dọc theo trục này.
Z là từ 3,5%, 3,8% và 4,2% với độ dày lớp lần lượt là L = 0,1mm, L = 0,2mm và
3.2.2 Ảnh hưởng của thời gian phơi sáng Độ bền kéo và uốn của các bộ phận cũng tăng khi tăng thời gian phơi sáng Tuy nhiên, khi các lớp mỏng và thời gian phơi sáng tăng từ 50 đến 60, độ bền của các bộ phận không tăng lên rõ rệt Điều này có thể được giải thích bởi thực tế là lớp mỏng nên thời gian phơi sáng là 50 đủ để xử lý polymer đạt đến độ cứng cao nhất của vật liệu
Hình 3.8 chỉ ra rằng độ cứng của các phần chi tiết tăng gần như theo tỷ lệ tuyến tính khi thời gian phơi sáng tăng Tuy nhiên, khi thời gian phơi sáng vượt quá 50 giây, độ cứng gần như đạt đến mức tối đa của polymer, dẫn đến tốc độ tăng giảm dần.
Kết luận sau thí nghiệm
Sau các thí nghiệm, có một số gợi ý khi vận hành máy in 3D: với các lớp dày, thời gian phơi sáng nên được kéo dài, nhưng không quá mức vì sẽ giảm năng suất và gây ra lỗi do ánh sáng tán xạ, ảnh hưởng đến độ chính xác theo trục X và Y Thời gian phơi sáng cần được điều chỉnh dựa trên yêu cầu cụ thể của từng bộ phận Ngoài ra, độ co ngót của sản phẩm in theo trục Z sẽ tăng lên khi độ dày lớp tăng.
Dưới đây là bảng thống kê khuyến nghị cho việc in ấn với loại nhựa CTC – Xitong, dựa trên tác động của ánh sáng từ máy chiếu Optoma trong thí nghiệm.
Bảng 3.5 Bảng thông số khuyên dùng khi in
Thời gian phơi sáng (s) Chiều dày lớp in (mm)
Thời gian phơi sáng cho mỗi chiều dày lớp in có thể được điều chỉnh tùy thuộc vào tính chất và yêu cầu của mô hình Cần lưu ý rằng thời gian phơi sáng giữa các tầng không giống nhau Qua các thí nghiệm, chúng ta nhận thấy sự khác biệt rõ rệt giữa các tầng khi in.
Lớp dính, phần quan trọng nhất của nền, yêu cầu thời gian phơi sáng ít nhất gấp 5 lần so với bình thường để đảm bảo không có khoảng trống nào giữa lớp tấm in.
Đáy của khay chứa vật liệu được sửa chữa, với lớp đầu tiên bám chắc chắn vào tấm Để đảm bảo hiệu quả, chiều cao nâng trục cần được điều chỉnh lên 7 mm cho tấm in lớn và 5 mm cho tấm in nhỏ, với tốc độ nâng là 10 mm/phút.
- Tầng 2: Phần còn lại của nền
Lớp nền thường được đặt trước các lớp hỗ trợ, với độ dày lý tưởng khoảng 0.3mm Thời gian phơi sáng cho lớp nền chỉ bằng một nửa thời gian phơi sáng của tầng đầu Số lớp của tầng này phụ thuộc vào độ dày của các lớp in; ví dụ, nếu lớp nền dày 0.3mm và các lớp in dày 0.05mm, sẽ có khoảng 5 đến 6 lớp trong nền Chiều cao nâng trục cần đạt 7mm cho tấm in lớn và 5mm cho tấm in nhỏ, với tốc độ nâng là 10mm/phút.
Tầng hỗ trợ thường chỉ có chức năng hỗ trợ và cần phải khỏe và ổn định vì là một phần của đế Thời gian phơi sáng của tầng này chỉ bằng 1/2 thời gian phơi sáng của tầng 2 Để đảm bảo hiệu quả in, chiều cao nâng trục cần được điều chỉnh lên 5 mm cho tấm in lớn và 3.5 mm cho tấm in nhỏ, với tốc độ nâng 15 mm/phút Ví dụ, với lớp có độ dày 0.1 mm, sẽ cần 20 lớp để đạt được 2 mm đầu tiên khi in với tấm in lớn.
Tầng này bao gồm lớp hỗ trợ và mô hình, với thời gian phơi sáng giảm dần từ tầng 5 đến tầng 7 nhằm tránh hiện tượng đường ngang do sự co bề mặt không đều Độ cao nâng của trục Z dao động từ 2 mm đến 5 mm, với tốc độ nâng đạt 15 mm/phút.
Tầng này chỉ bao gồm các lớp của mô hình Dùng thời gian phơi sáng bình thường, độ cao nâng 2mm đến 5mm với tốc độ 15mm/phút
