Đề tài nghiên cứu khoa học: Thiết kế và chế tạo máy in 3D khớp cổ chân

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:97

Thêm vào BST

Báo xấu

13
lượt xem 6
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 khớp cổ chân" nhằm thiết kế bản vẽ và chế tạo phần cứng của máy; Mô hình hóa thiết kế 3D bằng phần mềm Solidwork và sử dụng phần mềm để mô phỏng chuyển động, tính toán và hoàn chỉnh thiết kế cho máy in 3D khớp cổ chân; Gia công, lắp ráp và kiểm nghiệm cac hệ thống của máy và hoàn chỉnh máy, đưa vào chạy thực nghiệm.

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 khớp cổ chân

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 KHỚP CỔ CHÂN S K C 0 0 3 9 5 9 MÃ SỐ: SV2020-95 S KC 0 0 7 4 0 1 Tp. Hồ Chí Minh, tháng 08/2020
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 ĐỀ TÀI : THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MÁY IN 3D KHỚP CỔ CHÂN Mã số đề tài : SV2020-95 Chủ nhiệm đề tài: Phạm Đình Tuyên TP Hồ Chí Minh, Tháng 08 Năm 2020 i
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 ĐỀ TÀI : THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MÁY IN 3D KHỚP CỔ CHÂN Mã số đề tài : SV2020-95 Thuộc nhóm ngành khoa học: Kỹ thuật và y tế SV thực hiện: Phạm Đình Tuyên Nam, Nữ: Nam Nguyễn Đỗ Minh Tuấn Nam, Nữ: Nam Trịnh Công Vinh Nam, Nữ: Nam Đặng Quang Thăng Nam, Nữ: Nam Đặng Thành Vịnh Nam, Nữ: Nam Dân tộc: Kinh Lớp, khoa: 16143CL1 – Khoa CLC Năm thứ: 4 Số năm đào tạo: 4 Ngành học: Công Nghệ Chế Tạo Máy Người hướng dẫn: Th.S Phan Thế Nhân TP Hồ Chí Minh, Tháng 08 Năm 2020 ii
LỜI NÓI ĐẦU Đề tài THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MÁY IN 3D KHỚP CỔ CHÂN không phải là đề tài mới lạ, thậm chí hình thức công nghiệp này đã được chế tạo, sản xuất và phát triển trên nhiều thị trường thế giới cũng như Việt Nam. Nhóm chúng em quyết định chọn đề tài này để làm đồ án tốt nghiệp vì có tính thực tiễn cao và áp dụng vào đời sống. Trong quá trình thực hiện đồ án này đã giúp chúng em biết thiết kế và chế tạo ra một sản phẩm, hoàn thiện các kỹ năng làm việc nhóm cũng như kỹ năng sử dụng các phần mềm cơ khí chuyên dùng như Autocad, Solidwork, Cura,... Bên cạnh đó chúng em rút kinh nghiệm và biết lựa chọn các phương án gia công hợp lý, phù hợp với khả năng và điều kiện kinh tế. Trong thời gian thực hiện đề tài này, nhóm đã gặp nhiều khó khăn nhưng với sự giúp đỡ tận tình của giáo viên hướng dẫn Phan Thế Nhân đã giúp nhóm em hoàn thành đề tài này. Do thời gian và trình độ có giới hạn nên đồ án này vẫn còn nhiều sai sót, rất mong được các Thầy (Cô) nhận xét để nhóm có thể sửa chữa và rút kinh nghiệm. TP.HCM, ngày tháng năm 20 Nhóm sinh viên thực hiện đề tài i
LỜI CẢM ƠN Chúng em không thể theo đuổi và hoàn thành đề tài này nếu không có sự tạo điều kiện và giúp đỡ của những người thân, bạn bè và Thầy (Cô). Vì vậy, chúng em vô cùng biết ơn và trân trọng những giúp đỡ dành cho chúng em trong thời gian qua. Chúng em xin gửi lời cảm ơn đến những người thân trong gia đình, bạn bè xung quanh đã hết lòng quan tâm, giúp đỡ để chúng em có được điều kiện tốt nhất hoàn thành đồ án. Chúng em xin chân thành cảm ơn đến tất cả quý Thầy Cô Khoa Cơ khí Chế tạo máy, Bộ môn Cơ khí chế tạo máy và quý thầy cô các khoa thuộc trường Ðại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM đã trang bị cho chúng em những kiến thức cơ bản, những kinh nghiệm thực tiễn và những kiến thức chuyên môn cũng như đã nhiệt tình hướng dẫn giúp đỡ chúng em trong suốt khóa học và nhất là trong thời gian thực hiện đề tài. Chúng em xin chân thành cảm ơn giáo viên hướng dẫn Phan Thế Nhân, người đã tận tình giúp đỡ, chỉ dẫn việc thực hiện đồ án này và giúp chúng em hoàn thành bài báo cáo để đạt được kết quả tốt nhất. Em xin chân thành cảm ơn các Thầy (Cô)! Tp Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 20 Nhóm sinh viên thực hiện đề tài ii
TÓM TẮT ĐỀ TÀI THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MÁY IN 3D KHỚP CỔ CHÂN In 3D trong công nghiệp được gọi là TMN (tạo mẫu nhanh), là một trong những ngành công nghệ mới đang phát triển mạnh mẽ. Công nghệ in 3D tạo ra sản phẩm thật, vật thể thật mà ta có thể cầm trên tay, sờ mó, quan sát một cách chính xác giúp ta có thể cảm nhận chúng dễ dàng hơn mà chúng ta không cần phải suy nghĩ mơ hồ, tưởng tượng ra nó. Trên thế giới, tầm ảnh hưởng của In 3D trên thị trường công nghệ ngày càng tăng, với việc các ứng dụng của in 3D xuất hiện ngày càng nhiều trong các lĩnh vực khác nhau như : y học, sản xuất, chế tạo công cụ … Hiện tại ở Việt Nam, in 3D cũng đang dần được phổ biến trong giới nghiên cứu về TMN, và vì thế việc tự nghiên cứu thiết kế chế tạo máy in 3D cũng ngày càng được quan tâm hơn bởi các nhóm nghiên cứu. … Trên thế giới, các ứng dụng này đã xuất hiện và bắt đầu được tiêu thụ rộng rãi trên thị trường, cùng lúc với sự xuất hiện của những công ty chuyên ngành, đã và đang phát triển không ngừng. Đề tài này được thực hiện trong bối cảnh ngành công nghệ in 3D trong nước và trên thế giới đang phát triển mạnh mẽ, nhiều trường đại học và các công ty lớn đã tự chế tạo, sản xuất đưa ra thị trường sử dụng ngày càng rộng rãi, và được ứng dụng nhiều trong các ngành thiết kế. Ở đề tài này, nhóm đặt ra mục tiêu thiết kế và chế tạo một máy in 3D hoàn chỉnh in được vật thật với yêu cầu là phải thiết kế được phần cứng cơ khí với độ chính xác cao. Thiết kế và chế tạo máy in với cấu trúc 3 trục là vít me - thanh trượt vuông. Nhóm sinh viên thực hiện đề tài iii
PROJECT ABSTRACT 3D printing in the industry, called TMN (rapid prototyping), is one of the burgeoning new technology industries. 3D printing technology creates real products, real objects that we can hold in our hands, touch and observe accurately so that we can feel them more easily without having to think vaguely…, imagine it. In the world, the influence of 3D printing in the technology market is increasing, with the application of 3D printing appearing more and more in different fields such as medicine, manufacturing, and tool making. ... Currently in Vietnam, 3D printing is also gaining popularity among TMN researchers, and therefore the self-study of 3D printer design and manufacturing is also getting more and more attention by research groups. ... In the world, these applications have appeared and started to be widely consumed in the market, at the same time with the appearance of specialized companies, which have been growing constantly. This project is implemented in the context of the 3D printing industry in the country and the world is growing strongly, many universities and large companies have self-produced, produced and brought to use in the market. extensively, and applied extensively in design industries. In this project, the team set a goal of designing and manufacturing a complete 3D printer that can print real objects with the requirement that mechanical hardware must be designed with high precision. with 3- axis structure is square slider me-screw. Group of students implementing project iv
LỜI NÓI ĐẦU .........................................................................................................................i LỜI CẢM ƠN........................................................................................................................ ii TÓM TẮT ĐỀ TÀI .............................................................................................................. iii DANH MỤC HÌNH ẢNH .................................................................................................. viii DANH MỤC BẢNG ........................................................................................................... xii THÔNG TIN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI .................................................. xiii CHƯƠNG 1. GIỚI THIỆU VỀ ĐỀ TÀI ................................................................................ 1 1.1 Tính cấp thiết của đề tài................................................................................................ 1 1.2 Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước .................................................................. 1 1.2.1 Trong nước ............................................................................................................. 1 1.2.2 Ngoài nước ............................................................................................................. 2 1.3 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của máy in 3D khớp cổ chân ....................................... 3 1.4 Mục tiêu của đề tài ....................................................................................................... 3 1.5 Phương pháp nghiên cứu .............................................................................................. 4 1.5.1 Phương pháp thu thập và tổng hơp tài liệu ............................................................ 4 1.5.2 Phương pháp phân tích thực nghiệm...................................................................... 4 1.6 Kết cấu của đồ án tốt nghiệp ........................................................................................ 4 CHƯƠNG 2. TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI .......................................................... 5 2.1 Giới thiệu về công nghệ TMN (Tạo mẫu nhanh-in 3D) ............................................... 5 2.1.1 Nguyên lý chung .................................................................................................... 5 2.1.2 Đặc điểm ................................................................................................................ 5 2.2 Sự ra đời và phát triển của phương pháp TMN ............................................................ 5 2.2.1 Thời kỳ đầu: Tạo mẫu bằng tay ............................................................................. 5 2.2.2 Thời kỳ thứ hai: Phần mềm tạo mẫu hay tạo mẫu ảo............................................. 6 2.3 Một số công nghệ tạo mẫu nhanh ................................................................................. 7 2.3.1 Công nghệ SLA ...................................................................................................... 7 2.3.2 Công nghệ LOM (Laminated Object Manufacturing) ........................................... 8 2.4 Ứng dụng của TMN.................................................................................................... 10 v
2.4.1 Phát triển sản phẩm mới ....................................................................................... 10 2.4.2 Kiểm tra chức năng làm việc của sản phẩm......................................................... 10 2.4.3 Tạo khuôn nhanh .................................................................................................. 11 2.4.4 Ứng dụng trong y học .......................................................................................... 12 CHƯƠNG 3. CƠ SỞ LÝ THUYẾT ..................................................................................... 13 3.1 Giới thiệu một số mẫu máy in 3D .............................................................................. 13 3.1.1 Máy in 3D prusa i3 ............................................................................................... 13 3.1.2 Máy in 3D delta Kossel ........................................................................................ 14 3.1.3 Máy Ember ........................................................................................................... 15 3.2 Khái quát chung về máy in 3D ................................................................................... 16 3.3 Động cơ bước ............................................................................................................. 18 3.3.1 Cấu tạo của động cơ bước .................................................................................... 18 3.3.2 Cách hoạt động ..................................................................................................... 19 3.3.3 Phân loại động cơ bước: ....................................................................................... 19 3.3.3.1 Động cơ bước nam châm vĩnh cữu ................................................................. 19 3.3.3.2 Động cơ biến từ trở ......................................................................................... 20 3.3.3.3 Động cơ bước 2 pha ........................................................................................ 21 3.3.4 Các phương pháp điều khiển động cơ bước......................................................... 22 3.4 Cơ cấu truyền động vít me-đai ốc .............................................................................. 23 3.4.1 Cơ cấu vitme-đai ốc trượt .................................................................................... 23 3.4.2 Cơ cấu vitme đai ốc bi.......................................................................................... 24 3.5 Ray trượt dẫn hướng ................................................................................................... 26 3.6 Truyền động đai .......................................................................................................... 27 CHƯƠNG 4. PHƯƠNG HƯỚNG VÀ CÁC GIẢI PHÁP THIẾT KẾ ............................... 29 4.1 Thông số máy in ......................................................................................................... 29 4.2 Các phương án thiết kế kế kết cấu máy in .................................................................. 29 4.2.1 Phương án 1: Truyền động Cartesian XZ, bộ truyền động vitme - đai ốc ........... 29 4.2.2 Phương án 2: Truyền động Delta, bộ truyền động đai ......................................... 30 vi
4.3 Lựa chọn phương án ................................................................................................... 30 4.4 Trình tự thực hiện. ...................................................................................................... 30 CHƯƠNG 5. TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ CƠ KHÍ .......................................................... 31 5.1 Thiết kế khung máy .................................................................................................... 31 5.2 Thiết kế cụm cơ khí trục Z ......................................................................................... 33 5.2.1 Tính toán truyền động vít me - đai ốc trượt 3 trục Z ........................................... 33 5.2.2 Tính toán truyền đông vitme - đai ốc trượt trục X ............................................... 37 5.2.3 Tính toán truyền động vitme - đai ốc trượt trục Y ............................................... 38 5.2.4 Tính toán công suất động cơ và chọn số vòng quay động cơ .............................. 39 5.3 Khớp nối ..................................................................................................................... 41 5.4 Ổ lăn ........................................................................................................................... 43 5.5 Bộ phận đùn nhựa ....................................................................................................... 44 5.5.1 Bộ tời nhựa ........................................................................................................... 44 5.5.2 Bộ đầu phun gia nhiệt nhựa ................................................................................. 45 5.5.3 Chất lượng sợi nhựa ............................................................................................. 46 5.6 Tính toán thiết kế phần điện ....................................................................................... 47 5.6.1 Nguồn điện ........................................................................................................... 47 5.6.2 Phần điều khiển .................................................................................................... 48 5.7 Thiết lập thông số phần cứng ..................................................................................... 56 5.8 Phần mềm CAM ......................................................................................................... 60 CHƯƠNG 6. KẾT LUẬN-ĐỀ NGHỊ .................................................................................. 66 6.1 Kết luận....................................................................................................................... 66 6.2 Quy trình lắp ráp máy in ............................................................................................. 66 6.3 Quy trình vận hành máy ............................................................................................. 70 6.4 Các lỗi và cách khắc phục khi in ................................................................................ 74 6.5 Hướng phát triển ......................................................................................................... 77 TÀI LIỆU THAM KHẢO .................................................................................................... 78 vii
DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1.1 Quy trình chế tạo giá thể Polycaprolacton…………………………………1 Hình 1.2 Trái tế bào…………………………………………………………………..2 Hình 1.3 Mô hình khớp cổ tay giả……………………………………………………3 Hình 2.1 Sơ đồ nguyên lý của công nghệ SLA………………………………………7 Hình 2.2 Sơ đồ công nghệ LOM……………………………………………………..8 Hình 2.3 Sơ đồ nguyên lý công nghệ FDM…………………………………………..9 Hình 2.4 Siêu xe được in 3D đầu tiên trên thế giới (Divergent Blade 2015)…………10 Hình 2.5 Một động cơ máy bay được in 3D để kiểm tra lỗi…………………………11 Hình 2.6 Tạo khuôn bằng công nghê in 3D…………………………………………11 Hình 2.7 Các khớp xương được tạo từ máy in 3D…………………………………..12 Hình 3.1 Máy in 3D prusa i3.......................................................................................13 Hình 3.2 Máy in 3D delta Kossel……………………………………………………14 Hình 3.3 Máy in Ember..............................................................................................15 Hình 3.4 Cấu trúc máy in 3D......................................................................................16 Hình 3.5 Động cơ bước..............................................................................................18 Hình 3.6 Cấu tạo động cơ bước..................................................................................19 Hình 3.7 Cấu tạo động cơ bước nam châm vĩnh cửu……………………………….19 Hình 3.8 Nguyên lý hoạt động của động cơ bước nam châm vĩnh cửu.....................20 Hình 3.9 Nguyên lý hoạt động của động cơ biến từ trở…………………………….21 Hình 3.10 Động cơ bước 2 pha lưỡng cực và đơn cực………………………………22 Hình 3.11 Vitme đai ốc……………………………………………………………...23 Hình 3.12 Cơ cấu vit me đai ốc bi…………………………………………………...25 Hình 3.13 Kết cấu vitme đai ốc bi………………………………………………......25 Hình 3.14 Cơ cấu điều chỉnh khe hở vitme-đai ốc bi………………………………26 Hình 3.15 Ray trượt dẫn hướng…………………………………………………......27 Hình 3.16 Truyền động đai…………………………………………………………28 viii
Hình 4.1 Máy in theo truyền động Cartesian XZ………………………………......29 Hình 4.2 Máy in delta………………………………………………………………30 Hình 5.1 Kích thước nhôm định hình………………………………………………31 Hình 5.2 Bản vẽ khung máy……………………………………………………......31 Hình 5.3 Bu lông, ke góc, con trượt, chữ T………………………………………...32 Hình 5.4 Chân đế cao su……………………………………………………………33 Hình 5.5 Kiểu lắp vít me fixed – fixed…………………………………………......34 Hình 5.6 Kiểu lắp vít me fixed – support………………………………………......34 Hình 5.7 Kiểu lắp vít me fixed – free………………………………………………34 Hình 5.8 Sơ đồ trục Z………………………………………………………………35 Hình 5.9 Thông số vít me – đai ốc………………………………………………....36 Hình 5.10 Bản vẽ vít me – đai ốc………………………………………………......36 Hình 5.11 Sơ đồ trục X…………………………………………………………......37 Hình 5.12 Sơ đồ trục Y…………………………………………………………......39 Hình 5.13 Động cơ bước 42HD6201-03…………………………………………...40 Hình 5.14 Một số loại khớp nối……………………………………………….........41 Hình 5.15 Thông số kích thước khớp nối………………………………………......42 Hình 5.16 Một số loại ổ lăn………………………………………………………...43 Hình 5.17 Thông số ổ lăn………………………………………………………......44 Hình 5.18 Bộ tời nhựa……………………………………………………………...44 Hình 5.19 Kết cấu đầu phun gia nhiệt nhựa……………………………………......46 Hình 5.20 Sơ đối khối hệ thống điên………………………………………….........47 Hình 5.21 Nguồn điện Liteon………………………………………………………47 Hình 5.22 Nguồn điện tổ ong………………………………………………………47 Hình 5.23 Sơ đồ khối của các linh kiện điện tử………………………………........49 Hình 5.24 Board MKS GEN VL1.0……………………………………………......49 Hình 5.25 Giao diện phần mềm Arduino IDE……………………………………...50 Hình 5.26 Sơ đồ kết nối tổng quát của board MKS Gen VL1.0……………………51 ix
Hình 5.27 Sơ đồ nguyên lý board MKS GEN VL1.0………………………………51 Hình 5.28 Driver A4988……………………………………………………………52 Hình 5.29 Driver LV8729………………………………………………………….52 Hình 5.30 Sơ đồ nguyên lý Driver LV8729……………………………………......53 Hình 5.31 Thiết lập các chế độ điều khiển…………………………………………53 Hình 5.32 Vị trí kết nối Driver…………………………………………………......54 Hình 5.33 Vị trí cắm công tắc hành trình………………………………………......55 Hình 5.34 Màn hình LCD………………………………………………………......55 Hình 5.35 Vị trí kết nối LCD……………………………………………………….55 Hình 5.36 Vi trí kết nối cảm biến nhiệt và điện trở gia nhiệt………………………56 Hình 5.37 Giao diện phần mềm Cura………………………………………………60 Hình 5.38 Thông số in basic……………………………………………………......61 Hình 5.39 Thông số retraction……………………………………………………...62 Hình 5.40 Thông số Support……………………………………………………......63 Hình 5.41 Thông số kiểu chạy nhựa……………………………………………......63 Hình 5.42 Thông số in Advanced………………………………………………......64 Hình 5.43 Thông số machine……………………………………………………….65 Hình 6.1 Khung máy……………………………………………………………......67 Hình 6.2 Lắp khung máy vs trục Y…………………………………………………67 Hình 6.3 Lắp trục Z…………………………………………………………………68 Hình 6.4 Lắp trục X và đầu phun…………………………………………………...68 Hình 6.5 Mô hình bản vẽ…...……………………………………………………....69 Hình 6.6 Mô hinh máy thực tê……………………………………………………...69 Hình 6.7 Sản phẩm khớp cổ chân in được………………………………………….70 Hình 6.8 Sơ đồ khôi quá trình in……………………………………………………70 Hình 6.9 Các thông số in……………………………………………………………71 Hình 6.10 Điều khiển di chuyển các trục…………………………………………...71 Hình 6.11 Gia nhiệt đầu phun………………………………………………………72 x
Hình 6.12 Điều khiển các trục vê home…………………………………………….72 Hình 6.13 Gia nhiệt thủ công……………………………………………………….72 Hình 6.14 Thiết lập tôc độ in……………………………………………………….73 Hình 6.15 Sơ đồ thư mục Module LCD…………………………………………….73 Hình 6.16 Đầu đùn bị tắc…………………………………………………………...75 Hình 6.17 Nhưa không dính vào bàn in…………………………………………….76 Hình 6.18 Sợi nhựa bị phản phất.………………………………………………......76 Hình 6.19 Sản phẩm bị cong vênh………………………………………………….77 xi
DANH MỤC BẢNG Bảng 3.1 Thông số máy in 3D delta Kossel………………………………………...14 Bảng 3.2 Thông số máy in 3D Ember………………………………………………15 Bảng 3.3 Thông số kỹ thuật của động cơ bước 2 pha………………………………22 Bảng 5.1 Thông số động cơ………………………………………………………...41 Bảng 5.2 Hệ số làm việc của một số máy………………………………………......42 Bảng 5.3 Một số linh kiện………………………………………………………......48 Bảng 5.4 So sánh Driver A4988 với Driver LV8729………………………………52 Bảng 6.1 Thông số kỹ thuật của máy in…………………………………………….66 Bảng 6.2 Thông số chi tiết in……………………………………………………….66 xii
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 khớp cổ chân - Chủ nhiệm đề tài: Phạm Đình Tuyên Mã số SV: 16143164 - Lớp: 16143CL1B Khoa: Chất lượng cao - Thành viên đề tài: Stt Họ và tên MSSV Lớp Khoa 1 Phạm Đình Tuyên 16143164 16143CL1B CLC 2 Nguyễn Đỗ minh Tuấn 16143163 16143CL1B CLC 3 Trịnh Công Vinh 16143175 16143CL1B CLC 4 Đặng Quang Thăng 16143141 16143CL1B CLC 5 Đặng Thành Vịnh 16143176 16143CL1A CLC - Người hướng dẫn: Th.S Phan Thế Nhân 2. Mục tiêu đề tài: _Thiết kế bản vẽ và chế tạo phần cứng của máy. _ Mô hình hóa thiết kế 3D bằng phần mềm Solidwork và sử dụng phần mềm để mô phỏng chuyển động, tính toán và hoàn chỉnh thiết kế cho máy in 3D khớp cổ chân. _ Gia công, lắp ráp và kiểm nghiệm cac hệ thống của máy và hoàn chỉnh máy, đưa vào chạy thực nghiệm. _Tạo thành công mô hình khớp cổ chân 3. Tính mới và sáng tạo: _Nhóm đã quyết định sử dụng bộ truyền động vít me – đai ốc để truyền động chuẩn xác xiii
4. Kết quả nghiên cứu: _Nhóm đã thiết kế và chế tạo thành công máy in 3D và mô hình khớp cổ chân 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: 6. Công bố khoa học của SV từ kết quả nghiên cứu của đề tài (ghi rõ tên tạp chí nếu có) hoặc nhận xét, đánh giá của cơ sở đã áp dụng các kết quả nghiên cứu (nếu có): Ngày tháng năm SV chịu trách nhiệm chính thực hiện đề tài (kí, họ và tên) Nhận xét của người hướng dẫn về những đóng góp khoa học của SV thực hiện đề tài (phần này do người hướng dẫn ghi): Ngày tháng năm Người hướng dẫn (kí, họ và tên) xiv
xv
CHƯƠNG 1. GIỚI THIỆU VỀ ĐỀ TÀI 1.1 Tính cấp thiết của đề tài Trong cở thể của chúng ta khớp cổ chân là một trong những khớp quan trọng nhất, có nhiệm vụ nâng đỡ toàn bộ phận trên cơ thể và tham gia vào hoạt động di chuyển. Hiện nay, trong cuộc song chúng ta có nhiều bệnh nhân bị ảnh hưởng từ khớp cổ chân làm cho họ phải chịu nhiều đau đớn. Do đó, việc nghiên cứu ra mô hình giá đỡ khớp cổ chân cần phải cấp thiết. 1.2 Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước 1.2.1 Trong nước Hiện nay, công nghiệp in 3D đang ngày càng phát triển. Con người đã sáng chế nhiều loại máy in 3D với nhiều loại mực, để in ra rất nhiều vật dụng khác nhau, từ cốc, chén bộ bàn ghế… Trong gia đình cho đến các phương tiện di chuyển như ô tô, máy bay… Nhưng việc ứng dụng máy in 3d để tạo công nghệ sinh học thi ở Việt Nam vẫn còn hạn chế. Xuất phát từ nhu cầu đó, nhóm nghiên cứu của 2 đơn vị đã phối hợp để chế tạo ra được giá thể 3D có đặc tính phù hợp cho mục đích nuôi cấy tế bào. Bằng 100% nguồn nhân lực trong nước, viện Cơ học và Tin học ứng dụng và viện tế bào gốc đã cho ra đời được sản phẩm giá thể 3D Polycaprolacton (PCL) đầu tiên tại Việt Nam. Hình 1.1 Quy trình chế tạo giá thể Polycaprolacton (Sản phẩm của Viện Cơ học và Tin học ứng dụng) 1
Hình 1.2 Trái tế bào (màu xanh) bám trải và tang sinh trên giá thể PCL, phải cấu trúc mô học của giá thể - tế bào gốc sau khi được ghép trên thỏ (giá thể, tế bào tự thân, tế bào gốc, tế bào hồng cầu chung sống ôn hòa trong cơ thể thỏ trong thời gian dài) 1.2.2 Ngoài nước Máy in sinh học 3D, các nhà khoa học có thể tạo các mô hình, mẫu cấu trúc dựa vào hình ảnh từ CT scan và MRI dùng trong giảng dạy, giúp các bác sĩ chọn ra được phương pháp tối ưu cho các ca phẫu thuật, giảm đáng kể thời gian và các tai biến phẫu thuật. Với máy in sinh học 3D, các nhà nghiên cứu nhà nghiên cứu Trung Quốc và Hoa Kỳ đã in các mô hình khối u ung thư giúp con người hiểu rõ hơn về cách các khối u phát triển, di căn cũng như phát triển các loại thuốc chống ung thư mới. Hiện nay, nhiều phòng thí nghiệm đã dùng máy in 3D để in tay chân giả cho các nước nghèo. Năm 2011, Giáo sư Susmita Bose, Đại học Washington, dùng máy in 3D ProMET với mực in là các hóa chất pha trộn bột gốm in ra được các cấu trúc xương. Với những bệnh nhi đang lớn các nhà khoa học đã in xương đàn hồi để có kết quả ghép tốt hơn. Các kỹ sư công nghệ Đại học Tây Bắc, Chicago, đã in 3D xương hyperelastic nhân tạo. Vật liệu in xương chủ yếu là hydroxyapatite, khoáng chất như xương người, với một ít polymer phân hủy sinh học giúp xương tái tạo và phát triển nhanh chóng trong cơ thể. Xương hyperelastic có thể điều chỉnh đa hình dạng theo yêu cầu và đã được cấy ghép thành công trên nhiều mô hình động vật. 2