intTypePromotion=1
zunia.vn Tuyển sinh 2024 dành cho Gen-Z zunia.vn zunia.vn
ADSENSE
 » 
 » 

Đề tài nghiên cứu khoa học: Thiết kế và chế tạo máy in 3D cho chi tiết gốm sứ

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:98

Thêm vào BST
Báo xấu
20
lượt xem 8
download
 
  Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mục tiêu nghiên cứu của đề tài "Thiết kế và chế tạo máy in 3D cho chi tiết gốm sứ" nhằm tìm hiểu về tạo hình gốm sứ; Thiết kế và chế tạo mô hình máy in 3D; Tìm hiểu công nghệ in 3D cho các chi tiết từ vật liệu đất sét; Kiểm nghiệm mô hình. Mời các bạn cùng tham khảo!

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Đề tài nghiên cứu khoa học: Thiết kế và chế tạo máy in 3D cho chi tiết gốm sứ

  1. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH CÔNG TRÌNH NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CỦA SINH VIÊN THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MÁY IN 3D CHO CHI TIẾT GỐM SỨ S K C 0 0 3 9 5 9 MÃ SỐ: SV2020-72 S KC 0 0 7 3 4 8 Tp. Hồ Chí Minh, tháng 10/2020
  2. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐH SƯ PHẠM KỸ THUẬT TPHCM BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CỦA SINH VIÊN THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MÁY IN 3D CHO CHI TIẾT GỐM SỨ SV2020 - 72 Chủ nhiệm đề tài: KS. Hoàng Văn Hướng TP Hồ Chí Minh, ngày 27 tháng 10 năm 2020
  3. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐH SƯ PHẠM KỸ THUẬT TPHCM BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MÁY IN 3D CHO CHI TIẾT GỐM SỨ SV2020 - 72 Thuộc nhóm ngành khoa học: Khoa Đào tạo Chất lượng cao SV thực hiện: TẠ MINH TUẤN Nam, Nữ: Nam Dân tộc: Kinh Khoa: Khoa đào tạo Chất lượng cao Năm thứ: 4/ Số năm đào tạo: 4 năm Lớp: 16144CL1 Ngành học: Công nghệ Kĩ thuật Cơ khí Người hướng dẫn: KS. Hoàng Văn Hướng TP Hồ Chí Minh, ngày 27 tháng 10 năm 2020
  4. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐH SƯ PHẠM KỸ THUẬT TPHCM THÔNG TIN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI 1. Thông tin chung: - Tên đề tài: Thiết kế và chế tạo máy in 3D cho chi tiết gốm sứ - Chủ nhiệm đề tài: Tạ Minh Tuấn Mã số SV: 16144193 - Lớp: 16144CL1 Khoa: Đào tạo Chất lượng cao - Thành viên đề tài: Stt Họ và tên MSSV Lớp Khoa 1 Lê Thanh Hào 16144445 16144CL1 ĐT - CLC 2 Nguyễn Hoàng Thanh 16144157 16144CL1 ĐT - CLC - Người hướng dẫn: KS. Hoàng Văn Hướng 2. Mục tiêu đề tài: - Tìm hiểu về tạo hình gốm sứ - Thiết kế và chế tạo mô hình máy in 3D - Tìm hiểu công nghệ in 3D cho các chi tiết từ vật liệu đất sét - Kiểm nghiệm mô hình - Sản phẩm thực tế 3. Tính mới và sáng tạo: - Sử dụng vật liệu mới cho ngành công nghệ in 3D. - Dùng khung cơ khí máy in 3D cetus tạo thêm không gian in. 4. Kết quả nghiên cứu: - Mô hình 3D - Kết quả kiểm nghiệm ansys - Mô hình và sản phẩm thực tế
  5. - Kết quả khảo sát 5. Đóng góp về mặt giáo dục và đào tạo, kinh tế - xã hội, an ninh, quốc phòng và khả năng áp dụng của đề tài: - Mô hình dạy học cho sinh viên cơ khí - Tạo mẫu nhanh và chi tiết phức tạp cho ngành gốm sứ ở Việt Nam 6. Công bố khoa học của SV từ kết quả nghiên cứu của đề tài TPHCM,Ngày 27 tháng 10 năm 2020 SV chịu trách nhiệm chính thực hiện đề tài Tạ Minh Tuấn Nhận xét của người hướng dẫn về những đóng góp khoa học của SV thực hiện đề tài TPHCM,Ngày 27 tháng 10 năm 2020 Người hướng dẫn KS. Hoàng Văn Hướng
  6. Mục Lục DANH MỤC HÌNH ẢNH .......................................................................................................... 4 DANH MỤC CÁC BẢNG ......................................................................................................... 8 DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT ............................................................................................ 9 CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU ...................................................................................................... 10 1.1. TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI ..................................................................................... 10 1.2. Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI ........................................................ 10 1.3. MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU ............................................................................................ 10 1.4. ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU....................................................................... 11 1.4.1. Đối tượng nghiên cứu ......................................................................................... 11 1.4.2. Phạm vi nghiên cứu ............................................................................................ 11 1.5. CƠ SỞ PHƯƠNG PHÁP LÍ LUẬN................................................................................... 11 1.6. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU...................................................................................... 11 CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN CÔNG NGHỆ IN 3D CHO CHI TIẾT GỐM SỨ ..................... 12 2.1. GIỚI THIỆU VỀ CÔNG NGHỆ IN 3D CHO CHI TIẾT GỐM SỨ........................................... 12 2.2. ỨNG DỤNG CỦA IN 3D GỐM VÀO HÀNG KHÔNG VŨ TRỤ Ở MĨ. [10]........................... 13 CHƯƠNG 3: CƠ SỞ LÝ THUYẾT ......................................................................................... 17 3.1 PHƯƠNG PHÁP TẠO MẪU NHANH FDM (FUSED DEPOSITION MODELING) ........................ 17 3.1.1 Khái niệm và nguyên lí hoạt động .......................................................................... 17 3.1.2 Ưu – Nhược điểm của phương pháp FDM ............................................................. 18 3.2 LỰA CHỌN KẾT CẤU MÁY IN ......................................................................................... 18 3.3. LỰA CHỌN CỤM NÂNG HẠ TRỤC Z ............................................................................ 20 3.3.1. Vít me đai ốc thường .......................................................................................... 20 3.3.2. Vít me đai ốc bi ................................................................................................... 21 3.4. RAY TRƯỢT DẪN HƯỚNG .......................................................................................... 22 CHƯƠNG 4: LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ ........................................................... 26 4.1. THÔNG SỐ MÁY ........................................................................................................ 26 4.2. CÁC PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ KẾT CẤU MÁY ................................................................. 26 4.2.1. Phương án 1 ........................................................................................................ 26 4.2.2. Phướng án 2 ........................................................................................................ 26 4.2.3. Phương án 3 ........................................................................................................ 27 4.3. LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN. ........................................................................................... 27 4.4. TRÌNH TỰ THỰC HIỆN................................................................................................ 27 CHƯƠNG 5: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CƠ KHÍ..................................................................... 28 2
  7. 5.1. THIẾT KẾ KHUNG MÁY .................................................................................................... 28 5.2. THIẾT KẾ CỤM CƠ KHÍ TRỤC Z ........................................................................................ 31 5.2.1. Tính toán truyền động vít me – đai ốc bi trên trục Z ............................................. 31 5.2.3. Khớp nối ................................................................................................................ 39 5.3. THIẾT KẾ CƠ KHÍ TRỤC X ................................................................................................ 40 5.3.1. Tính toán truyền động đai trên trục X .................................................................... 40 5.3.2. Tính toán động cơ trục X ....................................................................................... 41 5.4. THIẾT KẾ CƠ KHÍ TRỤC Y ................................................................................................ 42 5.4.1. Tính toán truyền động đai trên trục Y .................................................................... 42 5.4.2. Tính toán động cơ trục Y ....................................................................................... 44 5.5. THIẾT KẾ BỘ PHẬN ĐÙN ĐẤT SÉT .................................................................................... 44 5.5.1. Thiết kế đầu đùn trên phần mềm ........................................................................... 44 5.5.2. Tính toán nguyên liệu đầu vào ............................................................................... 46 5.6. TÍNH TOÁN RAY TRƯỢT .................................................................................................. 50 CHƯƠNG 6: KIỂM NGHIỆM MÔ HÌNH ANSYS 2020 R1 ................................................. 58 6.1. ĐẶT VẤN ĐỀ ............................................................................................................. 58 6.2. TRƯỜNG HỢP KIỂM NGHIỆM...................................................................................... 58 6.3. KIỂM NGHIỆM CỤM PHUN ĐỐI VỚI TRỤC X ............................................................... 58 6.4. KIỂM NGHIỆM CỤM PHUN VÀ HỆ TRỤC X VÀ Z: ........................................................ 67 CHƯƠNG 7: THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN............................................................. 78 7.1 GIỚI THIỆU PHẦN ĐIỀU KHIỂN .......................................................................................... 78 7.2 VI ĐIỀU KHIỂN ................................................................................................................. 79 7.3 DRIVER ............................................................................................................................ 80 7.4 CÔNG TẮC HÀNH TRÌNH ................................................................................................... 82 7.5 MÀN HÌNH LCD 12864 .................................................................................................... 83 CHƯƠNG 8: LẮP RÁP MÔ HÌNH THỰC TẾ ....................................................................... 85 8.1 TRỤC X ........................................................................................................................... 85 8.2 TRỤC Y ........................................................................................................................... 86 8.3 TRỤC Z ............................................................................................................................ 87 8.4 MÔ HÌNH 3D .................................................................................................................... 88 8.5 MẪU IN 3D ...................................................................................................................... 89 CHƯƠNG 9: VỆ SINH ĐẦU PHUN SAU KHI IN ................................................................ 90 9.1 PHƯƠNG ÁN VỆ SINH ..................................................................................................... 90 1. Tháo đầu phun sau khi in ........................................................................................ 90 2. Dùng phương pháp lắp ghép thay thế ..................................................................... 90 3
  8. 9.2 THỰC HIỆN PHƯƠNG ÁN ................................................................................................ 90 CHƯƠNG 10: KẾT LUẬN ...................................................................................................... 91 10.1 KẾT LUẬN ...................................................................................................................... 91 10.2 HƯỚNG PHÁT TRIỂN ....................................................................................................... 91 TÀI LIỆU THAM KHẢO ........................................................................................................ 92 4
  9. DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 3. 1 Nguyên Lí In 3d Theo Công Nghệ Fdm. .................................................................. 17 Hình 3. 2 Máy In 3d Cetus ....................................................................................................... 19 Hình 3. 3 Cơ Cấu Dùng Vít Me Đai Ốc. .................................................................................. 20 Hình 3. 4 Vít Me Đai Ốc Bi...................................................................................................... 21 Hình 3. 5 Mặt Cắt Vít Me Bi. ................................................................................................... 21 Hình 3. 6 Ray Trượt Mgn12c. .................................................................................................. 23 Hình 3. 7 Thanh Trượt Vuông Cpc. ......................................................................................... 24 Hình 3. 8 Thanh Trượt Vuông Hiwin. ...................................................................................... 24 Hình 3. 9 Thanh Trươt Vuông Thk. ......................................................................................... 24 Hình 3. 10 Thanh Trượt Vuông Bosch Rexroth. ...................................................................... 25 Hình 5. 1 Kích Thước Nhôm Định Hình 20x40. ...................................................................... 28 Hình 5. 2 Kích Thước Nhôm Định Hình 20x60. ...................................................................... 28 Hình 5. 3 Kích Thước Nhôm Định Hình 60x60. ...................................................................... 29 Hình 5. 4 Kết Cấu Khung Máy. ................................................................................................ 29 Hình 5. 5 Bulong Lục Giác Chìm, Ke Góc Vuông, Tán T. ...................................................... 30 Hình 5. 6 Chân Đế Cao Su ....................................................................................................... 30 Hình 5. 7 Kiểu Lắp Vít Me Fixed – Fixed. .............................................................................. 32 Hình 5. 8 Kiểu Lắp Vít Me Fixed – Support. ........................................................................... 32 Hình 5. 9 Kiểu Lắp Vít Me Fixed – Free . ............................................................................... 32 Hình 5. 10 Thông Số Vít Me Bi Sfu – 1204. ............................................................................ 35 Hình 5. 11 Động Cơ Bước Nema 17. ....................................................................................... 38 Hình 5. 12 Một Số Loại Khớp Nối. .......................................................................................... 39 Hình 5. 13 Thông Số Khớp Nối Mềm 5 – 8 Mm. .................................................................... 39 Hình 5. 14 Sơ Đồ Chuyển Động Trục X. ................................................................................. 40 Hình 5. 15 Động Cơ Nema 17 Cho Trục X. ............................................................................. 42 Hình 5. 16 Động Cơ Nema 17 Cho Trục Y. ............................................................................. 44 Hình 5. 17 Bình Chứa Đất Sét Trên Phần Mềm Inventor. ....................................................... 45 Hình 5. 18 Bộ Phận Đùn Đất Sét Thiết Kế Trên Phần Mềm Inventor. .................................... 45 Hình 5. 19 Thông Số Bộ Phần Đùn Đất Sét. ............................................................................ 46 Hình 5. 20 Biên Dạng Chi Tiết Khi In. .................................................................................... 47 Hình 5. 21 Ray Trượt Mgn12c. ................................................................................................ 51 Hình 5. 22 Thông Số Ray Trượt Dẫn Hướng ........................................................................... 51 Hình 5. 23 Sơ Đồ Tính Toán Ray Trượt Dẫn Hướng. .............................................................. 53 5
  10. Hình 5. 24 Các Thành Phần Momen Tĩnh Cho Phép Của Ray Trượt. ..................................... 54 Hình 5. 26 Mối Quan Hệ Độ Cứng Và Hệ Số. ......................................................................... 55 Hình 5. 27 Mối Quan Hệ Nhiệt Độ Với Hệ Số. ....................................................................... 56 Hình 6. 1 Mô Hình Trục X Được Đơn Giản Hóa. .................................................................... 58 Hình 6. 2 Vị Trí Gần Home Nhất. ............................................................................................ 59 Hình 6. 3 Vị Trí Đầu Phun Nằm Ở Giữa Trục Hành Trình. ..................................................... 59 Hình 6. 4 Vị Trí Của Đầu Phun Ở Cuối Hành Trình. ............................................................... 59 Hình 6. 5 Nhập Dữ Liệu Phân Tích Vào Phần Mềm Ansys 2020 R1. ..................................... 60 Hình 6. 6 Thao Tác Trên Phần Mềm Ansys 2020 R1 .............................................................. 60 Hình 6. 8 Kết Quả Sau Quá Trình Gọp Phần Tử Trên Phần Mềm Ansys 2020 R1 ................. 60 Hình 6. 9 Phương Pháp Chia Lưới Multizone .......................................................................... 61 Hình 6. 10 Phương Pháp Chia Lưới Bodys Sizing ................................................................... 61 Hình 6. 11 Đặt Lực Và Fix Suppost Trên Mô Hình ................................................................. 63 Hình 6. 12 Trường Hợp 1 Xét Biến Dạng Do Cụm Phun Gây Ra Với Trục X........................ 65 Hình 6. 13 Trường Hợp 1 Xét Chuyển Vị Do Cụm Phun Gây Ra Với Trục ........................... 65 Hình 6. 14 Trường Hợp 2 Xét Biến Dạng Do Cụm Phun Gây Ra Với Trục X........................ 65 Hình 6. 15 Trường Hợp 2 Xét Chuyển Vị Do Cụm Phun Gây Ra Với Trục X ....................... 66 Hình 6. 16 Trường Hợp 3 Xét Biến Dạng Do Cụm Phun Gây Ra Với Trục X........................ 66 Hình 6. 17 Trường Hợp 3 Xét Chuyển Vị Do Cụm Phun Gây Ra Với Trục X ....................... 66 Hình 6. 18 Trường Hợp Kiểm Nghiệm .................................................................................... 67 Hình 6. 19 Trường Hợp Kiểm Nghiệm Trên Phần Mềm Ansys 2020 R1 ................................ 68 Hình 6. 20 Đơn Giản Hóa Mô Hình Ansys 2020r1 .................................................................. 70 Hình 6. 21 Kết Quả Meshing Type Body Sizing Ansys 2020r1 .............................................. 71 Hình 6. 22 Đặt Lực Và Fix Suppost Trên Ansys 2020r1 ......................................................... 71 Hình 6. 23 Trường Hợp Po 1-3................................................................................................. 76 Hình 6. 24 Trường Hợp Po 2-3................................................................................................. 76 Hình 6. 25 Trường Hợp Po 3-3................................................................................................. 77 Hình 7. 1 Sơ Đồ Khối Linh Kiện Điện Tử ............................................................................... 78 Hình 7. 2 Board Mạch MKS Gen L V1.0 ................................................................................. 80 Hình 7. 3 Driver A4988 ............................................................................................................ 80 Hình 7. 6 Hệ Thống Các Chân Của Driver A4988 ................................................................... 82 Hình 7. 7 Thông Số Bước Trên Các Driver.............................................................................. 82 Hình 7. 8 Sơ Đồ Gắn Công Tắc Hành Trình ............................................................................ 83 Hình 7. 9 Màn Hình LCD ......................................................................................................... 83 Hình 7. 10 Vị Trí Kết Nối Màn Hình LCD .............................................................................. 84 6
  11. Hình 8. 1 Cụm X Trên Inventor ............................................................................................... 85 Hình 8. 2 Cụm X Thực Tế ........................................................................................................ 85 Hình 8. 3 Cụm Y Trên Inventor ............................................................................................... 86 Hình 8. 4 Cụm Y Thực Tế ........................................................................................................ 86 Hình 8. 5 Cụm Z Trên Inventor ................................................................................................ 87 Hình 8. 6 Cụm Z Thực Tế ........................................................................................................ 87 Hình 8. 7 Mô Hình 3D .............................................................................................................. 88 Hình 8. 8 Mô Hình 3D Thực Tế ............................................................................................... 88 Hình 8. 9 Mẫu In 1 ................................................................................................................... 89 Hình 8. 10 Mẫu In 2 ................................................................................................................. 89 7
  12. DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 5. 1: Lực Dọc Trục Và Phần Trăm Tương Ứng: ............................................................. 34 Bảng 5. 2 Thông Số Động Cơ Bước Nema 17 ......................................................................... 38 Bảng 5. 3 Thông Số Ray Trượt Dẫn Hướng Mgn12.. .............................................................. 51 Bảng 5. 4 Hệ Số An Toàn Của Một Số Máy: ........................................................................... 55 Bảng 5. 5 Hệ Số Tải Trong: . .................................................................................................... 56 Bảng 6. 1 Thông Số Vật Liệu Aluminum Alloy-High Strength-Wrought ............................... 62 Bảng 6. 2 Thông Số Vật Liệu Structural Steel ......................................................................... 62 Bảng 6. 3 Tổng Biến Dạng Trên Thanh X ............................................................................... 63 Bảng 6. 4 Ứng Suất Tương Đương........................................................................................... 64 Bảng 6. 5 Tổng Biến Dạng Do Cụm Tác Độ Trên Hệ Khung Xoz .......................................... 72 Bảng 6. 6 Chuyển Vị Do Cụm Tác Độ Trên Hệ Khung Xoz ................................................... 73 Bảng 6. 7 Thống Kê Thông Số Chuyển Vị Trên Hệ Khung Xoz ............................................. 75 Bảng 7. 1 Thông Số Kỹ Thuật Mks Gen L V1.0 ...................................................................... 79 Bảng 7. 2 So Sánh A4988 Và Drv8825 .................................................................................... 80 8
  13. DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT Ký hiệu và chữ viết Giải thích ý nghĩa Ghi chú tắt FDM Fused Deposition Modeling Phương pháp hóa rắn hợp nhất 9
  14. CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU 1.1. Tính cấp thiết của đề tài Ở thời đại 4.0 hiện nay mọi người chắc hẳn đã không còn xa lạ với cụm từ “tự động hóa”. Để đem lại những lợi ích cũng như sự đổi mới cho các doanh nghiệp các thiết bị tự động đang từng bước thể hiện vai trò của mình trong việc tiết kiệm lao động, tiết kiệm năng lượng, nguyên vật liệu và nâng cao chất lượng với độ chính xác cao. Có thể nói trong bối cảnh nền kinh tế đang phải đối phó với các hiện tượng như lạm phát, chi phí cho vật tư, lao động, quảng cáo và bán hàng ngày càng tăng buộc công nghiệp chế tạo phải tìm kiếm các phương pháp sản xuất tối ưu để giảm giá thành sản phẩm nhưng vẫn phải đảm bảo chất lượng. Bên cạnh đó, công nghệ tạo mẫu nhanh từ khi ra đời đến nay đã được cải tiến và phát triển rất nhiều. Hàng loạt phương pháp và công nghệ tạo mẫu ra đời, mỗi công nghệ tạo mẫu có những ưu điểm riêng. Hiện nay mong trong những phương pháp tạo mẫu được sử dụng phổ biến nhất là công nghệ FDM với những ưu điểm như đơn giản, dễ thiết kế, vật liệu dễ tìm, không gây độc hại, … Việc sử dụng công nghệ in 3D vào ngành Đồ gốm mỹ thuật, nói chính xác hơn là các sản phẩm mỹ thuật từ gốm sẽ được sản xuất theo hướng tự động hóa bằng máy móc. Sẽ mang lại những bước tiến quan trọng trong ngành gốm ở nước ta hiện nay. Thay vì sản xuất gốm bằng phương pháp thủ công truyền thống, giờ đây các sản phẩm gốm sẽ được sản xuất một cách tự động bằng máy móc với số lượng lớn, tiết kiệm thời gian hơn khi gia công những sản phẩm có biên dạng phức tạp hơn. 1.2. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài Đề tài có những ý nghĩa khoa học và thực tiễn như:  Thiết kế mẫu máy in 3D với nguồn vật liệu mới là đất sét phục vụ cho ngành mỹ nghệ gốm, cũng như tạo mẫu cho việc giảng dạy trên trường lớp.  Phát triển kết cấu máy in 3D so với những dòng in 3D truyền thống trên thị trường, nhưng phải đảm bảo về chi phí hợp lí và chế độ vận hành. 1.3. Mục tiêu nghiên cứu Đề tài nhằm mục đích nghiên cứu thiết kế chế và chế tạo máy in 3D với vật liệu đất sét sử dụng công nghệ FDM, thay đổi một số thiết kế so với một số dòng in 3D 10
  15. truyền thống, mang lại thiết kế nhỏ gọn đảm bảo có thể làm việc trong không gian nhỏ hơn so với các dòng máy in truyền thống. Sử dụng các linh kiện cơ khí có độ chính xác, độ ổn định khi vận hành. 1.4. 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. 1.4.2. Phạm vi nghiên cứu 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 thiết kế đầu phun với vật liệu đất sét.  Nghiên cứu phần mềm giao tiếp, hỗ trợ lập trình in 3D. 1.5. Cơ sở phương pháp lí luận Từ cơ sở các tài liệu, các nghiên cứu, đề tài đi trước, các mẫu máy có trên thị trường để phân tích ưu nhược điểm của các dòng máy có trước. Từ đó chọn phương án thiết kế mẫu máy tốt hơn, nhưng vẫn đảm bảo về chất lượng và chi phí hợp lí. 1.6. Phương pháp nghiên cứu Đề tài kết hợp nghiên cứu giữa phương pháp lí thuyết và thực nghiệm trên mô hình. Cụ thể: - Nghiên cứu lí thuyết:  Tìm kiếm, tổng hợp các tài liệu liên quan đến đề tài.  Nghiên cứu lí thuyết về công nghệ tạo mẫu nhanh với phương pháp FDM.  Tổng hợp tài liệu tính toán, thiết kế cơ cấu truyền động đảm bảo độ chính xác, tối ưu háo chuyển động. - Thực nghiệm:  Chế tạo mô hình máy in 3D.  Nghiên cứu các đường chạy của đầu phun có thể sử dụng với các mẫu in để tối ưu mẫu in. 11
  16. CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN CÔNG NGHỆ IN 3D CHO CHI TIẾT GỐM SỨ 2.1. Giới thiệu về công nghệ in 3D cho chi tiết gốm sứ. Do có nhiều đặc tính khác nhau, gốm sứ được sử dụng trong nhiều ứng dụng, bao gồm công nghiệp hóa chất, máy móc, điện tử, hàng không vũ trụ và kỹ thuật y sinh. Các đặc tính giúp chúng trở thành vật liệu linh hoạt bao gồm độ bền và độ cứng cơ học cao, ổn định nhiệt và hóa học tốt và hiệu suất nhiệt quang điện và từ khả thi. Các thành phần gốm được tạo thành các hình dạng mong muốn bắt đầu từ hỗn hợp bột có hoặc không có chất kết dính và các chất phụ gia khác sử dụng các công nghệ thông thường bao gồm ép phun, ép khuôn, đúc, … Tuy nhiên, các kỹ thuật tạo hình gốm này có hạn chế là thời gian gia công lâu và giá thành cao. Các cấu trúc có hình học phức tạp cao và các liên kết bên trong chi tiết không thể sản xuất được. Mặt khác, việt gia công các thành phần gốm sứ có xu hướng cực kỳ khó khăn do độ cứng và độ giòn rất cao của chúng. Không chỉ các dụng cụ cắt bị mài mòn nghiêm trọng, mà các khuyết tật như nứt vỡ cũng có thể tạo ra trong quá trình gia công ra các bộ phận bằng gốm. Chưa kể đến việc khó đạt được chất lượng bề mặt tốt và độ chính xác về kích thước. Việc đưa in 3D vào sản xuất các thành phần gốm sứ mang lại những khả năng hoàn toàn mới giải quyết các vấn đề và thách thức nêu trên. Việc in 3D gốm sứ lần đầu tiên được báo cáo bởi Marcus [8] và Sachs [9] trong những năm 1990. Cho đến nay, với những tiến bộ mới nhất trong khoa học vật liệu và khoa học máy tính, rất nhiều công nghệ in 3D đã được phát triển đặc biệt cho sản xuất gốm sứ. Sau khi hoàn tất quá trình in tương tự phương pháp FDM thông thường, phần gốm được in sẽ được nung. Tương tự như trường hợp FDM đối với vật liệu nhựa thông thường, trong FDM của gốm sứ, chất lượng của các bộ phận được in, chẳng hạn như tính đồng nhất, độ nhám bề mặt, độ chính xác về kích thước và tính chất cơ học cũng phụ thuộc vào các thông số của quá trình in như đường kính đầu in, chiều dày lớp in, tốc độ in, hướng xây dựng, … Trong số các đặc tính nêu ở trên, độ nhám bề mặt là mối quan tâm hàng đầu đối với các chi tiết được in bằng phương pháp này. 12
  17. 2.2. Ứng dụng của in 3D gốm vào hàng không vũ trụ ở Mĩ. [10] Chế tạo một vũ khí siêu thanh hoặc phương tiện phóng không gian là một chuyện. Sản xuất hàng loạt chúng là một việc khác. Các thành phần gốm chịu nhiệt, bền mà chúng yêu cầu rất khó sản xuất. Keith Button đã nói chuyện với các nhà khoa học vật liệu nghĩ rằng họ có giải pháp. Để tạo ra một bộ phận gốm sứ, một kỹ thuật viên thường ép một vật liệu giống như đất sét mềm vào khuôn để tạo ra hình dạng gần đúng với hình dạng mong muốn, làm cứng nó trong lò và sau đó mài nó xuống đến hình dạng chính xác. Quá trình xay xát này có thể mất hàng tháng và dẫn đến các bộ phận bị sứt mẻ hoặc nứt. Các kỹ sư vật liệu và nhà hóa học tại Phòng thí nghiệm Nghiên cứu Hải quân Hoa Kỳ ở Washington, DC, đang phát triển một phương pháp in 3D có thể tạo ra hình dạng bộ phận gốm chính xác mà không cần phay. Các bộ phận cấu thành có thể được chế tạo bởi bất kỳ nhà sản xuất hàng không vũ trụ nào bằng một loại máy in 3D thương mại bán sẵn, hỗn hợp kim loại và polymer do các nhà khoa học NRL phát minh ra và một lò nung để chữa các bộ phận. Ý tưởng in các bộ phận bằng gốm xuất phát từ sự phát triển của nhóm hóa học NRL, bắt đầu từ khoảng 12 năm trước, từ một loại bột nhựa polyme mà nó trộn với các loại bột kim loại khác nhau để tạo ra cacbua chịu lửa, một loại gốm chịu nhiệt cực cao. Các nhà nghiên cứu của NRL đã tạo ra các viên từ nhựa polyme trộn với các kim loại như silicon, titan hoặc vonfram, sau đó ép viên bằng máy ép thủy lực và dập thành các hình dạng đơn giản. Khi họ nung những hình dạng ép này trong lò chứa đầy khí argon ở 1.500 độ C - giống như nung một nồi đất - nhựa polyme cháy thành cacbon và phản ứng với kim loại để tạo thành gốm. Boris Dyatkin, một kỹ sư nghiên cứu vật liệu tại NRL, giải thích: Các nhà nghiên cứu đã nghiên cứu ý tưởng in 3D vì họ muốn áp dụng hóa học gốm kim loại polyme của mình vào những hình dạng phức tạp hơn đĩa, hình cầu và hình nón mà họ đang tạo ra, Boris Dyatkin, một kỹ sư nghiên cứu vật liệu tại NRL giải thích. Với phương pháp ép khuôn, kích thước và hình dạng của phần gốm được quyết định bởi khuôn và một số hình dạng không thể thực hiện được với khuôn ép. Ngoài ra, “nếu bạn cần thay đổi kích thước của bộ phận hoặc nếu bạn cần thay đổi một khía cạnh hình học nào đó của nó, thì việc thực hiện nhanh chóng sẽ khó hơn”. 13
  18. Khi các nhà nghiên cứu NRL bắt đầu làm việc nghiêm túc về khái niệm in 3D, vào năm 2018, trước tiên họ phải quyết định loại in 3D nào là tốt nhất. Họ đã cân nhắc rất nhiều lựa chọn máy in. Một khả năng là lập mô hình lắng đọng hợp nhất. Một đầu máy in được gắn trên một cánh tay robot lắng đọng các hạt polyme nóng chảy làm cứng lại từng lớp để tạo thành vật thể. Một ứng cử viên khác là in 3D bột. Một tia laser làm tan chảy các đốm bột khi các lớp bột được thêm vào một lớp bột giống như hộp, và các đốm này cứng lại với nhau để tạo ra cấu trúc. Hình dạng được tiết lộ bằng cách loại bỏ bột rời. Hoặc, cách khác, một đầu máy in sẽ bơm vật liệu đóng gáy vào bột để tạo cấu trúc. Các nhà nghiên cứu đã nghiên cứu một phương pháp in 3D được gọi là robocasting. Họ đưa ra quyết định này dựa trên lời khuyên của NanoArmor, một công ty nghiên cứu và phát triển ở California trả tiền cho NRL để sản xuất gốm sứ và thử nghiệm chúng cho chương trình phát triển vật liệu siêu thanh của Cơ quan Phòng thủ Tên lửa. Thông thường, các máy in robocasting này tạo ra các mặt hàng khác nhau, từ đồ gốm với cấu trúc mạng tinh thể phức tạp đến các tấm bê tông hình dạng phức tạp cho các tòa nhà. Cánh tay robot của máy in di chuyển đầu máy in để ép ra các hạt hồ dán cứng lại khi chúng khô. Những máy in này rất hấp dẫn, bởi vì robocasting có thể in các cấu trúc lớn hơn các phương pháp in 3D khác, và nó rẻ và đơn giản. Tristan Butler, một nhà hóa học vật liệu tại NRL, cho biết hầu như không được đào tạo, “về cơ bản ai cũng có thể in bất cứ thứ gì họ muốn. Robocasting cũng mở ra khả năng tạo ra vật liệu tổng hợp gốm mới. Dyatkin cho biết, các nhà sản xuất có thể thêm sợi carbon xay sẵn, ở dạng bột, vào hỗn hợp để tạo ra gốm composite sợi carbon. Hoặc, theo hai khái niệm mà các nhà nghiên cứu vẫn chưa khám phá: 1. Một máy in có thể ép đùn keo lên lưới sợi carbon dệt. Hoặc, 2. Nếu không có máy in, lưới có thể được nhúng vào một phiên bản ít nhớt hơn của hồ hoặc bột nhão lỏng có thể được đổ vào khuôn có chứa lưới. Với cả hai khái niệm, lưới và hồ dán kết hợp sẽ được nung trong lò để tạo ra gốm composite. 14
  19. Thách thức lớn của họ là tạo ra một hỗn hợp có thể được máy in chấp nhận và cứng lại thành những phần có độ đặc như những phần họ đã làm trước đó. Nói chung, gốm sứ dày đặc hơn và bền hơn với nhiệt. Họ cần một chất kết dính để giữ hỗn hợp lại với nhau trong khi phân tán đồng đều các phân tử kim loại và nhựa trong toàn bộ hỗn hợp. Keo phải đủ lỏng để chảy qua đầu máy in, nhưng sau khi ép ra, nó không được quá ẩm hoặc quá khô. Butler nói: “Có một sự cân bằng mong manh. “Bạn không muốn nó khô quá nhanh, vì nó sẽ gây nứt. Nhưng bạn muốn nó khô đủ nhanh để có thể đóng nhiều lớp để xây dựng các cấu trúc cao hơn. Đó là thứ bạn phải quay số. " Chìa khóa để đạt được độ nhớt phù hợp sẽ là sự lựa chọn chất kết dính, là một loại polymer và chất hóa dẻo được trộn ở dạng bột với nhựa bột và kim loại. Chất lỏng được thêm vào để tạo ra bột nhão. Sau khi một bộ phận được in, nó được nung trong lò để kích hoạt phản ứng hóa học biến hỗn hợp cứng thành gốm, sau khi đốt cháy chất kết dính. Các nhà nghiên cứu NRL đã thử 10 đến 15 chất kết dính phổ biến trong in 3D. Một số tan trong nước và một số khác tan trong rượu. Các nhà khoa học đã tạo ra bột nhão với mỗi loại và tạo ra các đĩa thử nghiệm. Một trong những phiên bản hòa tan trong nước đã được chọn, vì nó tỏ ra tốt nhất trong việc tạo ra hỗn hợp đồng nhất có độ nhớt phù hợp. Hiện tại, các hình dạng họ tạo ra bằng cách in robocast không dày đặc như những hình dạng họ tạo ra bằng kỹ thuật ép khuôn. Các nhà nghiên cứu của NRL tiếp tục tìm kiếm tốc độ gia nhiệt tối ưu cho lò, nghĩa là lò đốt cháy hoàn toàn chất kết dính trong khi nuôi dưỡng các liên kết hóa học kim loại và nhựa phải hình thành để tạo ra một loại gốm có mật độ thích hợp. Các nhà nghiên cứu cũng đang nghiên cứu để in các vật thể - hình trụ rỗng, đĩa hình côn và hình nón - cao hơn và được làm từ các hạt nhỏ hơn của hồ ép đùn, được gọi là pixel trong ngành. Các pixel càng nhỏ, đối tượng in 3D càng chính xác và chi tiết. Các nhà nghiên cứu của NRL đang in các bộ phận có chiều cao vài cm được tạo thành từ các pixel có đường kính chỉ dưới một mm. Họ nghĩ rằng cuối cùng phương pháp in của họ có thể tạo ra các bộ phận lớn khi cần - theo lý thuyết - kích thước bằng tòa nhà - với bất kỳ hình dạng nào. Họ chưa đặt mục tiêu kích thước pixel. 15
  20. Một mục tiêu khác: Tìm ra cách tạo ra đồ gốm in 3D gần với mật độ của đồ gốm ép khuôn nhất có thể. Để kiểm tra độ cứng, họ sử dụng máy kiểm tra vi điểm. Một mẫu gốm nhỏ được đặt trên bệ của thiết bị, và một đầu ghim có đường kính khoảng 100 micron ấn xuống bề mặt đến một áp suất đặt trước. Vết lõm cực nhỏ càng lớn, vật liệu càng mềm. Để đánh giá độ bền và chắc của vật liệu khi nung nóng, họ kiểm tra các tinh thể cực nhỏ trong gốm với sự hỗ trợ của máy nhiễu xạ tia X. Một mẫu được đặt trên một tấm áp suất ở giữa máy; một ống tia X bắn các chùm tia X vào mẫu trong khi một máy dò phía sau mẫu quay qua một loạt các góc để thu các chùm tia phản xạ. Máy tạo ra các biểu đồ mô tả góc mà tia X bị phản xạ bởi các tinh thể trong vật liệu và cường độ của tia X phản xạ. Các đỉnh khác nhau trong đồ thị tạo ra các mẫu đặc trưng mà phần mềm phân tích để xác định loại và pha của tinh thể kim loại hoặc cacbon trong vật liệu, cũng như kích thước và thể tích của tinh thể. Một vấn đề khác là cho đến nay, gốm in 3D có độ xốp hơn so với đĩa ép. Trong một số trường hợp, những khoảng trống cực nhỏ đó cần được lấp đầy để làm cho vật liệu đặc hơn và do đó bền hơn và chịu nhiệt tốt hơn. Một lựa chọn sẽ là thẩm thấu hơi. Khí trong lò phản ứng hóa học với gốm - khi nó đang hình thành hoặc sau khi nó đã hình thành - và lấp đầy trong bất kỳ lỗ rỗng nào. Butler cho biết một ý tưởng khác là vẽ một dung dịch lên vật thể in 3D có thể lấp đầy các lỗ thông qua phản ứng hóa học ở nhiệt độ thấp hơn. 16
ADSENSE

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

LV.11: Bộ Luận Văn Tốt Nghiệp Chuyên Ngành Tài Chính Ngân Hàng
172 tài liệu
843 lượt tải
THÔNG TIN
TRỢ GIÚP
HỖ TRỢ KHÁCH HÀNG
Theo dõi chúng tôi

Chịu trách nhiệm nội dung:

Nguyễn Công Hà - Giám đốc Công ty TNHH TÀI LIỆU TRỰC TUYẾN VI NA

LIÊN HỆ

Địa chỉ: P402, 54A Nơ Trang Long, Phường 14, Q.Bình Thạnh, TP.HCM

Hotline: 093 303 0098

Email: support@tailieu.vn

Giấy phép Mạng Xã Hội số: 670/GP-BTTTT cấp ngày 30/11/2015 Copyright © 2022-2032 TaiLieu.VN. All rights reserved.

 

Đồng bộ tài khoản
2=>2