3/29/2013 o Vn Hip, Hc vin KTQS 1
Phơng pháp tạo mẫu nhanh
(Rapid Prototyping)
GS. TS. Đào Văn Hiệp
Khoa Hàng không vũ trụ, Học viện KTQS
Nội dung
1. Tổng quan về tạo mẫu nhanh: khái niệm, lý do ứng
dụng, lĩnh vực ứng dụng
2. Mô tả các phơng pháp (công nghệ)
2.1. Quy trình công nghệ chung
2.2. Một số phơng pháp điển hình
Stereolithography (STL)
Selective Laser Sintering (SLS)
Fused Deposition Modeling (FDM)
Three-Dimensional Printing (3-DP)
Laminated Object Manufacturing (LOM)
Objet Modeling (OJM)
3/29/2013 o Vn Hip, Hc vin KTQS 2
2.1. Quá trình công nghệ - chung
Quá trình cơ bản
Gồm 5 bớc. 3 bớc đầu chung cho mọi phơng pháp.
1. Tạo mô hình CAD-3D (trực tiếp từ CAD hoặc RE);
2. Chuyển dữ liệu CAD thành dạng STL (Standard Triangulation Language);
3. Cắt mô hình STL thành từng lớp chiều dày xác định, tạo các lớp (mặt) cắt;
4. Tạo hình (điền vật liệu) theo từng lớp tơng ứng (về hình dạng, chiều dày) với
các lớp trong mô hình;
5. Hậu xử lý: bỏ xơng đỡ (nếu có), làm sạch, làm chắc (nếu cần).
Các phơng pháp
Hiện có rất nhiều phơng pháp và sẽ còn thêm nữa. Các phơng pháp khác
nhau chủ yếu là ở các bớc 4, 5.
1. Stereolithography (STL, SLA) in nổi

2. Selective Laser Sintering (SLS) thiêu kết laser
3. Fused Deposition Modeling (FDM) - phun vật liệu lỏng
4. Three-Dimensional Printing (3-DP) in 3D
5. Laminated Object Manufacturing (LOM) tạo hình tù tấm
6. Objet Modeling (OJM)
Vật liệu: chuyên dùng, thờng bán theo máy; có thể ở dạng lỏng, bột, rắn.
3/29/2013 Đào Văn Hiệp, Học viện KTQS 3
2.1. Qu¸ Tr×nh c«ng nghÖ - chung: tõ CAD
1. M« h×nh solid 3D trong CAD; 5. T¹o mÉu trong m¸y (tõng líp)
2. M« h×nh d¹ng STL; 6. Lo¹i bá khèi ®ì, lµm s¹ch;
3. M« h×nh c¾t líp; 7. S¶n phÈm hoµn thµnh
4. M« h×nh cã khèi ®ì
3/29/2013 Đào Văn Hiệp, Học viện KTQS 4
2.1. Qu¸ Tr×nh c«ng nghÖ - chunG: tõ mÉu víi RE
3/29/2013 Đào Văn Hiệp, Học viện KTQS 5
Real world
CAD model
rapid Prototype
3/29/2013 o Vn Hip, Hc vin KTQS 6
2.1: Quá trình công nghệ - chung: nguyên tắc biểu diễn STL
Mỗi bề mặt (Surface) đợc chia nhỏ thành tam giác (Facet);
Mỗi facet đợc mô tả bởi tọa độ 3 góc và vector pháp tuyến;
3/29/2013 Đào Văn Hiệp, Học viện KTQS 7
2.1: Qu¸ tr×nh c«ng nghÖ - chung: c¾t líp m« h×nh STL
 M« h×nh ®îc c¾t thµnh c¸c líp;
 Toµn bé vËt thÓ ®îc coi lµ mét tËp c¸c líp xÕp chång lªn nhau.
3/29/2013 Đào Văn Hiệp, Học viện KTQS 8
2.1. HiÖn tîng bËc thang vµ ¶nh hëng cña chiÒu dµy líp
3/29/2013 Đào Văn Hiệp, Học viện KTQS 9
2.1. Qóa tr×nh c«ng nghÖ - chung: T¸c dông cña khèi ®ì (Support)

(a) Chi tiÕt cã phÇn nh« ra cÇn ph¶i cã khèi ®ì
(b): Nguyªn t¾c kÕt cÊu cña khèi ®ì
(P.F. Jacobs, Rapid Prototyping & Manufacturing:
Fundamentals of Stereolithography. Society of
Manufacturing Engineers, 1992)
3/29/2013 o Vn Hip, Hc vin KTQS 10
2.2. Phân loại các phơng pháp tạo mẫu nhanh
Các phơng pháp
Vật liệu bột Vật liệu lỏng Vật liệu rắn
1 thành
phần
2 thành
phần
SLS 3Dp MJM, IJP STL, OJM LOM FDM
đặc tự
nhiên
dùng
laser
dạng
tấm
dạng
dây
3/29/2013 o Vn Hip, Hc vin KTQS 11
2.2. Các phơng pháp tạo mẫu nhanh
Các phơng pháp điển hình
1. Stereolithography (STL)
2. Selective Laser Sintering (SLS)
3. Fused Deposition Modeling (FDM)
4. Three-Dimensional Printing (3-DP)
5. Laminated Object Manufacturing (LOM)

6. Objet Modeling (OJM)
Nội dung cần nắm với mỗi phơng pháp
1. Nguyên lý và Thiết bị
2. Vật liệu
3. Quá trình
4. Hậu xử lý
5. Khả năng công nghệ: năng suất (tốc độ, độ chính xác, chất lợng bề
mặt, tính chất của sản phẩm, định hớng ứng dụng, )
6. Thông tin khác: hãng cung cấp,
3/29/2013 Đào Văn Hiệp, Học viện KTQS 12
1. Sterolithography – STL (in næi)
3/29/2013 Đào Văn Hiệp, Học viện KTQS 13
1. Sterolithography – STL (in næi)
3/29/2013 o Vn Hip, Hc vin KTQS 14
1. Sterolithography STL (in nổi)
Thiết bị (StereoLithograpgy Aparatus)
Bể chứa chất lỏng (cao su, polymer cảm quang - Photosensitive UV-curable
resin/polymer); một tấm đỡ đợc ngâm trong bể, cách mặt chất lỏng 1 lớp mỏng,
tạo thành màng chất lỏng trên bề mặt tấm đỡ;
Nguồn laser (He-Cd hoặc Ar) chiếu chùm tia cực tím (bớc sóng 320-370 nm), làm
đông cứng vị trí chiếu vào;
Quá trình (Processing)
Chùm tia laser hội tụ lần lợt quét vào từng điểm trên bề mặt lớp chất lỏng, hóa
cứng (lu hóa, polymer hóa) chất lỏng tại điểm chiếu vào. Kết quả là tạo ra một lớp
vật liệu cứng có chiều dày tơng ứng với màng chất lỏng ban đầu;
Thanh gạt cán lên mặt vừa tạo ra, gạt bỏ chất lỏng còn lại, tạo ra bề mặt đều,
sạch, cho màng chất lỏng tiếp theo dễ bám;
Cơ cấu điều khiển chính xác, dịch tấm đỡ xuống một khoảng bằng chiều dày lớp
cần tạo (0,003-0,125mm);
Quá trình tiếp tục, tạo ra một lớp mới dính trên lớp trớc, cho đến khi hoàn thành

toàn bộ.
Xơng đỡ (Support) đỡ những phần hổng, chìa, đợc tạo cùng với vật liệu chính
Hậu xử lý (Postprocessing)
Phá bỏ xơng đỡ, làm sạch, đa vào buồng chiếu tia cực tím để hóa cứng hết,
3/29/2013 o Vn Hip, Hc vin KTQS 15
1. Sterolithography STL (in nổi)
Khả năng công nghệ
Chậm, vì laser chiếu điểm nên mất nhiều thời gian quét; sau mỗi lớp phải
chờ vật liệu ổn định mới tạo đợc lớp sau.
Độ chính xác kích thớc cao so với các phơng pháp RP khác (nhờ nguồn laser
chính xác cao, dùng vật liệu lỏng nên có thể tạo lớp rất mỏng).
Sản phẩm tạo ra có tính chất nh chất dẻo (có thể trong suốt, chịu nớc, mềm
dẻo, tơng tự ABS, PS, PP, PE, cao su, ); một số loại giòn, chịu nhiệt kém.
Nói chung không dùng ngay đợc mà thờng làm mẫu;
Vật liệu đa dạng, dễ kiếm. Một số loại vật liệu cha đông cứng có thể độc;
Cần xơng đỡ;
Lựa chọn
Điển hình, sớm nhất, thơng mại hóa cao nhất (3D Systems, 1987);
Chọn khi yêu cầu sản phẩm có độ chính xác cao, nhng không đòi hỏi cơ tính
tốt và năng suất cao.
3/29/2013 Đào Văn Hiệp, Học viện KTQS 16
1. Sterolithography: thiÕt bÞ vµ s¶n phÈm
3/29/2013 Đào Văn Hiệp, Học viện KTQS 17
1. M« h×nh ®éng c¬ ®èt trong (STL)
3/29/2013 Đào Văn Hiệp, Học viện KTQS 18
1. Sterolithography: thiÕt bÞ vµ s¶n phÈm
3/29/2013 Đào Văn Hiệp, Học viện KTQS 19
1. Sterolithography - STL
specifications for the AAROFLEX Solid Imager
(AAROFLEX, Inc. Phone 703.573.0500. E-mail )

Input
Three dimensional solid image data in the form of a binary or ASCII .stl, .slc or .cli file;
optional 2-D or 3-D support file.
Operational Parameters
Laser Efficiency: 60 percent or greater (to platform)
Layer Overhead: 30 to 75 seconds, typical (coat, settle and cure time)
Scan Speed: 1250 inches per second (dependent upon power)
Beam Spot Size: 005 - .008 inches (depending on configuration)
Output Parts
Maximum Size: 22 x 22 x 22 inches
Layer Thickness: 002 to .020 inches (.005 typical)
Accuracy: X,Y average over 10 inches up to .0005" per inch
Z = +/- 1/2 of build layer thickness + print through
(Typically .0025" for part with .005" layer thickness)
Resolution: Up to 3,000 DPI
Physical
Height: 7 feet 4 inches (2.24m)
Width: 8 feet 10 inches (2.69m)
Depth: 4 feet 4 inches (1.32m)
Weight: Approximately 600 lbs (260Kg)(without imaging materials)
Environmental
Operating Temperature: 68-80º F. (20-27º C.)
Humidity: 60-80 percent relative, non-condensing
Lighting: Ultraviolet-free ambient
3/29/2013 Đào Văn Hiệp, Học viện KTQS 20
2. Selective laser sintering – SLS (thiªu kÕt b»ng laser)
3/29/2013 Đào Văn Hiệp, Học viện KTQS 21
2. Selective laser sintering - SLS
3/29/2013 Đào Văn Hiệp, Học viện KTQS 22
2. Selective laser sintering - SLS

3/29/2013 o Vn Hip, Hc vin KTQS 23
2. Selective laser sintering - SLS
Thiết bị
Buồng tạo hình có một tấm đỡ gắn trên 1 piston, đợc điều khiển lên-xuống (Z)
chính xác nhờ hệ điều khiển servo; khoang cấp liệu và khoang chứa vật liệu thừa;
Nguồn laser CO
2
và hệ thống thấu kính tạo chùm tia laser và hệ thống quét 2D
(X, Y), nung chảy vật liệu;
Quá trình (Processing)
Vật liệu bột (cỡ hạt 50m) đợc trải thành lớp lên mặt tấm đỡ; trong buồng có
nhiệt độ gần sát với nhiệt độ nóng chảy;
Tia laser đợc quét khắp bề mặt, làm nóng chảy lớp vật liệu, khi nguội thành lớp
đặc;
Một tấm gạt loại bỏ vật liệu thừa, cha đông kết để tạo thành lớp đồng đều;
Tấm đỡ đi xuống một khoảng bằng chiều dày lớp (0,1-0,15mm);
Bộ phận cung cấp trải lớp vật liệu tiếp theo;
Quá trình tiếp tục đến khi hoàn thành tất cả các lớp.
Không cần xơng đỡ (vì có bột bao xung quanh), bột thừa dùng lại đợc;
Hậu xử lý (Postprocessing)
Để nguội, lấy vật khỏi khối bột, chải cọ, thổi sạch bột dính, có thể đánh bóng hoặc
sơn.
3/29/2013 o Vn Hip, Hc vin KTQS 24
2. Selective laser sintering - SLS
Khả năng công nghệ
Chậm, vì laser chiếu điểm nên mất nhiều thời gian quét; sau mỗi lớp phải
chờ vật liệu đông cứng mới tạo đợc lớp sau.
Vật liệu đa dạng: polycarbonate, nylon, polystyren, thủy tinh bọc nylon, kim
loại bọc chất dẻo, kim loại, Về lý thuyết, bất cứ loại bột nào có thể nung
chảy và liên kết các hạt với nhau đều dùng đợc;

Cơ tính vật liệu tốt, có thể tạo chi tiết dùng ngay (chất dẻo, bột kim loại, )
hoặc làm khuôn. Tuy nhiên có thể có cấu trúc xốp, dạng hạt;
Bề mặt dạng hạt; độ chính xác không cao (do hạt, nóng chảy, biến dạng, ).
Có thể cải thiện bằng cách tẩm, thẩm thấu trong kim loại nóng chảy hoặc
đánh bóng, sơn;
Không cần xơng đỡ vì chi tiết đợc bột bao quanh.
Lựa chọn
Phù hợp với sản phẩm kim loại, cần cơ tính cao;
Vì không yêu cầu khối đỡ nên có thể tạo chi tiết có khoang rỗng, kín;
Có u thế khi làm khuôn, tạo chi tiết dùng ngay;
Năng suất không cao, cần xử lý gia cố vật liệu hoặc làm bóng bề mặt.
3/29/2013 Đào Văn Hiệp, Học viện KTQS 25
2. Selective laser sintering - SLS