BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG
KHOA CƠ KHÍ

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
THIẾT KẾ MẪU NẸP TAY IN 3D

Giảng viên hướng dẫn:

TS. Nguyễn Văn Tường

Sinh viên thực hiện:

Nguyễn Văn Trọng

Mã số sinh viên:

57137264

Khánh Hòa 17 – 06 – 2019


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG
KHOA CƠ KHÍ

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
THIẾT KẾ MẪU NẸP TAY IN 3D

GVHD:

TS. Nguyễn Văn Tường

SVTH:

Nguyễn Văn Trọng

MSSV:

57137264

Khánh Hòa 17 – 06 – 2019


TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG
Khoa/viện: Cơ Khí
PHIẾU THEO DÕI TIẾN ĐỘ VÀ ĐÁNH GIÁ
ĐỒ ÁN/KHÓA LUẬN/CHUYÊN ĐỀ TỐT NGHIỆP
(Dùng cho CBHD và nộp cùng báo cáo ĐA/KL/CĐTN của sinh viên)
Tên đề tài: Thiết kế mẫu nẹp tay in 3D
Giảng viên hướng dẫn: TS. Nguyễn Văn Tường
Sinh viên được hướng dẫn: Nguyễn Văn Trọng MSSV: 57137264
Khóa: 57 Ngành: Chế tạo máy
Lần KT
1
2
3
4
5

6
7

Nội dung

Ngày

Nhận xét của GVHD

Kiểm tra giữa tiến độ của Trưởng Bộ môn
Ngày kiểm tra:
Đánh giá công việc hoàn thành:……%:
Ký tên
……………...………
Được tiếp tục:
Không tiếp tục:
……………………….
Lần KT
Ngày
Nội dung
Nhận xét của GVHD
8
9
10
11
…
Nhận xét chung (sau khi sinh viên hoàn thành ĐA/KL/CĐTN):
………………..…………………………………………………………………….………
…………………………………………………………………..………….………………
…………………………………………..………………………………………….………

Điểm hình thức: ……/10

Điểm nội dung: ......../10

với ĐA/KLTN:
Kết luận sinh viên: Được bảo vệ:

Điểm tổng kết: ….…/10

+ Đối

Không được bảo vệ:
Khánh Hòa, ngày…….tháng…….năm………
Cán bộ hướng dẫn
(Ký và ghi rõ họ tên)


TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG
Khoa/viện: Cơ khí
PHIẾU CHẤM ĐIỂM ĐỒ ÁN/KHÓA LUẬN/CHUYÊN ĐỀ TỐT NGHIỆP
(Dành cho cán bộ chấm phản biện)
1. Họ tên người chấm: …………………………………………………….
2. Sinh viên/ nhóm sinh viên thực hiện ĐA/KL/CĐTN (sĩ số trong nhóm:……….)
(1) Nguyễn Văn Trọng MSSV: 57137264
Lớp: 57CTM Ngành: Chế tạo máy
3. Tên đề tài: T h i ế t k ế m ẫ u n ẹ p t a y i n 3 D
4. Nhận xét
- Hình thức: ...........................................................................................................................
...............................................................................................................................................
...............................................................................................................................................

- Nội dung: ............................................................................................................................
…………………………………..………………………………………………….………
…………………………………………………………………………………….………..
……………………………………………………………………………………………...
…………………………………………………………………………………….……….
……………………………………………………………………………………………..
…………………………………………………………………………………….……
…. Điểm hình thức: ……/10 Điểm nội dung: ......./10

Điểm tổng kết:

………/10
+ Đối với ĐA/KLTN:
Kết luận cho sinh viên: Được bảo vệ:

Không được bảo vệ:
Khánh Hòa, ngày…….tháng…….năm………
Cán bộ chấm phản biện
(Ký và ghi rõ họ tên)

i


LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan những nội dung trong đồ án tốt nghiệp này là do tôi thực hiện
dưới sự hướng dẫn trực tiếp của TS. Nguyễn Văn Tường và sự giúp đỡ của các bạn
trong lớp cũng như các anh khóa trước. Những thông tin phục vụ cho việc thiết kế, chế
tạo nẹp tay bằng công nghệ in 3D được tham khảo từ các nguồn tài liệu khác nhau có
ghi rõ trong mục tài liệu tham khảo. Nếu có gì gian dối, tôi xin hoàn toàn chịu trách
nhiệm trước hội đồng bảo vệ tốt nghiệp Khoa Cơ khí – Trường Đại học Nha Trang.

Sinh viên thực hiện:
Nguyễn Văn Trọng

ii


LỜI CẢM ƠN
Để hoàn thành đồ án tốt nghiệp này, em xin chân thành cảm ơn TS. Nguyễn Văn
Tường – Trưởng khoa Cơ khí, người đã nhiệt tình hướng dẫn, giúp đỡ, đóng góp ý
kiến, truyền đạt kinh nghiệm trong suốt thời gian làm đồ án. Em cũng gửi lời cảm ơn
đến toàn thể các Thầy trong bộ môn Chế tạo máy cũng như trong Khoa Cơ khí –
Trường Đại học Nha Trang đã tận tình giúp đỡ, chỉ bảo, tạo mọi điều kiện thuận lợi để
em hoàn thành đồ án này.
Sinh viên thực hiện:
Nguyễn Văn Trọng

iii


MỤC LỤC
Trang
LỜI CAM ĐOAN ...........................................................................................................ii
LỜI CẢM ƠN ............................................................................................................... iii
MỤC LỤC ......................................................................................................................iv
DANH MỤC HÌNH ......................................................................................................vii
DANH MỤC BẢNG ......................................................................................................xi
DANH MỤC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT ..........................................................xii
LỜI NÓI ĐẦU ................................................................................................................ 1
Chương 1. TỔNG QUAN .............................................................................................. 3
1.1 GIỚI THIỆU VỀ KỸ THUẬT NGƯỢC ............................................................ 3

1.1.1 Khái niệm ....................................................................................................... 3
1.1.2 Ưu, nhược điểm của kỹ thuật ngược ........................................................... 4
1.1.3 Quy trình kỹ thuật ngược ............................................................................. 5
1.1.4 Quy trình mô hình hóa mẫu sản phẩm theo kỹ thuật ngược ..................... 6
1.1.5 Các ứng dụng của kỹ thuật ngược ............................................................... 7
1.2 ÁP DỤNG KỸ THUẬT NGƯỢC TRONG CHẾ TẠO NẸP TAY .................. 9
1.2.1 Yếu tố thúc đẩy cần phải tạo ra nẹp tay kiểu mới thay cho bó bột .......... 9
1.2.2 Một số nghiên cứu trên thế giới về xây dựng mô hình CAD cánh tay con
người ....................................................................................................................... 10
1.2.3 Nghiên cứu của Trường Đại học Nha Trang về xây dựng mô hình CAD
cánh tay con người ............................................................................................... 13

iv


Chương 2. THIẾT KẾ NẸP TAY TỪ DỮ LIỆU MÔ HÌNH CAD CÁNH TAY
CON NGƯỜI ................................................................................................................ 15
2.1 LỰA CHỌN PHẦN MỀM THIẾT KẾ MẪU NẸP TAY ............................... 15
2.2 XÂY DỰNG MÔ HÌNH NẸP CÁNH TAY CON NGƯỜI ............................. 21
2.2.1 Đưa mô hình CAD cánh tay vào môi trường làm việc, thiết lập đơn vị và
tỷ lệ .......................................................................................................................... 21
2.2.2 Xây dựng mặt theo biên dạng mô hình CAD cánh tay ............................. 25
2.2.3 Tối ưu hóa bề mặt nẹp tay ........................................................................... 36
2.2.4 Tạo Snap fit ................................................................................................... 47
Chương 3. CHẾ TẠO MẪU NẸP TAY BẰNG CÔNG NGHỆ IN 3D.................... 55
3.1 GIỚI THIỆU MÁY IN 3D ANYCUBIC CHIRON ......................................... 55
3.1.1 Thông số kỹ thuật ........................................................................................ 55
3.1.2 Tính năng nổi bật của máy in 3D Anycubic Chiron ............................. 56
3.2 THÔNG SỐ VÀ ĐẶC TÍNH NHỰA PLA SỬ DỤNG IN MẪU NẸP ........... 57
3.2.1 Thông số, đặc tính nhựa PLA ..................................................................... 57

3.3 GIỚI THIỆU PHẦN MỀM CURA VÀ THAO TÁC VỚI MÁY IN 3D ....... 58
3.3.1 Giới thiệu phần mềm Cura ......................................................................... 58
3.3.2 Thao tác cụ thể trên phần mềm Cura ........................................................ 59
3.4 MẪU NẸP TAY IN 3D TRÊN MÁY ANYCUBIT CHIRON ........................ 65
Chương 4. KẾT LUẬN, KIẾN NGHỊ ........................................................................ 70
4.1 KẾT LUẬN .......................................................................................................... 70
4.2 KIẾN NGHỊ......................................................................................................... 71

v


TÀI LIỆU THAM KHẢO ........................................................................................... 72

vi


DANH MỤC HÌNH
Hình 1. 1. Minh họa quy trình chung của kỹ thuật ngược ............................................... 4
Hình 1. 2 Quy trình kỹ thuật ngược ................................................................................. 5
Hình 1. 3. Ứng dụng kỹ thuật ngược thiết kế lại sản phẩm ............................................. 8
Hình 1. 4. Ví dụ kỹ thuật ngược trong lĩnh vực khảo cổ ................................................. 8
Hình 1. 5. Ứng dụng kỹ thuật ngược tạo mảnh sọ não .................................................... 9
Hình 1. 6. Nẹp cánh tay in 3D ........................................................................................ 10
Hình 1. 7. Nẹp cánh tay Cortex ...................................................................................... 10
Hình 1. 8 Quy trình tạo nẹp tay ...................................................................................... 11
Hình 1. 9. Nẹp tay Osteoid ............................................................................................. 11
Hình 1. 10. Nẹp tay 3 – matic ........................................................................................ 12
Hình 1. 11. Mô hình 3D cánh tay trong phần mềm Agisoft PhotoScan ........................ 14
Hình 1. 12 Mô hình nẹp tay in 3D do sinh viên Trường Đại học Nha Trang chế tạo ... 14


Hình 2.1. Các mô đun chính Grasshopper ..................................................................... 18
Hình 2.2. Thuật toán tạo đường cong trong Grasshopper .............................................. 19
Hình 2.3. Đường cong được tạo bởi Grasshopper thể hiện trên giao diện Rhinoceos .. 19
Hình 2.4. Hộp thoại tùy chỉnh Parameter....................................................................... 20
Hình 2.5. Giao diện Grasshopper ................................................................................... 21
Hình 2.6 Các lựa chọn thiết lập đơn vị .......................................................................... 21
Hình 2.7. Hộp thoại thiết lập vị trí ................................................................................. 22
Hình 2.8. Move mô hình CAD về gốc tọa độ ................................................................ 22
Hình 2.9. Mô hình khi đã đưa vị trí gốc tọa độ .............................................................. 23
Hình 2.10. Hướng mô hình sau khi xoay ....................................................................... 23
Hình 2.11. Bật chế độ truy bắt điểm và đo khoảng cách giữa các điểm ........................ 24
Hình 2.12. Tạo point trên mô hình ................................................................................. 24
Hình 2.13. Kích thước đường kính nhẫn đo được trên mô hình .................................... 25
vii


Hình 2.14. Mô hình được Scale với tỷ lệ 26 .................................................................. 25
Hình 2.15. Thao tác tạo biên dạng mặt cắt..................................................................... 26
Hình 2.16. Kết quả Curve sau khi tạo ............................................................................ 26
Hình 2.17. Chọn curve cần chia ..................................................................................... 26
Hình 2.18. Chọn curve giao với Curve cần chia ............................................................ 27
Hình 2. 19. Chọn curve cần tạo Surface ........................................................................ 27
Hình 2.20. Xem trước, chỉnh sửa Surface ...................................................................... 28
Hình 2.21. Surface được tạo theo biên dạng mô hình CAD .......................................... 28
Hình 2.22. Chọn surface và chiều offset ........................................................................ 29
Hình 2.23. Kết quả sau khi offset 2 mm ........................................................................ 29
Hình 2.24. Vẽ curve khép kín ........................................................................................ 30
Hình 2. 25. Các lệnh cần dùng trong thuật toán tạo surface theo bề mặt cánh tay ........ 30
Hình 2.26. Kết nối lệnh Curve, Move, Extrude ............................................................. 34
Hình 2.27. Kết quả khi kết nối 3 khối lệnh Curve, Move, Extrude ............................... 34

Hình 2.28. Xác định giới hạn cần tạo Surface ............................................................... 35
Hình 2.29. Bề mặt cánh tay được theo biên dạng mô hình CAD .................................. 35
Hình 2.30. Toàn bộ thuật toán tạo bề mặt cánh tay theo mô hình CAD dựng ngược ... 36
Hình 2.31. Các lệnh cần dùng trong thuật toán tối ưu hóa bề mặt nẹp .......................... 36
Hình 2.32. Mặt cong được trải thẳng ............................................................................. 42
Hình 2.33. Kết nối lệnh Surface, Dimesion, Plane Surface, Populate Geometry .......... 43
Hình 2.34. Kết quả sau khi tạo point.............................................................................. 43
Hình 2.35. Kết quả khi Vornoi và Boundary Surface .................................................... 44
Hình 2.36. Kết quả chiếu đối tượng thiết kế từ mặt phẳng sang mặt cong .................... 44
Hình 2.37. Kết quả sau khi sử dụng lệnh Weaverbird’s Picture Frame ......................... 45
Hình 2.38. Kết quả nẹp tay sau khi dùng lệnh Weaverbird’s Mesh Thicken ................ 45
Hình 2.39. Kết quả sau khi dùng lệnh Weighted Catmull Clark Subdivision ............... 46
Hình 2.40. Kết quả nẹp tay sau khi dùng lệnh WbLaplace ............................................ 46

viii


Hình 2.41. Thuật toán tối ưu bề mặt nẹp tay.................................................................. 46
Hình 2.42. Thuật toán tối ưu hóa bề mặt nẹp cánh tay .................................................. 47
Hình 2.43. Hai nửa nẹp tay ............................................................................................ 47
Hình 2.44. Tạo mặt phẳng giữa 2 nửa nẹp tay ............................................................... 48
Hình 2.45. Sketch biên dạng một nửa nẹp tay ............................................................... 48
Hình 2.46. Bề mặt tiếp xúc của hai nửa nẹp được Extrude với độ dày là 6mm ............ 49
Hình 2.47. Hình dạng chốt côn và lỗ côn trên hai nửa nẹp tay ...................................... 49
Hình 2.48. Chèn mặt phẳng đi qua nửa bề dày nẹp tay ................................................. 50
Hình 2.49. Chốt côn ....................................................................................................... 50
Hình 2.50. Tạo đường dẫn để dùng lệnh Curve Dreven Patterrn .................................. 51
Hình 2.51. Pattern chốt côn theo biên dạng nẹp tay ...................................................... 51
Hình 2.52. Biên dạng lỗ côn........................................................................................... 52
Hình 2.53. Pattern lỗ côn theo biên dạng nẹp tay .......................................................... 52

Hình 2.54. Dây rút NYLON CABLE TIES 4 x 150 mm ............................................... 53
Hình 2.55. Sketch 1 ........................................................................................................ 53
Hình 2.56. Chốt trụ......................................................................................................... 54
Hình 2. 57. Kích thước hốc cần tạo để luồn dây rút ...................................................... 54

Hình 3.1. Máy in 3D Anycubit Chiron .......................................................................... 55
Hình 3.2. Tự động cân bàn máy với 25 điểm................................................................. 57
Hình 3.3. Nhựa PLA ...................................................................................................... 58
Hình 3.4. Giao diện phần mềm Cura với máy in Anycubit Chiron ............................... 59
Hình 3.5. Đưa chi tiết vào giao diện phần mềm Cura .................................................... 59
Hình 3.6. Các công cụ điều chỉnh vị trí, tỷ lệ mô hình trên bàn in ................................ 60
Hình 3.7. Hộp thoại Select Settings to Customize for this model ................................. 61
Hình 3.8. Hộp thoại Print setting ................................................................................... 62
Hình 3.9. Hộp thoại print settings .................................................................................. 62
ix


Hình 3.10. Hộp thoại print settings ................................................................................ 63
Hình 3.11. Kết quả sau khi cắt lớp ................................................................................. 63
Hình 3.12. Thời gian dự kiến và khối lượng vật liệu in cho một nửa nẹp tay ............... 64
Hình 3.13. Tiến trình in mẫu trên máy in Anycubit Chiron .......................................... 64
Hình 3.14. Thông số in ................................................................................................... 64
Hình 3.15. Máy in đang in một nửa nẹp tay................................................................... 65
Hình 3.16. Mặt trên một nửa nẹp tay khi chưa tháo cơ cấu đỡ ...................................... 65
Hình 3.17. Mặt dưới một nửa nẹp in khi chưa tháo cơ cấu đỡ ...................................... 66
Hình 3.18. Mặt trên một nửa nẹp tay khi đã tháo cơ cấu đỡ .......................................... 66
Hình 3.19. Mặt dưới một nửa nẹp in khi đã tháo cơ cấu đỡ .......................................... 67
Hình 3.20.Mặt ngoài hai nửa nẹp tay ............................................................................. 68
Hình 3.21. Mặt trong hai nửa nẹp tay ............................................................................ 68
Hình 3.22. Lắp nẹp tay lên tay người dùng .................................................................... 69


x


DANH MỤC BẢNG
Bảng 2.1. Cấu trúc và chức năng lệnh Move ................................................................. 31
Bảng 2.2 Cấu rúc và chức năng lệnh extrude................................................................. 31
Bảng 2.3. Cấu trúc và chức năng lệnh Mesh Split ......................................................... 32
Bảng 2.4 Cấu trúc và chức năng lệnh Area .................................................................... 32
Bảng 2.5 Cấu trúc và chức năng lệnh Sort List ............................................................. 33
Bảng 2.6. Cấu tạo chức năng lệnh Dimension ............................................................... 37
Bảng 2.7. Cấu tạo và chức năng lệnh Plane suface........................................................ 37
Bảng 2.8. Cấu tạo và chức năng lệnh Populate Geometry ............................................. 38
Bảng 2.9. Cấu tạo và chức năng lệnh voirnoi ................................................................ 39
Bảng 2.10. Cấu tạo và chức năng lệnh Boudary surface ............................................... 39
Bảng 2.11. Cấu trúc và chức năng lệnh Map to surface ................................................ 40
Bảng 2.12. Cấu trúc và chức năng lệnh Weaverbird’s Picture Frame ........................... 40
Bảng 2.13. Cấu trúc và chức năng lệnh Weaverbird’s Mesh Thicken........................... 41
Bảng 2.14. Cấu trúc và chức năng lệnh Weighted Catmull Clark Subdivision ............. 41
Bảng 2.15. Cấu trúc và chức năng lệnh Weaverbird’s Laplacian Smoothing ............... 42

xi


DANH MỤC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT
CAD

: Computer Aided Design

CAM


: Computer Aided Manufacturing

RE

: Reverse Engineering

RM

: Rapid Manufacturing

3D

: Three Dimension

CAPP

: Computer Aided Process Planning

CAE

: Computer Aided Engineering

CNC

: Computer Numerical Control

IGES

: Initial Graphics Exchange Speccification


DXF

: Drawing Exchange Format

STL

: Stereo Lithography

STEP

: Standard for the Exchange of Product

CMM

: Coordinate Mesuring Machine

JIT

: Energy dispersive X – ray spectroscopy

X

: Energy dispersive X-ray spectroscopy

CT

: Magnetic Resonance Imaging

LIPUS


: Low – Intensity Pulsed Ultrasound

MP

: Megapixel

MRI

: Magnetic Resonance Imaging

xii


LỜI NÓI ĐẦU
Thông thường các trường hợp gãy xương không bị xê dịch, hay xê dịch rất ít.
Biện pháp điều trị hiệu quả sau khi nắn chỉnh là bó bột. Bó bột là phương pháp giữ hai
đầu xương bị gãy ở vị trí cố định bằng vật liệu thạch cao. Nhằm đảm bảo sau khi liền,
xương nằm đúng vị trí như lúc chưa bị gãy đồng thời không gây cản trở chức năng vận
động. Bó bột có khả năng cố định hai đầu xương gãy rất tốt, tuy nhiên có một số nhược
điểm sau: Vật liệu bó bột dễ hút ẩm, gây kích ứng da, tạo mùi, cảm giác ngứa, nóng
bứt khó chịu, công tác vệ sinh gặp nhiều khó khăn. Vậy với mong muốn khắc phục
những nhược điểm trên của phương pháp bó bột gây ra em chọn đề tài “Thiết kế mẫu
nẹp tay in 3D” sử dụng kỹ thuật ngược, nhằm tạo ra sản phẩm nẹp tay phù hợp với
từng cá nhân, thời trang, mang lại cảm giác thoải mái cho người dùng.
Ở Việt Nam, trong thời gian gần đây bên cạnh sự phát triển của công nghệ
CAD/CAM, kỹ thuật ngược RE (Reverse Engineering) bước đầu đã được nghiên cứu
và ứng dụng ở các viện nghiên cứu, các trường đại học. Kỹ thuật ngược RE là kỹ thuật
tạo nên sản phẩm mới, phù hợp với xu thế toàn cầu hóa, các phương diện thị trường
thương mại và sản xuất, đa dạng hóa sản phẩm, đổi mới mẫu mã sản phẩm nhanh, sản

phẩm công nghệ cao, phù hợp với tính cạnh tranh của thị trường ngày càng khốc liệt.
Đồ án “Thiết kế mẫu nẹp tay in 3D” sẽ tập trung vào việc nghiên cứu quy
trình, công nghệ xây dựng nẹp cánh tay cho bệnh nhân gãy xương, trên cơ sở mô hình
CAD cánh tay đã được xây dựng bởi phần mềm Agifost Photoscan và tiến hành in 3D
mẫu nẹp tay. Đây là một trong những ứng dụng của RE trong y khoa. Đồ án bao gồm
các nội dung chính sau:
Chương 1: Tổng quan về kỹ thuật ngược. Chương này giới thiệu về kỹ thuật
ngược, các phương pháp, quy trình mô hình hóa sản phẩm đã có sẵn theo kỹ thuật
ngược, các ứng dụng của kỹ thuật ngược trong cuộc sống, các nghiên cứu sử dụng kỹ
thuật ngược tạo nẹp tay gần đây.
Chương 2: Thiết kế nẹp tay từ dữ liệu mô hình CAD cánh tay con người.
Chương này trình bày lựa chọn phần mềm thiết kế mẫu nẹp tay, quy trình xây dựng
mẫu nẹp tay từ dữ liệu mô hình CAD đã có.

1


Chương 3: Chế tạo mẫu nẹp tay bằng công nghệ in 3D. Chương này giới thiệu
về loại máy in, loại vật liệu in sử dụng trong đồ án. Trình bày thông số cài đặt cần thiết,
thao tác cụ thể khi in mẫu nẹp tay.
Chương 4: Kết luận và kiến nghị: Phần này nêu lên các kết quả đạt được trong
đồ án, nhược điểm còn tồn tại và đưa ra một số kiến nghị khắc phục.
Trong quá trình làm đồ án này, mặc dù đã hết sức cố gắng nhưng do thời gian
thực hiện ngắn, cũng như hạn chế về kiến thức và trang thiết bị nên không tránh khỏi
những thiếu sót. Em rất mong được sự góp ý bổ sung, đóng góp ý kiến của Thầy và các
bạn để đồ án tốt nghiệp này được hoàn thiện hơn.
Nha Trang 17 tháng 6 năm 2019
Sinh viên thực hiện:
Nguyễn Văn Trọng


2


Chương 1. TỔNG QUAN
1.1 GIỚI THIỆU VỀ KỸ THUẬT NGƯỢC
1.1.1 Khái niệm [1]
Trong lĩnh vực chế tạo, thông thường để chế tạo ra một sản phẩm, người thiết kế
đưa ra ý tưởng về sản phẩm đó, phác thảo ra sản phẩm, tiếp theo là quá trình tính toán
thiết kế, chế thử, rồi kiểm tra, hoàn thiện phác thảo để đưa ra phương pháp tối ưu, cuối
cùng là công đoạn sản xuất ra sản phẩm. Quy trình này còn được gọi là kỹ thuật thuận
(Forward Engineering). Ngày nay, cùng với sự phát triển của công nghệ, người ta sử
dụng một quy trình mới, đi ngược với sản xuất truyền thống, đó là quy trình thiết kế lại
mẫu – mô hình vật lý cho trước, thông qua số hóa bề mặt mẫu và xây dựng mô hình
CAD từ dữ liệu số hóa. Quy trình này gọi là kỹ thuật ngược (Reverse Engineering).
Kỹ thuật ngược ra đời dựa trên nhu cầu sản xuất thực tế, đôi khi người ta cần
chế tạo sản phẩm theo những mẫu có sẵn mà chưa (hoặc không) có mô hình CAD
tương ứng như các chi tiết không rõ xuất xứ, những phù điêu, bộ phận cơ thể con
người, động vật. Hay đơn giản chỉ là sao chép lại kết quả của những sản phẩm đã
khẳng định tên tuổi trên thị trường (để giảm chi phí tạo mẫu) hoặc để cải tiến sản phẩm
đó theo hướng mới. Để tạo được mẫu của những sản phẩm này, trước đây người ta phải
đo dạc rồi vẽ phác lại hoặc dựng sáp, thạch cao để in mẫu. Các phương pháp này cho
độ chính xác không cao tốn nhiều thời gian và công sức đặc biệt đối với những chi tiết
phức tạp. Ngày nay người ta đã sử dụng máy quét hình để số hóa hình dáng chi tiết, sau
đó dùng các phần mềm CAD/CAM chuyên dụng để sử lý dữ liệu số hóa cuối cùng tạo
ra được mô hình CAD 3D cho chi tiết với độ chính xác cao. Mô hình CAD này cũng có
thể chỉnh sửa nếu cần.
Trên phạm vi rộng, kỹ thuật ngược được định nghĩa là hoạt động bao gồm các
bước phân tích để lấy thông tin về sản phẩm đã có sẵn (bao gồm thông tin về chức
năng các bộ phận, đặc biệt về kết cấu hình học, vật liệu, tính công nghệ) sau đó tiến
hành khôi phục lại mô hình CAD cho chi tiết hoặc phát triển thành sản phẩm mới, sử

dụng CNC, in 3D để chế tạo sản phẩm. Kỹ thuật ngược đã được ứng dụng trong nhiều
lĩnh vực khác nhau như cơ khí, y học, nghệ thuật,…
3


Từ khi ra đời vào thập niên 1990, kỹ thuật ngược đã được nghiên cứu, áp dụng
trong nhiều lĩnh vực phát triển nhanh sản phẩm, đặc biệt là trong lĩnh vực thiết kế mô
hình 3D từ mô hình đã có sẵn nhờ sự trợ giúp của máy tính. Kỹ thuật ngược ngày nay
càng phát triển theo sự phát triển của các phần mềm CAD/CAM. Nó luôn được quan
tâm và cũng liên tục được cải tiến để đáp ứng nhu cầu của xã hội trên nhiều lĩnh vực
sản xuất. Kỹ thuật ngược trở thành một bộ phận quan trọng của sản xuất hiện tại.

Hình 1.1. Minh họa quy trình chung của kỹ thuật ngược [1]
1.1.2 Ưu, nhược điểm của kỹ thuật ngược [1]
*Ưu điểm
+ Kiểm tra chất lượng sản phẩm bằng cách so sánh mô hình CAD với sản phẩm,
từ đó điều chỉnh mô hình hoặc các thông số công nghệ để tạo ra sản phẩm đạt yêu cầu.
+ Mô hình CAD được sử dụng như mô hình trung gian trong quá trình thiết kế
bằng cách tạo sản phẩm bằng tay trên đất sét, thạch cao, sáp… rồi quét hình để tạo mô
hình CAD. Từ mô hình CAD này người ta sẽ chỉnh sửa theo ý muốn.
+ Giảm bớt thời gian chế tạo dẫn đến năng suất cao.
4


+ Chế tạo được nguyên mẫu mà không cần bản thiết kế.
*Nhược điểm
+ Cần có công nghệ hiện đại là các loại máy quét hình.
+ Giá thành cao.
1.1.3 Quy trình kỹ thuật ngược [1]


Hình 1.2. Quy trình kỹ thuật ngược
Quy trình kỹ thuật ngược được thể hiện trên hình 1.2. Quy trình bắt đầu với việc
số hóa mẫu sản phẩm thực tế bằng các thiết bị chuyên dụng. Dữ liệu số hóa được xử lý
bằng phần mềm chuyên dụng để tạo mô hình CAD cụ thể. Sau khi đã có được mô hình

5


CAD của sản phẩm thì các công đoạn tiếp theo là tính toán, phân tích, tối ưu hóa trên
các phần mềm CAE/CAM, chuẩn bị công nghệ (CAPP) gia công công tạo mẫu nhanh
hoặc lập trình gia công trên máy CNC hay các máy công cụ khác. Cuối cùng, thực hiện
kiểm tra thực tế cuối cùng mới đưa vào sản xuất đại trà.
1.1.4 Quy trình mô hình hóa mẫu sản phẩm theo kỹ thuật ngược [1]
Quá trình mô hình hóa mẫu sản phẩm có sẵn, tạo ra các mô hình CAD cụ thể
của vật mẫu là công đoạn quan trọng và là trọng tâm của kỹ thuật ngược. Quy trình mô
hình hóa mẫu cụ thể được chia thành các giai đoạn sau:
1.1.4.1 Giai đoạn số hóa sản phẩm
Để mô hình hóa sản phẩm ta dùng các máy quét hình để quét hình dạng vật thể.
Dựa theo cách thức quét hình người ta phân ra 2 dạng thiết bị quét hình chủ yếu là các
máy quét dạng tiếp xúc (như máy đo tọa độ Coordinate Measuring Machine – CMM)
và các máy quét không tiếp xúc (ví dụ như máy quét laser,…). Các máy CMM sử dụng
các đầu đo để tiếp xúc với bề mặt cần đo. Một số vị trí tiếp xúc sẽ cho một điểm có tọa
độ (x, y, z). Tập hợp các điểm này sẽ tạo thành các lưới điểm vẽ trên hình dáng vật thể.
Còn các máy quét laser thì sử dụng chùm tia laser phát ra từ máy chiếu vào vật thể. Các
tia này sẽ phản xạ trở lại cảm biến thu. Máy tập hợp các tia phản xạ này để dựng lên
ảnh của vật thể. Hình dạng của toàn bộ vật thể được ghi lại bằng cách dịch chuyển hay
quay vật thể trong chùm ánh sáng hoặc quét chùm ánh sáng ngang qua vật thể. Phương
pháp này có độ chính xác kém hơn so với phương pháp tiếp xúc song nhanh hơn và
đầy đủ hơn. Dữ liệu thu được không phải là lưới điểm mà là tập hợp vô vàn các khối
ảnh điểm (đám mây điểm). Đám mây điểm này sẽ chuyển sang lưới tam giác dùng để

xây dựng các bề mặt.
1.1.4.2 Giai đoạn xử lý dữ liệu điểm
Vì kết quả sau khi quét hình mẫu sản phẩm là tập hợp vô vàn các khối ảnh điểm
(đám mây điểm). Nên ta phải tiến hành xử lý để tạo thành liên kết đám mây điểm này,
sau đó chuyển sang dạng lưới tam giác làm cơ sở xây dựng lại các bề mặt cho vật mẫu.
Giai đoạn này bao gồm 3 bước:
-

Bước 1: Chỉnh sửa lưới dữ liệu, đám mây điểm.

- Bước 2: Đơn giản hóa lưới tam giác bằng cách giảm số lượng tam giác và
tối ưu hóa vị trí đỉnh và cách kết nối các cạnh của mỗi tam giác trong lưới sao cho các
đặc điểm hình học không thay đổi.

6


- Bước 3: Chia nhỏ lưới để bề mặt mịn hơn và cắt bỏ phần thừa để tạo bề mặt
trơn theo ý muốn.
1.1.4.3 Thiết kế lại trên cơ sở dữ liệu số hóa
Trên cơ sở dữ liệu số hóa đã xử lý ta dựng lại mô hình CAD cho sản phẩm dạng
khối hoặc dạng mặt bằng phần mềm chuyên dụng. Kết quả cuối cùng ta nhận được một
bề mặt trơn và được chuyển thành file CAD với các định dạng: IGES, SXF, STL.
1.1.4.4 Tạo mẫu, gia công chi tiết
Từ dữ liệu mô hình CAD, có thể áp dụng công nghệ tạo mẫu nhanh để tạo ra
mẫu cho sản phẩm. Cũng có thể tạo mẫu trên máy CNC, khi đó phải lập trình NC nhờ
các phần mềm CAD/CAM chuyên nghiệp.
1.1.5 Các ứng dụng của kỹ thuật ngược [1]
Với tính ưu việt của mình là mô hình hóa được nhiều chi tiết (kể cả các chi tiết
có độ phức tạp cao) một cách nhanh chóng và chính xác, đáp ứng tối đa các nhu cầu

của thị trường trong rất nhiều lĩnh vực:
a. Trong lĩnh vực mỹ thuật:
Trong lĩnh vực này kỹ thuật ngược được thể hiện ở việc sao chép hoặc phân tích
các đặc điểm, nét vẽ của các kiệt tác hội họa, điêu khắc. Thông thường với các chi tiết
yêu cầu cao về tính thẩm mỹ, sản phẩm được mô hình hóa bởi các nhà kỹ thuật trên các
chát liệu như đất sét, chất dẻo, gỗ… Tuy nhiên các tác phẩm hay các kiệt tác nghệ
thuật chỉ là kết quả của một vài nhà nghệ thuật, nhà thiết kế nào đó, trong khi đó ai
cũng muốn được có, muốn được thưởng thức chúng. Nhu cầu thị trường đòi hỏi các
sản phẩm phải có một số lượng lớn theo theo một vài phong cách, hay sản phẩm của
một số nhà thiết kế mà tác phẩm của họ đã được khẳng định trên thị trường. Để đáp
ứng nhu cầu đó cần có được mô hình CAD của sản phẩm mong muốn. Việc này chỉ có
thể thực hiện được bằng kỹ thuật ngược. Với các thiết bị hiện đại và sự trợ giúp của
máy tính chúng ta có thể xây dựng được các dữ liệu CAD giống hệt mô hình thật do
các nhà mỹ thuật tạo ra với dung sai nhỏ.
b. Trong cải tiến mẫu mã sản phẩm.
Kỹ thuật ngược có vai trò rất lớn trong cải tiến mẫu mã sản phẩm. Yêu cầu về
thời gian và không gian cho phép chúng ta khi chế tạo 1 mẫu mã mới có thể bắt đầu
chu trình sản xuất từ khâu phác thảo thiết kế tới tính toán, tối ưu, chế thử, kiểm tra,
kiểm nghiệm mới đưa vào sản xuất vì quá trình trên tốn rất nhiều thời gian, công sức.

7


Do vậy mà chúng ta phải biết kế thừa các mẫu sản phẩm đã được tối ưu, đạt các tiêu
chuẩn kiểm tra trên cơ sở đó ta thiết kế lại phù hợp với yêu cầu mới để có một mẫu mã
mới. Như vậy sẽ giảm được thời gian thiết kế, rút ngắn thời gian đưa sản phẩm vào thị
trường tức là giảm thời gian của chu trình sản xuất. Với nhu cầu của thị trường thay đổi
liên tục từng ngày như hiện nay công ty nào sớm đưa ra được mẫu mã mới sẽ chiếm
được thị phần và giành được lợi nhuận cao nhất. Còn công ty nào đưa ra sản phẩm mới
chạm hơn sẽ không có cơ hội có được lợi nhuận.

Do vậy kỹ thuật ngược thực sự sẽ là trọng tâm của công nghệ thiết kế sản phẩm
của tương lai.

a. Mô hình quét mẫu sản phẩm

b. Mô hình CAD đưa ra

Hình 1.3. Ứng dụng kỹ thuật ngược thiết kế lại sản phẩm
c. Trong khảo cổ học
Kỹ thuật ngược cho phép khôi phục hình dạng của các sinh vật thời tiền sử dựa
trên các hóa thạch cổ thu được trong đất, đá, hay trong băng mà không hề làm tổn hại
hay phá hoại mẫu hóa thạch đó. Kỹ thuật ngược còn cho phép chúng ta dựng lại các
mẫu tượng cổ, khôi phục lại các công trình kiến trúc, nghệ thuật đã bị tàn phá trong
lịch sử.

Hình 1.4. Ví dụ kỹ thuật ngược trong lĩnh vực khảo cổ

8


d. Trong thời trang
Kỹ thuật ngược trợ giúp đắc lực cho các nhà thiết kế tạo các trang phục các mẫu
mã theo hình dáng con người.
e. Trong lĩnh vực giải trí
Kỹ thuật ngược giúp mô phỏng như thiết kế các nhân vật game 3D, tạo các môi
trường giao diện ảo trong game phục vụ giải trí, làm phim ảnh hay mô phỏng một quá
trình nào đó.
f. Trong y học
Kỹ thuật ngược cho phép chúng ta tạo ra các bộ phận cơ thể, phù hợp cho từng
bệnh nhân, trong thời gian ngắn. Để thay thế các khuyết tật, các bộ phận hỏng, bị tổn

thương, bị hư hại do tai nạn hoặc do bẩm sinh như: Xương, khớp, răng hàm, mảnh sọ
não. Hiện nay các nhà nghiên cứu y học, bác sĩ còn sử dụng kỹ thuật ngược với mong
muốn tạo ra các thiết bị hỗ trợ điều trị mang tính cá nhân hóa và khắc phục được những
nhược điểm mà thiết bị điều trị truyền thống gây ra. Như nghiên cứu chế tạo nẹp tay in
3D thay cho bó bột…

a. Mô hình CAD

b. Chương trình gia công

c. Khuôn bằng nhôm

Hình 1.5. Ứng dụng kỹ thuật ngược tạo mảnh sọ não
1.2 ÁP DỤNG KỸ THUẬT NGƯỢC TRONG CHẾ TẠO NẸP TAY
1.2.1 Yếu tố thúc đẩy cần phải tạo ra nẹp tay kiểu mới thay cho bó bột [1]
Bó bột truyền thống được sử dụng để điều trị cẳng tay, cổ tay bị gãy, giúp ổn
định và hạn chế chuyển động của xương gãy. Phương pháp này được sử dụng khá rộng
rãi ở hiện tại, chỉ cần sử dụng một lớp bông mềm mại đặt bên trong cùng với lớp thạch
cao bên ngoài hoặc lơp sợi thủy tinh. Nhưng phương pháp này lại nảy sinh nhiều vấn
đề. Cồng kềnh và khó chịu, nếu hơi ẩm xâm nhập vào thì dễ bị nấm mốc, chúng có thể
9


trở nên cực kỳ ngứa và có thể gây kích ứng da. Do số lượng người bị gãy xương cổ tay
ngày càng nhiều, cần có một phương pháp điều trị hiệu quả và thuận tiện hơn cho
những khuyết điểm này.
Hiện nay, các nhà nghiên cứu y học, bác sĩ, kỹ sư hàng đầu trên thế giới đã
không ngừng nghiên cứu để tạo ra một phương pháp bó bột kiểu mới nhằm giảm sự
khó chịu mà phương pháp điều trị cũ gây nên. Từ đó, các nẹp cánh tay được chế tạo
bằng công nghệ in 3D đã ra đời. Dữ liệu ban đầu để mô hình hóa cánh tay là mô hình

CAD cánh tay bệnh nhân. Phương pháp điều trị mới này về căn bản giống phương
pháp điều trị truyền thống. Chỉ khác nhau ở vật liệu sử dụng và phương pháp tiến hành.

Hình 1.6. Nẹp cánh tay in 3D
1.2.2 Một số nghiên cứu trên thế giới về xây dựng mô hình CAD cánh tay con
người
a. Nẹp cánh tay Cortex của Jake Evill [2]
Jake Evill – tốt nghiệp đại học Wellington, Victoria, New Zealand đã thiết kế ra
một loại nẹp cánh tay mới mang tên Cortex (hình 1.7). Quy trình chế tạo nẹp cánh tay
của Jake Evill được thể hiện ở hình 1.8. Bệnh nhân gãy xương tay sẽ được chụp X –
quang để xác định chỗ gãy, tiếp theo là cánh tay sẽ được quét 3D để xác định kích
thước. Sau đó, dữ liệu sẽ được đưa vào máy tính để xử lý, xây dựng một mô hình CAD
3D cánh tay và cuối cùng là in 3D để tạo ra 1 chiếc nẹp vừa khít với cánh tay bệnh
nhân.

Hình 1.7. Nẹp cánh tay Cortex

10