Đề tài nghiên cứu khoa học: Thử nghiệm độ bền kéo sản phẩm in 3D từ bột nhựa

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:105

Thêm vào BST

Báo xấu

16
lượt xem 7
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mục tiêu nghiên cứu của đề tài "Thử nghiệm độ bền kéo sản phẩm in 3D từ bột nhựa" nhằm kiểm nghiệm mẫu thử kéo bằng công nghệ in 3D SLS, nhận xét sự ảnh hưởng và tối ưu hóa các thông số trong quá trình in.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Đề tài nghiên cứu khoa học: Thử nghiệm độ bền kéo sản phẩm in 3D từ bột nhựa

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 THỬ NGHIỆM ĐỘ BỀN KÉO SẢN PHẨM IN 3D S K C 0 0 3 9 5 9 TỪ BỘT NHỰA MÃ SỐ: SV2020-103 S KC 0 0 7 4 0 3 Tp. Hồ Chí Minh, tháng 07/2020
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 THỬ NGHIỆM ĐỘ BỀN KÉO SẢN PHẨM IN 3D TỪ BỘT NHỰA SV2020 - 103 Chủ nhiệm đề tài: NGUYỄN TRUNG KIÊN TP Hồ Chí Minh, 07/2020
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 THỬ NGHIỆM ĐỘ BỀN KÉO SẢN PHẨM IN 3D TỪ BỘT NHỰA SV2020 - 103 Thuộc nhóm ngành khoa học: Kỹ thuật SV thực hiện: Nguyễn Trung Kiên Nam, Nữ: Nam Dân tộc: Kinh Lớp, khoa: Đào tạo Chất Lượng Cao Năm thứ: 4/Số năm đào tạo: 4 Ngành học: Công nghệ kỹ thuật cơ khí Người hướng dẫn: ThS. Trần Thái Sơn TP Hồ Chí Minh, 07/2020
MỤC LỤC MỤC LỤC ................................................................................................................... i DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU .............................................................................. iv DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT .............................................................................v DANH MỤC CÁC BIỂU ĐỒ VÀ HÌNH ẢNH......................................................... vi MỞ ĐẦU .....................................................................................................................1 CHƯƠNG 1: ...............................................................................................................2 TỔNG QUAN .............................................................................................................2 1.1. Tình hình về công nghệ in 3D .......................................................................2 1.1.1. Khái quát về các công nghệ in 3D phổ biến hiện nay ........................3 1.1.2. Ứng dụng của in 3D ................................................................................9 1.2. Lý do chọn đề đề tài ....................................................................................13 1.3. Lý do chọn đề tài .........................................................................................15 1.4. Mục tiêu của đề tài ......................................................................................15 1.5. Phương pháp nghiên cứu ...........................................................................15 CHƯƠNG 2: .............................................................................................................16 CƠ SỞ LÝ THUYẾT ................................................................................................16 2.1. Công nghệ in 3D SLS ...................................................................................16 2.1.1. Nguyên lý thiêu kết bột nhựa bằng laser ...........................................16 2.1.2. Các loại vật liệu được dùng cho công nghệ in 3D SLS ....................16 2.1.3. Vật liệu bột nhựa PE............................................................................17 2.2. Độ bền kéo của chi tiết ................................................................................18 2.2.1. Khái quát độ bền của chi tiết ..............................................................18 2.2.2. Độ bền kéo của chi tiết .........................................................................19 2.3. Các tiêu chuẩn thử kéo cho sản phẩm nhựa ............................................19 2.4. Các thông số in 3D ảnh hưởng đến độ bền kéo của sản phẩm .............20 CHƯƠNG 3: .............................................................................................................21 i
CHẾ TẠO MẪU THỬ BẰNG PHƯƠNG PHÁP IN 3D LASER BỘT (SLS)..........21 3.1. Thiết kế mẫu thử .........................................................................................21 3.1.1. Tiêu chuẩn thiết kế mẫu ......................................................................21 3.2. Chương trình điều khiển: ..........................................................................23 3.3 Chế tạo mẫu ..................................................................................................24 3.3.1. Các thông số có thể thay đổi được .....................................................24 3.3.2. Thiết lập các bộ thông số thí nghiệm .................................................24 3.3.3 Tiến hành chế tạo mẫu thử ..................................................................28 CHƯƠNG 4: .............................................................................................................30 KHẢO SÁT SỰ ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC THÔNG SỐ IN 3D LASER BỘT ĐẾN ĐỘ BỀN KÉO CỦA CHI TIẾT .................................................................................30 4.1. Độ bền kéo ....................................................................................................30 4.2. Phương pháp và trình tự tiến hành xác định độ bền kéo của mẫu thử ...............................................................................................................................30 4.2.1 Phương pháp kéo ...................................................................................30 4.2.2 Các bước tiến hành kéo ........................................................................30 4.3. Kết quả thu được sau thí nghiệm..............................................................38 4.4. Sự ảnh hưởng của độ bền kéo khi thay đổi các thông số in 3D ............42 4.4.1 Ảnh hưởng của công suất Laser đến độ bền kéo của mẫu ..............42 4.4.2. Ảnh hưởng của tốc độ dịch chuyển của laser đến độ bền kéo của mẫu ...................................................................................................................44 4.4.3. Ảnh hưởng của bề dày vỏ mẫu đến độ bền kéo của mẫu ...............46 4.4.4. Ảnh hưởng của bề dày mỗi lớp in đến độ bền kéo của mẫu ..........48 4.4.5. Ảnh hưởng của mật độ điền đầy đến độ bền kéo của mẫu ............50 4.5. Nhận xét kết quả ..........................................................................................52 CHƯƠNG 5: .............................................................................................................53 TỐI ƯU HÓA QUÁ TRÌNH CHẾ TẠO CHI TIẾT TỪ CÔNG NGHỆ IN 3D SLS 53 5.1. Phương pháp Taguchi .................................................................................53 5.1.1. Khái quát về phương pháp Taguchi ..................................................53 ii
5.1.2. Kết quả phương pháp Taguchi ...........................................................55 5.1.3. Nhận xét kết quả ...................................................................................58 5.2. Phương pháp Anova....................................................................................60 5.2.1. Kết quả của phương pháp Anova ......................................................60 5.2.2. Nhận xét kết quả ...................................................................................63 5.3. Phương pháp Mạng Nơron ........................................................................63 5.3.1. Trình tự các bước tiến hành ...............................................................63 5.3.2 Nhận xét kết quả phương pháp mạng Nơron....................................72 CHƯƠNG 6: .............................................................................................................73 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN .................................................................73 6.1. Kết luận.........................................................................................................73 6.2. Hướng phát triển.........................................................................................73 TÀI LIỆU THAM KHẢO .........................................................................................74 PHỤ LỤC ..................................................................................................................75 iii
DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU Bảng 2.1 Bảng thông số cơ bản của bột nhựa LDPE Bảng 3.1 Các kích thước của mẫu thử Bảng 3.2 Giá trị của các thông số in sau khi thử nghiệm Bảng 3.3 Thông số in cho phương pháp đơn biến Bảng 3.4 Các mức độ của thông số in theo phương pháp Taguchi Bảng 3.5 Thông số cho phương pháp Taguchi Bảng 4.1 Kết quả lực kéo đứt theo thông số của phương pháp đơn biến Bảng 4.2 Kết quả lực kéo đứt theo thông số của phương pháp Taguchi Bảng 4.3 Ảnh hưởng của thông số Công suất đến độ bền kéo của mẫu Bảng 4.4 Ảnh hưởng của tốc độ dịch chuyển các trục đến độ bền kéo của mẫu Bảng 4.5 Ảnh hưởng của bề dày vỏ mẫu đến độ bền kéo của mẫu Bảng 4.6 Ảnh hưởng của bề dày mỗi lớp in đến độ bền kéo của mẫu Bảng 4.7 Ảnh hưởng của bề dày mỗi lớp in đến độ bền kéo của mẫu Bảng 5.1 Bảng giá trị tỷ số S/N Bảng 5.2 Kết quả tỷ lệ S/N Bảng 5.3 Kết quả phương pháp Anova iv
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT RP: Rapid Prototyping AM: Additive Manufacturing LM: Layered Manufacturing SLA: Stereolithographic Apparatus SLS: Selective Laser Sintering LOM: Laminated Object Manufacturing FDM: Fused Deposit Modelling SGC: Soling Ground Curing STL: Standard Tessellation Language PA: Polyamide PE: Polyethylene LDPE: Low Density Polyethylene MDPE: Medium Density Polyethylene HDPE: High Density Polyethylene v
DANH MỤC CÁC BIỂU ĐỒ VÀ HÌNH ẢNH Hình 1.1 Mô hình cấu tạo máy in 3D SLA Hình 1.2 Sản phẩm của công nghệ in 3D SLA Hình 1.3 Hình dáng máy in và một số sản phẩm công nghệ LOM Hình 1.4 Nguyên lý hoạt động của công nghệ in 3D FDM Hình 1.5 Sản phẩm công nghệ in 3D FDM Hình 1.6 Nguyên lý hoạt động của công nghệ in 3D SLS Hình 1.7 Sản phẩm in 3D SLS Hình 1.8 Xe Urbee được sản xuất bằng công nghệ in 3D Hình 1.9 In 3D dùng trong in mạch điện tử Hình 1.10 Cánh quạt tua bin khí ché tạo bằng in 3D Hình 1.11 Ứng dụng in 3D trong y tế Hình 1.12 Ngôi nhà được in 3D ở Trung Quốc Hình 3.1 Mẫu thử kéo theo tiêu chuẩn ASTM-D638 Hình 3.2 Kích thước để thiết kế mẫu thử loại V Hình 3.3 Giao diện làm việc chính của Mach3 Hình 3.4 Mẫu thử sau khi in Hình 3.5 Mẫu thử được lấy khỏi bàn và tiến hành đánh số Hình 4.1 Mẫu thử đã được đánh số Hình 4.2 Máy kéo vạn năng INSTRON 3369 Hình 4.3 Máy kéo trong trạng thái không làm việc Hình 4.4 Gắn ngàm cố định Hình 4.5 Gắn ngàm di động Hình 4.6 Lắp hệ thống khí nén vào máy kéo vi
Hình 4.7 Bảng điều khiển Hình 4.8 Phần mềm Bluehill Lite Hình 4.9 Kẹp chặt chi tiết vào ngàm Hình 4.10 Mẫu thử bị kéo đứt trên máy kéo Hình 4.10 Mẫu thử sau khi bị kéo đứt Hình 4.11 Biểu đồ kéo và lực kéo đứt Hình 4.12 Biểu đồ ảnh hưởng của công suất đến độ bền kéo của mẫu Hình 4.13 Biểu đồ ảnh hưởng của tốc độ dịch chuyển đến độ bền kéo của mẫu Hình 4.14 Bề dày vỏ Hình 4.14 Biểu đồ ảnh hưởng của bề dày vỏ đến độ bền kéo của mẫu Hình 4.15 Sự thay đổi Layer trong in 3D Hình 4.16 Biểu đồ ảnh hưởng của bề dày mỗi lớp in đến độ bền kéo của mẫu Hình 4.17 Sự thay đổi mật độ in trong in 3D Hình 4.18 Biểu đồ ảnh hưởng của mật độ in đến độ bền kéo của mẫu Hình 5.1 Thiết lập yếu tố đầu vào Hình 5.2 Các thông số trên Minitab Hình 5.3 Tỷ lệ S/N của các yếu tố đầu vào Hình 5.4 Thiết lập yếu tố đầu vào và đầu ra Hình 5.5 Chọn độ tin cậy là 95% Hình 5.6 Khởi động Matlab Hình 5.7 Dùng New variable thiết lập thông số Hình 5.8 Nhập thông số đầu vào Hình 5.9 Nhập thông số đầu ra Hình 5.10 Dùng lệnh “nntool” để tạo mạng nơron Hình 5.11 Import dư liệu đầu vào và đầu ra vii
Hình 5.12 Tạo mạng Hình 5.13 Tiến hành huấn luyện mạng nơron Hình 5.14 Kết quả huấn luyện mạng nơron Hình 5.15 Export mạng Hình 5.16 Tạo new variable và nhập bộ thông số cần dự đoán sau đó nhập lệnh network1 (test) để dự đoán bộ thông số Hình 5.17 Kết quả dự đoán lực kéo viii
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: Thử nghiệm độ bền kéo sản phẩm in 3D từ bột nhựa - Chủ nhiệm đề tài: Nguyễn Trung Kiên Mã số SV: 16144085 - Lớp: 16144CL2 Khoa: Đào tạo Chất Lượng Cao - Thành viên đề tài: Stt Họ và tên MSSV Lớp Khoa 1 Nguyễn Trung Kiên 16144085 16144CL2 CLC 2 Nguyễn Tấn Khoa 16144077 16144CL2 CLC 3 Nguyễn Tiến Phong 16144125 16144CL2 CLC - Người hướng dẫn: ThS. Trần Thái Sơn 2. Mục tiêu đề tài: Thử nghiệm đồ bền kéo của 138 sản phẩm. 3. Tính mới và sáng tạo: In 3D SLS là công nghệ mới, việc thử nghiệm độ bền kéo cho ra các thông số ảnh hưởng góp phần dự đoán được các thông số ảnh hưởng lên sản phẩm in 3D từ vật liệu bột. Bên cạnh đó đóng góp cho việc nghiên cứu sâu hơn vào công nghệ này. 4. Kết quả nghiên cứu: Kết quả nghiên cứu cho thấy các thông số khi tăng giá trị sẽ làm tăng lực kéo đứt: Công suất laser, bề dày vỏ, mật độ in. Các thông số khi tăng sẽ làm giảm lực kéo đứt: tốc độ dịch chuyển và bề dày của mỗi lớp in. Trong đó, thông số bề dày mỗi lớp in có ảnh hưởng lớn nhất đến độ bền kéo của sản phẩm ix
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: Công nghệ in 3D SLS là một công nghệ có nhiều tiềm năng nên việc phát triển và mở rộng các đề tài liên quan là rất cần thiết. Đề tài trong đồ án này sẽ là nền tảng và đóng góp phát triển nghiên cứu sâu hơn 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 27 tháng 07 năm 2020 SV chịu trách nhiệm chính thực hiện đề tài Nhận xét của người hướng dẫn về những đóng góp khoa học của SV thực hiện đề tài : Ngày 27 tháng 07 năm 2020 Người hướng dẫn x
MỞ ĐẦU Công nghệ in 3D nói chung, là công nghệ mang tính đột phá, đầy hứa hẹn, đang được nghiên cứu, phát triển và ứng dụng sâu rộng trong nhiều lĩnh vực của đời sống và sản xuất. Trong đó, công nghệ in 3D SLS (Selective Laser Sintering) là công nghệ sử dụng tia laser công suất cao thiêu kết (nung chảy và kết dính) vật chất (ở dạng bột) một cách có chọn lọc đã được ứng dụng nhiều trên thế giới; tuy nhiên, ở Việt Nam việc nghiên cứu và ứng dụng công nghệ này chưa thật sự rộng rãi. Do đó việc xác định được độ bền, đặc biệt là độ bền kéo của sản phẩm được chế tạo từ công nghệ in này là một vấn đề cần thiết và quan trọng. Các thông số trong quá trình cài đặt có ảnh hưởng không nhỏ đến đặc tính của chi tiết in, chúng liên quan mật thiết với nhau và cần được nghiên cứu. Trong đồ án này tập trung nghiên cứu ảnh hưởng của các thông số in 3D SLS đến độ bền kéo của sản phẩm, từ đó tối ưu hóa bộ thông số in để sản phẩm đạt được độ bền kéo cao nhất. Quá trình thự hiện gồm việc chế tạo mẫu thử với 5 thông số cần kiểm tra đó là: công suất laser (Laser Power), tốc độ dịch chuyển bàn máy (Feed), bề dày vỏ (Shell), bề dày mỗi lớp in (Layer height) và mật độ in (Infill density). Thu thập các kết quả thí nghiệm, lập biểu đồ và rút ra nhận xét về sự ảnh hưởng của các thông số đến độ bền kéo của sản phẩm in. Bên cạnh đó áp dụng các phương pháp khoa học như: Taguchi, Anova, Mạng Nơron; và các phần mềm chuyên dụng để tối ưu được các thông số in, nâng cao độ bền kéo cho sản phẩm. Kết quả rút ra từ quá trình thực hiện đồ án là: các thông số in có ảnh hưởng nhất định đến độ bền kéo của sản phẩm, trong số đó thì bề dày mỗi lớp in là ảnh hưởng nhiều nhất. Đồng thời xác định bộ thông số tối ưu cho quá trình như sau: công suất là 2,5W; tốc độ dịch chuyển là 465mm/ph; bề dày vỏ là 1mm; bề dày mỗi lớp in là 0,6mm; mật độ in là 60%; và tạo huấn luyện được mạng nơron nhằm giúp dự đoán được lực kéo đứt của sản phẩm với độ tin cậy cao mà không cần chế tạo và thử nghiệm. 1
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1. Tình hình về công nghệ in 3D Nguyên mẫu (Prototype) là một phần quan trọng của quá trình phát triển sản phẩm. Nguyên mẫu đóng một số vai trò trong quá trình phát triển sản phẩm như thử nghiệm và học tập, thử nghiệm và chứng minh, giao tiếp và tương tác, tổng hợp và phân tích, liệt kê. Quá trình tạo mẫu đã trải qua ba giai đoạn phát triển như tạo mẫu thủ công, tạo mẫu mềm hoặc tạo mẫu ảo và tạo mẫu nhanh. Hai trong số đó mới chỉ xuất hiện trong hai thập kỷ qua như quy trình mô hình hóa trong đồ họa máy tính. Nguyên mẫu của mô hình vật lý đang phát triển qua giai đoạn thứ ba, do vòng đời sản phẩm ngày càng ngắn hơn do sự phát triển công nghiệp nhanh chóng và nhu cầu đa dạng của khách hàng, việc giảm thời gian, trong thời gian phát triển sản phẩm mới là vấn đề quan trọng (Rossi et al., 2004). Công nghệ tạo mẫu nhanh (Rapid prototyping) là công nghệ được sử dụng từ cuối những năm 1980 đã có vị trí trong CAD / CAM và được kỳ vọng hướng tới môi trường sản xuất năng động. RP là quy trình sản xuất bồi đắp (AM - Additive Manufacturing) hoặc quy trình sản xuất đắp lớp (LM – Layered Manufacturing) trong đó mô hình máy tính 3D được cắt và ghép lại trong lớp không gian thực dựa trên hình thức nguyên liệu ban đầu được sử dụng và phương pháp làm cứng chẳng hạn như quy trình tạo mẫu lập thể (SLA - Stereo lithographic Apparatus), thiêu kết laser chọn lọc (SLS - Selective Laser Sintering), công nghệ sử dụng vật liệu nhiều lớp (LOM - Laminated Object Manufacturing), công nghệ lắng đọng bằng đùn (FDM - Fused Deposit Modelling) và đông cứng bề mặt rắn (SGC - Soling Ground Curing) đã được giới thiệu ra thị trường. Một trong những cách tốt hơn là phân loại rộng rãi các hệ thống tạo mẫu nhanh theo hình thức ban đầu của vật liệu của nó, tức là vật liệu mà các nguyên mẫu là một phần được chế tạo. Theo cách này, tất cả các hệ thống RP có thể dễ dàng được phân loại thành: • Dạng lỏng • Dạng rắn • Dạng bột (Chua et al., 2010). [4] 2
1.1.1. Khái quát về các công nghệ in 3D phổ biến hiện nay 1.1.1.1 Nguyên lý chung của in 3D Để bắt đầu in 3D, người ta cần một bản thiết kế vật thể 3D trên phần mềm CAD, một phần mềm quen thuộc hỗ trợ thiết kế trên máy tính. Mô hình của vật thể hoặc được thiết kế trực tiếp trên phần mềm này hoặc được đưa vào phần mềm thông qua việc sử dụng thiết bị quét laser. Sau khi bản thiết kế được hoàn thành, ta cần tạo ra tài liệu STL - Standard Tessellation Language, một dạng tài liệu quen thuộc với công nghệ sản xuất đắp dần. Tạo ra một file theo ngôn ngữ dạng lưới tiêu chuẩn là chia một vật thể thành những đa giác nhỏ hơn, để mô phỏng cho cấu trúc bên ngoài và cả bên trong của vật thể. Đây là phần rất quan trọng trong sản xuất đắp dần. Khi tài liệu đã được hoàn thiện, hệ thống sẽ chia nhỏ thiết kế mẫu thành nhiều lớp khác nhau và chuyển thông tin đến thiết bị sản xuất đắp dần. Sau đó, hệ thống sản xuất đắp dần sẽ tự chế tạo vật thể theo từng lớp một cho đến khi vật thể cần sản xuất được hoàn thiện. Để sản xuất các vật thể, các hệ thống máy in 3D sử dụng kết hợp nhiều công nghệ khác nhau. Các công nghệ này được phân loại dựa vào bản chất vật liệu. In 3D hay sản xuất đắp dần có thể làm việc với vật liệu rắn (nhựa, kim loại, polymer), vật liệu lỏng (nhựa lỏng đông cứng lại nhờ tác động của laser hay ánh sáng điện tử), hay vật liệu dạng bột(bột kim loại, bột gốm kết dính với nhau tạo thành sản phẩm…) ([1], trang 7). 1.1.1.2. Công nghệ tạo mẫu lập thể (SLA) Được phát triển bởi Chuck Hull, đây là công nghệ in 3D xuất hiện đầu tiên và cũng là công nghệ in 3D chi tiết chuẩn xác nhất, có sai số thấp nhất trong các công nghệ in 3D khác. Công nghệ in 3D SLA là một công nghệ in 3D vẫn hoạt động theo nguyên tắc “đắp lớp” có đặc điểm khác biệt với các công nghệ khác là dùng tia UV làm cứng từng lớp vật liệu in (chủ yếu là nhựa lỏng). Lớp in SLA có thể đạt từ 0.06, 0.08, 0.1,… mm. Về nguyên lý hoạt động: Sau khi tập tin 3D CAD được kết nối dưới ngôn ngữ STL (Tessellation language) thì quá trình in được bắt đầu: Lớp nhựa lỏng đắp lên mẫu 3D thiết kế sẵn tia UV làm cứng lớp nhựa này, sau đó nhiều lớp được đắp lên nhau cho đến khi đạt chỉ số kỹ thuật của vật thể đã định sẵn. Ưu điểm: Công nghệ SLA có khả năng tạo ra các mô hình có độ chi tiết cao, sắc nét và chính xác. Về các công nghệ in 3D sử dụng vật liệu nhựa, thì đây là công nghệ 3
tạo ra sản phẩm in 3D là nhựa tốt nhất, có thể sử dụng ngay, độ phân giải, độ mịn cao, có thể nói là cao nhất hiện nay. Nhược điểm: Vật liệu in 3D khá đắt, sản phẩm in 3D bị giảm độ bền khi để lâu dưới ánh sáng mặt trời ([1], trang 7,8). Hình 1.1 Mô hình cấu tạo máy in 3D SLA ([1], trang 8) Hình 1.2 Sản phẩm của công nghệ in 3D SLA [10] 4
1.1.1.3. Công nghệ sử dụng vật liệu nhiều lớp (LOM) Công nghệ LOM được sáng tạo bởi Michael Feygin vào năm 1985 và được tung ra thị trường năm 1986 bởi công ty California Helisys (Hoa Kỳ). Đây là kiểu in 3D sử dụng những vật liệu dễ dàng dát mỏng như giấy, gỗ, nhựa…Kiểu in này cho ra màu sắc chuẩn xác với bản mẫu thiết kế nhất. Trong quá trình in LOM các lớp giấy, nhựa hoặc kim loại cán mỏng dính bọc được hợp nhất bằng cách sử dụng nhiệt và áp lực, sau đó cắt thành hình với máy tính điều khiển tia laser và dao cắt. Sau khi thực hiện quá trình in, bước cuối cùng là gia công và khoan. Các đối tượng 3D được tạo ra từng lớp,mỗi lớp sẽ được cắt bằng tia laser hoặc dụng cụ cắt chuyên dụng (cắt theo đường biên dạng với tốc độkhoảng15 (inch/giây) sau đó được dán chặt từng lớp, từng lớp vào với nhau tạo ra sản phẩm. Ưu điểm của công nghệ LOM: Vật liệu đa dạng, rẻ tiền. Về nguyên tắc có thể sử dụng các loại vật liệu: giấy, chất dẻo, kim loại, composites và gốm. Độ chính xác cao đạt được tốt hơn 0,25 mm. Bằng việc cắt vật liệu thay vì hóa rắn nó, hệ thống có thể bảo vệ được những đặc tính ban đầu của vật liệu. Không cần thiết kết cấu hỗ trợ. Nhược điểm: Không thu hồi được vật liệu dư. Sự cong vênh của chi tiết thường là vấn đề chính của phương pháp LOM. Lấy sản phẩm ra khỏi kết cấu hỗ trợ khó khăn. Độ bóng bề mặt không cao ([1], trang 13,14). 5
Hình 1.3 Hình dáng máy in và một số sản phẩm công nghệ LOM ([1], trang 14) 1.1.1.4. Công nghệ lắng đọng bằng đùn (FDM) Được phát triển bởi S. Scott Crump vào cuối những năm 1980. Hãng Stratasys bán chiếc máy sử dụng công nghệ FDM đầu tiên có tên “3D Modeler” năm 1992. Máy in 3D dùng công nghệ FDM xây dựng mẫu bằng cách đùn nhựa nóng chảy rồi hóa rắn từng lớp tạo nên cấu trúc chi tiết dạng khối. Điều đặc biệt của công nghệ này đó là nó không chỉ có khả năng in các nguyên mẫu mà còn in được các sản phẩm hoàn thiện cuối cùng đến tay người dùng. Công nghệ này có hiệu suất cao và sử dụng kỹ thuật in nhiệt dẻo rất có giá trị đối với kĩ sư cơ khí và các nhà sản xuất, nhờ thế mà thành phẩm có phẩm chất tốt về mặt cơ học, nhiệt và hóa học. Ưu điểm: Là công nghệ in 3D giá rẻ, dễ sửa chữa và thay thế chi tiết máy móc, in với số lượng lớn, ít tốn nguyên liệu. Thường sử dụng trong các sản phẩm cần chịu lực. Tốc độ tạo hình 3D nhanh. Nhược điểm: Ít khi dùng trong lắp ghép vì độ chính xác không cao. Khả năng chịu lực không đồng nhất ([1], trang 11,12). 6
Hình 1.4 Nguyên lý hoạt động của công nghệ in 3D FDM ([1], trang 12) Hình 1.5 Sản phẩm công nghệ in 3D FDM [11] 1.1.1.5. Công nghệ thêu kết Laser chọn lọc (SLS) Công nghệ này được sáng tạo bởi Carl Deckard vào năm 1986 ở Trường đại học Texas và được cấp bằng sáng chế năm 1989, được đưa ra thị trường bởi tập đoàn DTM (được thành lập 1987). Thiết bị đầu tiên được thương mại hoá vào năm 1992. Công nghệ SLS vận hành tương tự SLA nhưng vật liệu ở dạng bột gốm sứ, thép, 7