TRƯỜNG ĐẠI HỌC TRẦN ĐẠI NGHĨA

NGƠ QUỐC ANH
NGUYỄN VĂN TÝ
KHĨA : 2017 - 2021

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
CHUYÊN NGÀNH CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY

NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ CHẾ TẠO MƠ HÌNH
MÁY IN 3D CƠ CẤU CORE XY

NĂM 2021


TRƯỜNG ĐẠI HỌC TĐN

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

KHOA KTCS

Độc lập – Tự do – Hạnh phúc

PHÊ DUYỆT
Ngày

tháng

năm 2021

CHỦ NHIỆM KHOA

NHIỆM VỤ KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP
ThS Nguyễn Thanh Tồn
Họ và tên: Ngơ Quốc Anh
Nguyễn Văn Tý

Lớp:17DDS0704102

Khóa: 2017 - 2021

Lớp:17DDS0704146

Khóa 2017 - 2021

Ngành: Cơng nghệ Kỹ thuật cơ khí

Mã ngành: 75.102.01

1. Tên đồ án:
NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ CHẾ TẠO MÁY IN 3D CƠ CẤU CORE XY
2. Các số liệu ban đầu:
Không gian làm việc của máy
200x200x200 Công nghệ in FDM
Vật liệu in nhựa ABS
3. Nội dung bản thuyết minh:
Nghiên cứu tổng quan về công nghệ in 3D.
Thiết kế cơ cấu truyền động của máy đảm bảo độ chính xác,tối ưu hóa chuyển

động.
Tính tốn phần điện và cơ khí.
Chế tạo, lắp ráp máy in 3D sau đó kiểm tra lại các lý thuyết trước đó đã nghiên


cứu.
4. Số lượng, nội dung các bản vẽ:
- Bản vẽ A0: ……bản vẽ gồm bản vẽ lắp ráp và bản vẽ nguyên công.
- Bản vẽ A4: ……. bản vẽ gồm các bản vẽ chi tiết.
5. Cán bộ hướng dẫn: TS. Lê Công Danh; Bộ môn: Nhiệt điện; Khoa:
KTCS


Ngày giao:……/……/2021

Ngày hồn thành: …../…./2021

TP. Hồ Chí Minh, ngày …. tháng …. năm 2021
Cán bộ hướng dẫn

Chủ nhiệm bộ môn

ThS. Huỳnh Đức Thuận

TS. Lê Cơng Danh

Sinh viên thực hiện
Đã hồn thành và nộp khóa luận tốt nghiệp ngày ….. tháng ….. năm 2021

Ngô Quốc Anh


~i~


LỜI CÁM ƠN
Trong thời gian làm khóa luận tốt nghiệp, em đã nhận được nhiều sự giúp đỡ,
đóng góp ý kiến và chỉ bảo nhiệt tình từ phía các thầy và bạn bè. Em xin gửi lời
cảm ơn chân thành đến thầy Lê Công Danh, giảng viên Bộ môn Nhiệt Điện, khoa
KTCS đã tận tình hướng dẫn, chỉ bảo, giúp đỡ em trong suốt q trình thực hiện
khóa luận cũng như tạo điều kiện cho em được vận hành và thao tác các thiết bị
trong xưởng cơ khí nhà trường gia cơng các chi tiết của khóa luận. Em xin gửi lời
cảm ơn chân thành đến thầy Nguyễn Văn Nhân đã hướng dẫn tận tình về phần tính
tốn của máy và hướng dẫn về bản vẽ.
Đến nay, khóa luận tốt nghiệp đã hoàn thành đúng tiến độ và đảm bảo các
nội dung yêu cầu. Song, trong quá trình thực hiện khóa luận khơng thể tránh khỏi
những thiếu sót do kinh nghiệm còn hạn hẹp nên rất mong nhận được sự đóng góp
ý kiến của các thầy trong khoa để khóa luận ngày càng được hoàn thiện hơn.


~ii~
MỤC LỤC
DANH MỤC HÌNH ẢNH.......................................................................................v
DANH MỤC BẢNG.............................................................................................viii
LỜI MỞ ĐẦU.........................................................................................................ix
CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ MÁY IN 3D................................1
1.1 Đặt vấn đề............................................................................................................1
1.2 Ý nghĩa thực tiễn của đề tài.................................................................................2
1.3 Nhiệm vụ của đề tài và phạm vi nghiên cứu....................................................... 2
1.3.1 Đối tượng nghiên cứu................................................................................... 2
1.3.2 Phạm vi nghiên cứu...................................................................................... 2
1.3.3 Mục tiêu nghiên cứu..................................................................................... 2
1.4. Cơ sở phương pháp nghiên cứu..........................................................................3
Kết luận chương 1................................................................................................... 3
CHƯƠNG 2 : CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT CHẾ TẠO BỒI ĐẮP VÀ MỘT SỐ

MẪU MÁY IN 3D....................................................................................................4
2.1 Giới thiệu về công nghệ sản xuất bồi đắp........................................................... 4
2.2 Các bước của quá trình in tạo mẫu nhanh........................................................... 8
2.3 Giới thiệu một số công nghệ tạo mẫu nhanh.......................................................9
2.3.1 Công nghệ SLA.............................................................................................9
2.3.1 Công nghệ in 3DP.......................................................................................11
2.3.2 Công nghệ SLS........................................................................................... 13
2.3.3 Công nghệ FDM......................................................................................... 15
2.4 Giới thiệu một số mẫu máy in 3D.....................................................................16
2.4.1 Máy Prusa i3...............................................................................................16


~iii~

2.4.2Máy Delta Kossel ...................................
Kết luận chương 2 .................................................................................................
CHƯƠNG 3 : PHÂN TÍCH VÀ LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ MÁY
IN 3D CƠ CẤU CORE XY ..................................................................................
3.1

Các phương án thiết kế kết cấu máy ...................................................

3.1.1Phương án 1 ............................................

3.1.2Phương án 2 ............................................

3.1.3Phương án 3 ............................................
3.2

Lựa chọn phương án và thông số thiết kế máy. ..................................


3.2.1Lựa chọn phương án. ..............................

3.2.2Thông số thiết kế máy ............................
3.3

Trình tự thực hiện ................................................................................

Kết luận chương 3 .................................................................................................
CHƯƠNG 4 : TÍNH TỐN VÀ THIẾT KẾ CƠ KHÍ. .....................................
4.1

Thiết kế khung máy ............................................................................

4.2

Thiết kế cơ khí trục Z ..........................................................................
4.2.1Tính tốn truyền động vít me – đai ốc bi

4.2.2Tính tốn chọn động cơ trục Z ...............

4.2.3Trục dẫn hướng và bạc dẫn hướng..........

4.2.4Khớp nối ..................................................

4.2.5Thiết kế bàn nâng trục Z .........................
4.3

Thiết kế cơ khí cụm trục XY ...............................................................


4.3.1Thiết kế sơ bộ cụm trục XY ....................

4.3.2Kết cấu truyền động trục XY ..................


~iv~
4.3.3 Lựa chọn bộ truyền.....................................................................................49
4.3.4 Tính tốn lựa chọn động cơ cụm trục XY...................................................51
4.4 Thiết kế cơ khí bộ phận đùn nhựa..................................................................... 54
4.5 Thiết kế và gia công các chi tiết........................................................................55
Kết luận chương 4................................................................................................. 60
CHƯƠNG 5 : TÍNH TỐN VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỆN – ĐIỀU
KHIỂN....................................................................................................................61
5.1 Hệ thống điện và cơ cấu chấp hành của máy in 3D.......................................... 61
5.1.1 Nguồn điện..................................................................................................61
5.1.2 Mạch điều khiển..........................................................................................62
5.1.3 Động cơ bước và mạch điều khiển động cơ bước...................................... 64
5.1.4 Hệ thống đầu phun nung nhiệt....................................................................66
5.2 Phần mềm điều khiển của máy in 3D................................................................67
5.2.1 Tổng quan về tổ chức RepRap....................................................................67
5.2.2 Phần mềm Marlin........................................................................................69
5.2.3 Hướng dẫn cấu hình phần mềm..................................................................71
5.3 Phần mềm khai thác CAD/CAM của máy in 3D (CURA)................................85
Kết luận chương 5................................................................................................. 94
TÀI LIỆU THAM KHẢO.................................................................................... 95


~v~
DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 2.1. So sánh các chi tiết sản xuất bằng in 3D và phương pháp truyền thống

Hình 2.2. Sơ đồ quá trình tạo mẫu
Hình 2.3. Máy tạo mẫu nhanh SLA
Hình 2.4. Nguyên lý hoạt động của phương pháp SLA
Hình 2.5. Phương pháp 3DP (Three Dimensional Printing)
Hình 2.6. Máy tạo mẫu nhanh SLS
Hình 2.7. Nguyên lý hoạt động của phương pháp SLS
Hình 2.8. Sơ đồ nguyên lý tạo mẫu FDM Hình 2.9.
Máy in 3D Prusa i3
Hình 2.10. Máy in 3D Delta Kossel
Hình 3.1. Kết cấu robot delta
Hình 3.2. Truyền động Cartesian – XY
Hình 3.3. Truyền động Cartesian – XZ
Hình 4.1. Kích thước nhơm định hình
Hình 4.2. Nhơm định hình 3D
Hình 4.3. Máy cưa cầm tay
Hình 4.4. Ke 3 góc, bu lơng lục giác, ke góc vng, tán chữ T
Hình 4.5. Ke 3 góc, bu lơng lục giác, ke góc vng, tán chữ T 3D
Hình 4.6. Bản vẽ khung máy
Hình 4.7. Trục vít me 3d
Hình 4.8. Sơ đồ khối trục Z
Hình 4.9. Quy trình lựa chọn vít me
Hình 4.10. Lực tác dụng lên trục
Hình 4.11. Thơng số vít me – đai ốc bi
Hình 4.12. Thơng số gối đỡ
Hình 4.13. Gối đỡ vít me
Hình 4.14. Thơng số tính tốn động cơ


~vi~
Hình 4.15. Thơng số động cơ

Hình 4.16. Kết quả tính của động cơ
Hình 4.17. Bản vẽ động cơ bước
Hình 4.18. Động cơ bước
Hình 4.19. Thơng số trục dẫn hướng
Hình 4.20. Trục dẫn hướng
Hình 4.21. Thơng số bạc dẫn hướng
Hình 4.22. Bạc dẫn hướng
Hình 4.23. Các loại khớp nối
Hình 4.24. Thơng số kích thước khớp nối
Hình 4.25. Bàn nâng
Hình 4.26. Sơ đồ tính tốn trục XY
Hình 4.27. Thơng số vịng bi mặt bích
Hình 4.28. Vịng bi mặt bích
Hình 4.29. Sơ đồ truyền động trục XY
Hình 4.30. Thơng số của hai loại đai
Hình 4.31. Biên dạng đai răng
Hình 4.32. Đai GT2 và pully
Hình 4.33. Thơng số đai GT2
Hình 4.34. Thơng số tính tốn động cơ
Hình 4.35. Thơng số tính tốn động cơ
Hình 4.36. Cụm trục X
Hình 4.37. Cụm trục XY
Hình 4.38. Cụm tời nhựa
Hình 4.39. Cụm tời nhựa 3D
Hình 5.1. Bộ nguồn tổ ong
Hình 5.2. Board RAMPS
Hình 5.3. Sơ đồ khối mạch điều khiển máy In 3D core
XY Hình 5.4. Vị trí kết nối driver



~vii~
Hình 5.5. Kết cấu đầu phun nhựa
Hình 5.6. RepRap version 1.0 (Darwin)
Hình 5.7. RepRap version2.0(Menden)
Hình 5.8. Huxley RepRap
Hình 5.9. RepRap Morgan
Hình 5.10. Thơng số động cơ bước
Hình 5.11. Trục vít me
Hình 5.12. A4988
Hình 5.13. Thơng số GT2
Hình 5.14. Pully GT2
Hình 5.15. Đường kính pulley
Hình 5.16. Giao diện phần mềm Cura
Hình 5.17. Điều chỉnh thơng số máy
Hình 5.18. Thơng số đầu in
Hình 5.19. Điều chỉnh độ dày,đặc chi tiết
Hình 5.20. Thiết lập độ cao mỗi lớp in
Hình 5.21. Thiết lập độ dày của chi tiết
Hình 5.22. Thiết lập độ đặc của chi tiết
Hình 5.23. Thiết lập nhựa in Hình 5.24.
Thiết lập tốc độ in


~viii~
DANH MỤC BẢNG
Bảng 2.1. Một số mốc thời gian tiêu biểu của công nghệ in 3D
Bảng 2.2. Những hạn chế của công nghệ in 3D so với sản xuất truyền thống
Bảng 3.1. Ưu điểm và nhược điểm của các phương án
Bảng 3.2. Tra hệ số lực
Bảng 3.3. Tra cấp chính xác của các hãng

Bảng 3.4. Danh sách các chi tiết in 3D
Bảng 5.1. Một số linh kiện điện
Bảng 5.2.Thiết lập các chế độ điều khiển
Bảng 5.3. Một số mốc thời gian tiêu biểu của RepRap
Bảng 5.4. Thiết lập các chế độ điều khiển


~ix~

LỜI MỞ ĐẦU
Chúng ta đang sống trong sự phát triển của cuộc cách mạng công nghiệp lần
thứ 4 với sự phát triển mạnh mẽ của CNTT. Chính điều đó đã kéo theo sự phát triển
của nhiều ngành, nghề trong xã hội trên tồn thế giới nói chung và tại Việt Nam nói
riêng. Việc ứng dụng CNTT trong cuộc sống, cơng việc cũng như nhiều lĩnh vực khác
đã và đang áp dụng phổ biến rộng rãi hơn với nhiều xu thế công nghệ. Xu hướng công
nghệ dù đi tới đâu đều nhằm phục vụ và có thể thay đổi tồn diện cuộc sống con
người. Một trong số những xu hướng công nghệ đó chính là cơng nghệ in 3D đã và
đang dần thay đổi những xu thế chế tạo truyền thống. Công nghệ in 3D ngày nay rất
đa dạng, với mỗi sản phẩm 3D có thể được in ra với nhiều loại vật liệu khác nhau
(nhựa, kim loại), vật liệu dạng khối, lỏng,…Với mỗi loại vật liệu có nhiều phương
thức để in như sử dụng tia laser, dụng cụ cắt, đùn ép nhựa.
Trong những năm trở lại đây, công nghệ in FDM (Fused Deposition Molding)
được phát triển rất nhanh với những ưu điểm như vật liệu dễ kiếm, không gây độc hại,
kết cấu máy đơn giản, chi phí thấp, …. được xây dựng trên cơ sở những

ưu điểm của công nghệ in 3D, phát huy những ưu điểm và hạn chế một số nhược
điểm của máy in 3D. Đồ án tốt nghiệp: “Nghiên cứu, thiết kế và chế tạo mơ hình
máy in 3D cơ cấu core XY” sử dụng công nghệ FDM nhằm xây dựng hoàn thiện
cơ sở lý thuyết đồng thời nâng cao chất lượng mẫu in, tối ưu tốc độ in của máy.



1

CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ MÁY IN 3D
1.1 Đặt vấn đề
Trong những năm gần đây nền kinh tế của nước ta phát triển mạnh mẽ và
nhanh chóng . Để đạt được kết quả như vậy thì có sự đóng góp rất lớn của ngành
cơng nghệ kỹ thuật cơ khí và ngành kỹ thuật điện tử, bên cạnh đó Công nghệ tạo
mẫu nhanh ngày đang được ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp và chứng tỏ tầm
quan trọng của q trình tạo mẫu mơ phỏng để nghiên cứu trước khi chế tạo sản
phẩm. Cơng nghệ này việc tạo hình chi tiết sản phẩm trực tiếp từ những thiết kế
trên máy tính. Cơng Nghệ in 3D hay cơng nghệ tạo mẫu nhanh là cách thức để thực
hiện việc và nhanh chóng tạo ra những sản phẩm hữu hình, truyền đạt được ý
tưởng thiết kế của họ đến công nhân hoặc khách hàng. Rất thuận lợi trong việc tạo
thử những sản phẩm mới.
Hiện nay một trong những phương pháp tạo mẫu được sử dụng phổ biến nhất
là công nghệ FDM phù hợp với người mới nghiên cứu, giá thành rẻ, dễ dàng sửa
chữa bảo dưỡng, các linh kiện dễ tìm kiếm ở Việt Nam, đồng thời đây cũng là công
nghệ phổ biến nhất trên thế giới.
Bên cạnh những ưu điểm là độ bóng bề mặt thấp, tốc độ in chưa cao …. Từ
những ưu điểm và nhược điểm đó nhóm quyết định: “Nghiên cứu, thiết kế và chế
tạo mơ hình máy in 3D cơ cấu core XY” phát huy được những ưu điểm của công
nghệ này nâng cao tốc độ và chất lượng mẫu in.
Nội dung của khóa luận được chia làm 5 chương. Trong chương 1 trình bày
tổng quan về đối tượng nghiên cứu chính để từ đó làm rõ mục tiêu, nhiệm vụ,
phạm vi cũng như phương pháp nghiên cứu của đề tài. Chương 2 và 3 nội dung của
khóa luận là giới thiệu về cơng nghệ tạo mẫu nhanh và một số mẫu máy in và phân
tích đưa ra phương án và thơng số máy để từ đó thiết kế khung máy. Chương 4 và
chương 5 sẽ là trọng tâm nội dung nói về tính tốn thiết kế các cụm trục, một số bộ
phận cơ khí. Bên cạnh đó tính tốn và thiết kế hệ thống điện sao cho hợp lý. Cuối

cùng sẽ tổng hợp nội dung và đưa ra kết luận trong khóa luận này.


2

1.2 Ý nghĩa thực tiễn của đề tài
Nghiên cứu, tính toán và thiết kế ra một máy in 3D cơ cấu core XY là việc
làm rất cần thiết đối với đội ngũ cán bộ kĩ thuật chuyên ngành chế tạo máy vì đây
là cơ sở thực tiễn bổ sung các hạn chế về lĩnh vực điện –điện tử và điều khiển tự
động, nó khơng chỉ cho phép tốc độ in cao hơn nhiều mà cịn có chất lượng in rất
cao., nó rất hữu ích và ưu điểm vượt trội so với những loại máy in khác. Ngoài ra
máy khi được chế tạo thành công sẽ giúp chúng ta giảm được chi phí và thời gian
rất nhiều, giá thành rẻ hơn rất nhiều so với việc sử dụng các máy in 3D truyền
thống trên thị trường nhưng vẫn đáp ứng được nhu cầu sản xuất.
1.3 Nhiệm vụ của đề tài và phạm vi nghiên cứu
1.3.1 Đối tượng nghiên cứu
Đối tượng nghiên cứu: Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo máy in 3D công nghệ
FDM.
1.3.2 Phạm vi nghiên cứu
Nghiên cứu thiết kế chế tạo mơ hình máy in 3D cần phải đạt mục tiêu sau :
- Nghiên cứu tổng quan về công nghệ in 3D(SLA,FDM,SLS,3DP)
- Nghiên cứu,thiết kế cơ cấu truyền động của máy
- Nghiên cứu ,tính tốn phần điện và cơ khí
- Gia cơng cơ khí và chế tạo lắp ráp ra máy hoạt động trên thị trường và thử
nghiệm.
1.3.3 Mục tiêu nghiên cứu
Thiết kế máy in 3D cơ cấu core XY cần phải đạt được mục tiêu như sau:
- Tối ưu hóa đường di chuyển đầu phun để nâng cao chất lương in và tốc độ in so
với một số máy in 3D trên thị trường.
- Sử dụng công nghê FDM để chế tạo máy in 3D giúp chúng ta có thể sử dụng

những vật liệu thông dụng,không gây độc hại,độ chính xác cao,kết cấu máy đơn
giản và chi phí thấp.
- Thực hiện quy trình gia cơng các bộ phận cơ khí,đấu điện lắp ráp và hiệu
chỉnh.


3

1.4. Cơ sở phương pháp nghiên cứu
Dựa vào thực tiễn phân tích các máy loại máy in 3D hiện có trên thị trường
trong nước và nước ngoài ưu điểm và nhược đểm để làm nền tảng cho việc nghiên
cứu lập luận, đưa ra hướng giải quyết đề tài.
Nghiên cứu các nguyên lý hoạt động của các cơ cấu áp dụng vào việc phân
tích, tính tốn khi thiết kế và lựa chọn bộ truyền. Tham khảo các tài liệu có liên
quan đến việc tính tốn các cụm trục, thiết kế hệ thống điện và phần mềm điểu
khiển cho hệ thống.
Nghiên cứu phần mềm mô phỏng máy in .
Kết luận chương 1
Trong chương 1 đã cơ bản nghiên cứu tổng quan về máy in 3D cơ cấu core
XY. Tìm hiểu được các cơng nghệ tạo mẫu nhanh có trên thị trường và đưa ra được
nhiệm vụ, phạm vi và phương pháp nghiên cứu của đề tài.


4

CHƯƠNG 2 : CÔNG NGHỆ SẢN XUÂT CHẾ TẠO BỒI ĐẮP VÀ MỘT
SỐ MẪU MÁY IN 3D
2.1 Giới thiệu về công nghệ sản xuất bồi đắp
Trong lĩnh vực in 3D hiện nay thì vật liệu chủ đạo là nhựa dưới hai thể rắn và
lỏng đối với các cơ sở sản xuất, trung tâm nghiên cứu quy mơ nhỏ (phịng lab trong

các trường đại học). Ngoài ra bột kim loại và hợp kim kim loại như nhôm, thép không
gỉ, titan, crôm coban và inconel cũng được nghiên cứu và ứng dụng trong các trung
tâm nghiên cứu lớn. Chính sự thay đổi về vật liệu này này quyết định về công nghệ
của in 3D là sản xuất chế tạo bồi đắp AM (Additive Manufacturing) khác với việc
sản xuất truyền thống là cắt, gọt, ép sản phẩm (Hình 2.1).

Về bản chất, cơng nghệ in 3D chính là sự kế thừa của cơng nghệ CNC,
Robot cơng nghiệp và cơ khí chính xác với sự thay đổi về vật liệu gia công. Dr
Kodama là cha đẻ của ý tưởng 3D – phát minh ra công nghệ tạo mẫu nhanh (Rapid
Prototyping) từ những năm 1980. Lĩnh vực ứng dụng của in 3D rất rộng như: chế
tạo máy, khn mẫu, y tế - chấn thương chỉnh hình, thực phẩm và dược phẩm, hóa
học và hóa dầu, động cơ hàng không vũ trụ, phụ tùng ô tô, thiết bị y tế, trao đổi
nhiệt, thiết bị trộn khơng khí / dầu / nhiên liệu, cá nhân hoá dụng cụ thể thao, các
bộ phận trong phương tiện vận chuyển cần giảm trọng lượng, tuỳ chỉnh linh kiện
gắn trong dây chuyển sản xuất…. Bảng 2.1 liệt kê một số mốc quan trọng trong
lịch sử phát triển của công nghệ này.
* Ưu điểm của công nghệ sản xuất chế tạo bồi đắp so với gia cơng truyền
thống:
+ Sản xuất sản phẩm có hình dạng nhỏ và cực kỳ phức tạp mà khơng cần gia công
khuôn.
+ Các chi tiết chất lượng cao phục vụ cho R & D và sản xuất với dung sai đáp
ứng.
+ Các chi tiết linh kiện khuôn mẫu với bề mặt hồn thiện và độ chính xác đặc
biệt.
+ Cho phép chỉnh sửa tối đa, thử nghiệm thiết kế. Tối ưu hoá trong thiết kế sáng


tạo.



5

+ Cấu trúc liên kết tối ưu hóa các bộ phận và tùy biến đại chúng.
+ Có khả năng gia cơng chi tiết có cấu trúc tổ ong và vách mỏng mà vẫn đảm bảo
cơ lý tính.
+ Nhằm mục đích giảm khối lượng.
Tuy nhiên cơng nghệ in 3D vẫn có những hạn chế so với các phương pháp sản xuất
truyền thống (Bảng 2.2).
Bảng 2.1. Một số mốc thời gian tiêu biểu của công nghệ in 3D
Năm

Dr K
1980

tạo m

Bằn
1986

đượ

lập r
1988

Chiế

Bản
1992
1999


Bắt

FDM
2009

ứng


6

Bảng 2.2. Những hạn chế của công nghệ in 3D so với sản xuất truyền thống

H

Độ

Chi ph

với các c
số

Độ

Cần x


7

Hình 2.1. So sánh các chi tiết sản xuất bằng in 3D
và phương pháp truyền thống

Theo tiêu chuẩn ISO/ASTM 52900 về cơng nghệ gia cơng bồi đắp thì in 3D
printing được phân loại thành 6 loại: Binder Jetting, Direct Energy Deposition,
Material Extrusion, Material Jetting, Powder Bed Fusion, Sheet Lamination.


8

2.2 Các bước của quá trình in tạo mẫu nhanh

Hình 2.2. Sơ đồ q trình tạo mẫu
Bước 1: Tạo mơ hình 3D dạng mặt hoặc khối
Bước 2: Xuất dạng file“.STL”
Bước 3: Tạo các chân đỡ sản phẩm
Bước 4: Cắt lát
Bước 5: Chế tạo
Bước 6: Loại bỏ vật liệu thừa,hoàn thiện và làm sạch vật thể chế tạo
Bước 7: Xử lý sau chế tạo
Bước 8: Hoàn thiện chi tiết


9

2.3 Giới thiệu một số công nghệ tạo mẫu nhanh
2.3.1 Công nghệ SLA
Phương pháp tạo mẫu nhanh SLA (Stereo Lithography Aparatus) được
phát minh bởi Charles Hull vào năm 1984 và được phát triển bởi công ty 3D
Systems – Mỹ (thành lập năm 1996 Charles W. Hull và Raymond - S – Freed).

Hình 2.3. Máy tạo mẫu nhanh SLA
Quá trình tạo mẫu bằng phương pháp SLA được trải qua 5 giai đoạn:

- Tạo mơ hình CAD 3D
- Tạo file dữ liệu .STL
- Kiểm tra
- Tạo mẫu
- Hậu xử lý


10

Hình 2.4. Nguyên lý hoạt động của phương pháp SLA
*Nguyên lý làm việc
Đầu tiên người ta đặt thiết bị nâng cách bề mặt chất lỏng một khoảng bằng
với độ dày của lớp vật liệu đầu tiên (tức là lớp nằm dưới cùng). Sau đó, chùm tia
laser được điều khiển bằng máy tính thơng qua hệ thống qt bằng quang học sẽ
quét lên bề mặt theo những tiết diện của từng mặt cắt. Vật liệu lỏng khi bị tác động
của chùm tia laser sẽ bị đông đặc lại hoặc là được xử lý. Sau đó, Cơ cấu nâng được
dịch chuyển xuống phía dưới một đoạn đúng bằng chiều dày của một lớp và quá
trình được lặp lại. Các lớp liên kết lại với nhau thành khối. Cuối cùng vật thể được
lấy ra từ thùng đựng chất lỏng và chất lỏng còn lại thơng thường được xử lý trong
lị nung đặc biệt. Bởi vì chi tiết được tạo thành trong mơi trường chất lỏng và bên
trong vật thể còn chứa chất lỏng polyme, do đó cần thiết phải thêm các kết cấu trợ
giúp để tăng độ cứng chi tiết và để tránh cho phần chi tiết đã được tạo thành chìm
trong chất lỏng không bị nổi lên hoặc không bị trôi nổi tự do ở trong thùng.
Sau khi lấy chi tiết ra khỏi hệ thống SLA, chi tiết phải trải qua một loạt các
quá trình hậu xử lý để làm sạch, gỡ bỏ cơ cấu trợ giúp...


11

* Một số ưu, nhược điểm của phương pháp SLA

- Ưu điểm:
+ Hệ thống cứng vững và hoàn toàn tự động.
+ Độ bóng bề mặt cao.
+ Độ phân giải cao phù hợp với các chi tiết phức tạp.
+ Với sự hổ trợ của phần mềm chuyên dụng QuickCast cho phép tạo mẫu cho q
trình đúc khn kim loại nhanh chóng và chính xác.
- Nhược điểm:
+ Sản phẩm bị cong vênh.
+ Giá thành hơi cao.
+ Vật liệu sử dụng bị hạn chế.
+ Phải qua giai đoạn hậu xử lý.
+ Chi phí vận hành và bảo trì cao.
2.3.1 Cơng nghệ in 3DP
Cơng nghệ in 3 chiều (3D Printing Technology) là sản phẩm của hãng
Zcoporation của Mỹ đây là hãng chuyên cung cấp, sản xuất và cung cấp các thiết
bị tạo mẫu nhanh với cơng nghệ in 3 chiều có tốc độ nhanh nhất hiện nay.Cơng
nghệ này có thể chế tạo ra các sản phẩm mẫu nhanh, dễ dàng với chi phí thấp từ dữ
liệu dạng CAD và các dạng kỹ thuật số khác.


12

Hình 2.5. Phương pháp 3DP (Three Dimensional Printing)
*Nguyên lý làm việc
Phương pháp 3D Printing hoạt động theo nguyên tắc in “phun mực”. Một
loại mực keo đặc biệt được phun lên lớp bột nhựa đã được trải phẳng và hoá cứng.
Như thế là chúng đã tạo ra một lớp và từng lớp dần dần tạo ra vật thể.
Công nghệ này được thực hiện qua 5 bước :
- Đầu tiên thiết bị trải ra một lớp bột mỏng.
- Sau đó đầu phun ra các chất dính kết để tạo ra mặt tiết diện ngang của chi tiết

hoặc sản phẩm.
- Lúc này piston giữa hạ xuống một bậc tạo không gian cho lớp (mặt tiết diện
mới)
hình thành.
- Quá trình được lặp lại cho đến khi tồn bộ chi tiết hoặc sản phẩm hình thành.
- Sau khi hoàn thành chi tiết hoặc sản phẩm sẽ được bao bọc một lớp bột thừa, lúc này
chỉ việc rung hoặc lắc và nới lỏng bột để lấy chi tiết hoặc sản phẩm ra. Bột thừa

có thể tái sử dụng.
* Một số ưu, nhược điểm của công nghệ in 3DP
- Ưu điểm:
+ Tốc độ hình thành sản phẩm rất nhanh, có thể gấp 5-10 lần so với cơng nghệ
khác.

+ Chi phi đầu tư sở hữu thấp nhất trong lĩnh vực cơng nhgệ tạo mẫu nhanh.
+ Chi phí ngun vật liệu và chi phí sản xuất thấp.
+ Cơng nghệ in 3D cho phép chế tạo các sản phẩm đa dạng từ các vật liệu khác
nhau, màu sắc khác nhau, khối lượng và kích thước với các tỷ lệ khác nhau so với
chi tiết hoặc sản phẩm thật.
- Nhược điểm:
+ Không phải lúc nào cũng phù hợp với các bộ phận cấu trúc, do sử dụng vật liệu
chất kết dính.