Nghiên cứu lắp đặt cải tiến mô hình máy in 3d
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (9 MB, 169 trang )
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƢỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG
KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
NGHIÊN CỨU LẮP ĐẶT CẢI TIẾN MƠ HÌNH MÁY IN 3D
Giảng viên hƣớng dẫn: TS. BÙI THÚC MINH
Sinh viên thực hiện
: NGUYỄN HOÀNG HƢNG
Mã số sinh viên
: 58132167
Khánh Hòa – Tháng 7/2020
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƢỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG
KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
NGHIÊN CỨU LẮP ĐẶT CẢI TIẾN MƠ HÌNH MÁY IN 3D
Giảng viên hƣớng dẫn: TS. BÙI THÚC MINH
Sinh viên thực hiện
: NGUYỄN HOÀNG HƢNG
Mã số sinh viên
: 58132167
Khánh Hòa – Tháng 7/2020
LỜI CẢM ƠN
Trong suốt thời gian học tập tại Đại học Nha Trang trong 4 năm vừa qua, dƣới sự
chỉ bảo và hƣớng dẫn tận tình của các Thầy, Cơ trong khoa và các Thầy, Cô giáo viên
trong trƣờng đã giúp tơi tích lũy kiến thức học tập về chun ngành và tích lũy đƣợc
nhiều nên tảng kiến thức quý giá trong cuộc sống, trải qua thời gian học tập đến nay
tôi đang thực hiện đồ án tốt nghiệp đại học .
Với sự giúp đỡ hƣớng dẫn của các thầy cơ trong suốt q trình thực hiện đồ án. Sự
nhiệt tình, sẵn sàng giúp đỡ của các thầy cơ trong bộ môn Công nghệ Kỹ Thuật ĐiệnĐiện Tử.
Tôi xin chân thành cảm ơn tới Thầy TS. Bùi Thúc Minh đã trực tiếp hƣớng dẫn,
đã tạo mọi điều kiện tốt nhất cho tơi hồn thành đồ án tốt nghiệp này.
Trong suốt q trình thực hiện đồ án tố nghiệp, cịn nhiều vấn đề hạn chế về vật
chất và kiến thức nên đồ án cịn nhiều thiếu sót. Kình mong Thầy, Cơ có những ý kiến
đóng góp để góp phần phát triển của mơ hình đƣợc hồn thiện và phát triển trong
tƣơng lai.
Tơi xin kính chúc q Thầy, Cơ trong khoa Điện-Điện Tử và các Thầy, Cô trong
trƣờng sức khỏe dồi dào và tiếp tục thực hiện tốt công việc giảng dạy phát triển trong
tƣơng lai.
Tôi xin chân thành cảm ơn!
Nha Trang, tháng 7 năm 2020
Sinh viên
Nguyễn Hoàng Hƣng
1
MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN .................................................................................................................. 1
MỤC LỤC ........................................................................................................................ 2
DANH MỤC BẢNG BIỂU ............................................................................................ 10
MỞ ĐẦU ........................................................................................................................ 11
1. LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI............................................................................................ 11
2. MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU ..................................................................................... 13
3. ĐỐI TƢỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU .......................................................... 13
4. PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ............................................................................ 13
5. BỐ CỤC ĐỒ ÁN ..................................................................................................... 13
CHƢƠNG 1.................................................................................................................... 15
CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ MÁY IN 3D........................................................................... 15
1.1.
GIỚI THIỆU CHUNG ....................................................................................... 15
1.2.
ĐẶC ĐIỂM BỘ ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH..................................................... 18
1.3.
GIỚI THIỆU VỀ MKS GEN LV1.0 .................................................................. 19
1.3.1.
Tổng quan về MKS Gen LV1.0 ................................................................... 19
1.3.2.
Cấu tạo của MKS Gen LV1.0 ...................................................................... 19
CHƢƠNG 2.................................................................................................................... 22
LẮP ĐẶT MÁY IN 3D .................................................................................................. 22
2.1.
TỔNG QUAN VỀ MƠ HÌNH MÁY IN 3D ....................................................... 22
2.2.
SƠ ĐỒ KHỐI CỦA HỆ THỐNG ...................................................................... 23
2.3.
SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ CỦA HỆ THỐNG ......................................................... 23
2.4.
TÌM HIỂU ĐỘNG CƠ BƢỚC .......................................................................... 24
2.4.1.
Cấu tạo của động cơ bƣớc. .......................................................................... 24
2.4.2.
Đặc điểm cấu tạo của động cơ bƣớc ............................................................ 25
2.4.3.
Phân loại của động cơ bƣớc......................................................................... 26
2.4.4.
Phƣơng pháp điều khiển động cơ bƣớc........................................................ 27
2.4.5.
Lựa chọn động cơ cho máy in 3D ................................................................ 27
2
2.5.
TÌM HIỀU DRIVER ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ BƢỚC A4988 ........................ 29
2.6.
NGUỒN TỔ ONG 12V/30A ............................................................................. 32
2.7.
QUẠT TẢN NHIỆT 12V .................................................................................. 33
2.8.
CẢM BIẾN NHIỆT ĐỘ .................................................................................... 35
2.9.
ĐẦU NUNG NHỰA MÁY IN 3D..................................................................... 37
2.10.
CƠNG TẮC HÀNH TRÌNH (Endstop Limit Mechanical Touch) ................... 38
2.11.
CẢM BIẾN TIỆM CẬN LJ12A3-4-Z/BX ...................................................... 40
2.12.
MODULE MÀN HÌNH LCD12864 .............................................................. 41
2.13.
MARLIN FIRMWARE .................................................................................. 44
2.14.
LẬP TRÌNH SỬ DỤNG CẢM BIẾN TIỆM CẬN LJ12A3-4-Z/BX .............. 61
2.15.
TỔNG QUAN VỀ PHẦN CƠ KHÍ ................................................................ 72
2.15.1. Danh sách linh kiện cơ khí. ......................................................................... 72
2.15.2. Lắp ráp mơ hình .......................................................................................... 78
CHƢƠNG 3.................................................................................................................... 80
CẢI TIẾN MÁY IN 3D .................................................................................................. 80
3.1.
TÌM HIỂU THIẾT BỊ GIAO TIẾP NGOẠI VI .................................................. 80
3.1.1.
Công nghệ không dây Wifi ......................................................................... 80
3.1.2.
Lịch sử phát triển và chuẩn kết nối wifi phổ biến ........................................ 81
3.1.3.
Đặc điểm công nghệ Wifi ............................................................................ 82
3.1.4.
Nguyên lý hoạt động ................................................................................... 83
3.2.
TÌM HIỂU VỀ ESP8266 ................................................................................... 84
3.2.1.
Giới thiệu .................................................................................................... 84
3.2.2.
Đặc điểm kỹ thuật ...................................................................................... 84
3.2.3.
Sơ đồ chân và chức năng. ............................................................................ 85
3.3.
GIỚI THIỆU VỀ ARDUINO............................................................................. 86
3.3.1.
Giới thiệu về Arduino. ................................................................................ 86
3.3.2.
Chức năng các bộ phận của Arduino ........................................................... 88
3.4.
TÌM HIỂU MẠCH GIẢM ĐIỆN ÁP AMS1117 3.3V. ...................................... 92
3.4.1.
Thông số kỹ thuật ....................................................................................... 92
3
3.4.2.
3.5.
Các chân tín hiệu......................................................................................... 93
CẬP NHẬT THƢ VIỆN CÀI ĐẶT WIFI 3D PRINTER ................................... 94
3.5.1.
Kết nối AMS1117 3.3V với Esp8266 .......................................................... 94
3.5.2.
Kết nối AMS1117 3.3V và Arduino ............................................................ 94
3.5.3.
Kết nối Arduino và Esp8266. ...................................................................... 95
3.5.4.
Cài đặt thƣ viện và cài đặt chƣơng trình Wifi 3D Printer ............................. 95
3.5.4.1.
Cài đặt thƣ viện .................................................................................... 95
3.5.4.2.
Thiết lập board Esp8266 để lập trình .................................................. 100
3.5.4.3.
Cài đặt chƣơng trình ESP3D-WEBUI ................................................. 104
3.5.4.4.
Thiết lập cấu hình cho ESP3D-WEBUI .............................................. 108
3.5.4.5.
Hƣớng dẫn sử dụng ESP3D để điều khiển máy in 3D. ........................ 114
3.6.1.
Tìm hiểu về Raspberry Pi .......................................................................... 122
3.6.1.1.
Giới thiệu ........................................................................................... 122
3.6.1.2.
Đặc điểm kỹ thuật .............................................................................. 123
3.6.1.3.
Sơ đồ chân và các chức năng .............................................................. 125
3.6.2.
Giới thiệu về Raspberry Camera ............................................................... 126
3.6.2.1.
Thông số kỹ thuật .............................................................................. 126
3.6.3.
OctoPrint................................................................................................... 127
3.6.4.
Cài đặt OctoPrint cho Raspberry Pi ........................................................... 128
3.6.5.
Cài đặt chƣơng trình OctoPi ...................................................................... 132
3.6.6.
Hƣớng dẫn sử dụng OctoPi điều khiển máy in 3D. .................................... 145
3.7.
SƢ DỤNG LED CHO HỆ THỐNG MÁY IN 3D ............................................ 152
3.7.1.
Led RGB 5050 ......................................................................................... 153
3.7.2.
Mạch điều khiển Mosfet IRF520 .............................................................. 153
3.7.3.
Sơ đồ kết nối Led, Mosfet IRF520 và MKS Gen Lv1.0 ............................. 156
3.7.4.
Sản phẩm đƣợc in từ mơ hình .................................................................... 160
3.7.5.
Đánh giá sản phẩm .................................................................................... 163
CHƢƠNG 4.................................................................................................................. 164
4
KẾT LUẬN, KIẾN NGHỊ. ........................................................................................... 164
4.1.
Kết luận ........................................................................................................... 164
4.2.
Kiến nghị ......................................................................................................... 164
5
DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 0. 1. Máy in đầu tiên trên thế giới sử dụng cơng nghệ SLA ................................... 11
Hình 0. 2. Nguyên lý hoạt động của công nghệ in SLS .................................................. 12
Hình 0. 3. Máy in 3D đầu tiên sử dụng cơng nghệ FDM ................................................ 12
Hình ảnh chƣơng 1.
Hình 1. 1.Máy in 3D loại Cartesian ................................................................................ 15
Hình 1. 2.Máy in 3D loại Delta ...................................................................................... 16
Hình 1. 3.Máy in 3D loại Polar ...................................................................................... 17
Hình 1. 4.Thành phần MKS Gen LV1.0 ......................................................................... 19
Hình ảnh chƣơng 2.
Hình 2. 1.Kết cấu chuyển động cơ khí Cartesian ............................................................ 22
Hình 2. 2.Sơ đồ khối của hệ thống .................................................................................. 23
Hình 2. 3.Động cơ bƣớc ................................................................................................. 24
Hình 2. 4. Cấu tạo của động cơ bƣớc ............................................................................. 25
Hình 2. 5. Cấu tạo động cơ bƣớc nam châm vĩnh cửu .................................................... 26
Hình 2. 6. Động cơ bƣớc Nema17 .................................................................................. 28
Hình 2. 7. Kích thƣớc động cơ bƣớc Nema17 ................................................................ 29
Hình 2. 8. Driver A4988 ................................................................................................ 29
Hình 2. 9. Thơng số kỹ thuật A4988 .............................................................................. 30
Hình 2. 10. Sơ đồ chân driver A4988 ............................................................................. 31
Hình 2. 11. A4988 kết nối MKS Gen Lv1.0 ................................................................... 31
Hình 2. 12. Nguyên lý kết nối của driver A4988 với mạch điều khiển ............................ 32
Hình 2. 13. Nguồn 12V/30A ........................................................................................... 33
Hình 2. 14. Quạt tản nhiệt 3010 ..................................................................................... 34
Hình 2. 15. Quạt tản nhiệt sị 5015 ................................................................................. 34
Hình 2. 16. Quạt sị 5015 sử dụng làm nguội vật in. ........................................................ 35
Hình 2. 17. Quạt tản nhiệt mạch điều khiển MKS Gen Lv1.0.......................................... 35
Hình 2. 18. Cảm biến nhiệt độ kết nối với MKS Gen Lv1.0 ........................................... 36
Hình 2. 19. Cảm biến nhiệt độ NTC100K ...................................................................... 37
Hình 2. 20. Đầu nung nhựa máy in 3D ........................................................................... 37
Hình 2. 21. Module cơng tắc hành trình (Endstop) ......................................................... 39
Hình 2. 22. Kích thƣớc module cơng tắc hành trình ....................................................... 39
Hình 2. 23. Cảm biến tiệm cận LJ12A3-4-Z/BX ............................................................ 41
Hình 2. 24. Module màn hình LCD12864 ...................................................................... 42
Hình 2. 25. Module tích hợp núm điều khiển ................................................................. 42
Hình 2. 26. Cổng kết nối và đầu đọc thẻ nhớ của module ................................................ 43
Hình 2. 27. Marlin Firmware .......................................................................................... 44
Hình 2. 28. Truy cập marlinfw.org .................................................................................. 45
Hình 2. 29. Download chƣơng trình ................................................................................ 45
6
Hình 2. 30. Download Marlin Firmware 1.1.9.1 .............................................................. 46
Hình 2. 31. Những cải tiến của Marlin 1.1.9 ................................................................... 47
Hình 2. 32. Giải nén chƣơng trình ................................................................................... 47
Hình 2. 33. Truy cập Marlin............................................................................................ 48
Hình 2. 34. Thơng tin về mạch điều khiển MKS GEN Lv1.0 .......................................... 48
Hình 2. 35. pin_MKS_GEN_L.h..................................................................................... 49
Hình 2. 36. Mạch điều khiển ........................................................................................... 50
Hình 2. 37. Danh sách mạch điều khiển .......................................................................... 50
Hình 2. 38. Cấu hình Marlin ........................................................................................... 51
Hình 2. 39. Lựa chọn mục Configuration.h để làm việc .................................................. 51
Hình 2. 40. Phiên bản Marlin đang sử dụng .................................................................... 51
Hình 2. 41. Thiết lập cổng, tốc độ truyền tải và thƣ viện của mạch điều khiển ................ 53
Hình 2. 42. Thiết lập đầu đùn và thơng số nhựa in .......................................................... 53
Hình 2. 43. Danh sách cảm biến nhiệt đƣợc sử dụng ....................................................... 54
Hình 2. 44. Thiết lập cảm biến nhiệt độ cho đầu đùn nhựa và bàn nhiệt .......................... 55
Hình 2. 45. Thiết lập nhiệt độ tối đa của đầu đùn nhựa và bàn nhiệt ................................ 55
Hình 2. 46. Cơng tắc hành trình trục X đƣợc thiết lập ở bên phải đầu đùn....................... 56
Hình 2. 47. Thiết lập cơng tắc hành trình ........................................................................ 57
Hình 2. 48. Thiết lập chế độ thƣờng đóng NC, thƣờng mở NO cho cơng tắc hành trình .. 57
Hình 2. 49. Thiết lập thơng số Step cho các động cơ ...................................................... 59
Hình 2. 50. Thiết lập chiều chuyển động của động cơ ..................................................... 59
Hình 2. 51. Thiết lập chiều chuyển động của động cơ đùn nhựa ...................................... 59
Hình 2. 52. Thiết lập tọa độ về Home ............................................................................. 60
Hình 2. 53. Thiết lập khơng gian làm việc ....................................................................... 60
Hình 2. 54. Thiết lập hỗ trợ SD ....................................................................................... 61
Hình 2. 55. Thiết lập sử dụng màn hình LCD.................................................................. 61
Hình 2. 56. Sửa lỗi màn hình bị lỗi ................................................................................. 61
Hình 2. 57. Cảm biến tiệm cận loại NPN ....................................................................... 62
Hình 2. 58. Khung giá đỡ đầu nhiệt của E3D BOWDEN ............................................... 63
Hình 2. 59. Giá đỡ cảm biến tiệm cận ............................................................................. 63
Hình 2. 60. Gắn cảm biến ............................................................................................... 64
Hình 2. 61. Thiết lập chức năng sử dụng cảm biến tiệm cận ............................................ 64
Hình 2. 62. Bật tính năng sử dụng cảm biến cho trục Z ................................................... 65
Hình 2. 63. Thiết lập thơng tin cảm biến sử dụng gá đỡ cố định ...................................... 65
Hình 2. 64. Vị trí cảm biến so với đầu in 3D ................................................................... 66
Hình 2. 65. Chế độ cân bàn tự động ................................................................................ 66
Hình 2. 66. Phạm vi và số lƣợng điểm dùng để cân bàn tự động ..................................... 67
Hình 2. 67. Kết nối Pronterface....................................................................................... 67
Hình 2. 68. Giao diện Pronterface ................................................................................... 68
Hình 2. 69. Thực hiện lệnh G28, G29 ............................................................................. 68
Hình 2. 70. Thơng số sau khi cân bàn tự động................................................................. 69
Hình 2. 71. Chỉnh đầu in 3D đến gần bàn in.................................................................... 69
7
Hình 2. 72. Tọa độ trục Z sau khi cân chỉnh .................................................................... 70
Hình 2. 73. Cài đặt firmware cho trục Z .......................................................................... 70
Hình 2. 74. Lắp đặt cảm biến và đầu in ........................................................................... 71
Hình 2. 75. Lệnh G29 cho G-code .................................................................................. 71
Hình 2. 76. Trục Y .......................................................................................................... 78
Hình 2. 77. Trục Z .......................................................................................................... 78
Hình 2. 78. YZ ............................................................................................................... 79
Hình 2. 79. Trục X .......................................................................................................... 79
Hình ảnh chƣơng 3.
Hình 3. 1. Thiết bị điện tử giao tiếp với nhau thông qua Wifi ......................................... 80
Hình 3. 2. Các chuẩn kết nối Wifi .................................................................................. 81
Hình 3. 3. Sơ đồ nguyên lý hoạt động của Wifi .............................................................. 83
Hình 3. 4. Mạch ESP8266 .............................................................................................. 84
Hình 3. 5. Sơ đồ chân Esp8266 ...................................................................................... 85
Hình 3. 6. Module Arduino ............................................................................................ 86
Hình 3. 7. ATmega328P ................................................................................................ 88
Hình 3. 8. Sơ đồ chân của Arduino ................................................................................ 89
Hình 3. 9. Các chân năng lƣợng của Arduino .................................................................. 90
Hình 3. 10. Chân IOREF và RESET ............................................................................... 90
Hình 3. 11. Các cổng vào ra ............................................................................................ 91
Hình 3. 12. Jack nguồn ................................................................................................... 91
Hình 3. 13. Cổng USB .................................................................................................... 92
Hình 3. 14. Mạch giảm điện áp AMS1117 ..................................................................... 92
Hình 3. 15. Sơ đồ chân AMS1117 .................................................................................. 93
Hình 3. 16. Sơ đồ kết nối AMS1117 3.3V với Esp8266 .................................................. 94
Hình 3. 17. Sơ đồ kết nối Arduino với AMS1117 3.3V................................................... 94
Hình 3. 18. Sơ đồ kết nối Arduino, AMS1117 3.3V và Esp8266..................................... 95
Hình 3. 19. Giao diện lập trình Arduino .......................................................................... 96
Hình 3. 20. Truy cập Preferences. ................................................................................... 96
Hình 3. 21. Truy cập vào Textbox Additional Board Manager URLs. ............................. 97
Hình 3. 22. Thêm link vào Textbox Additional Board Manager URLs. ........................... 97
Hình 3. 23. Truy cập vào Tool cập nhật chƣơng trình Esp8266. ...................................... 98
Hình 3. 24. Cập nhật phiên bản ESP8266........................................................................ 99
Hình 3. 25. Quá trình cập nhật ........................................................................................ 99
Hình 3. 26. Thiết lập board Generic ESP8266 Module .................................................. 100
Hình 3. 27. Thiết lập tần số CPU của esp8266 .............................................................. 101
Hình 3. 28. Thiết lập tốc độ truyền tải ........................................................................... 102
Hình 3. 29. Thiết lập cổng kết nối nạp chƣơng trình ..................................................... 103
Hình 3. 30.Tải source code cho phần mềm ESP3D-WEBUI. ........................................ 104
8
Hình 3. 31. Giải nén ESP3D-2.1 ................................................................................... 105
Hình 3. 32. Truy cập file esp3d ..................................................................................... 105
Hình 3. 33. Truy cập file esp3d.inofile .......................................................................... 106
Hình 3. 34. Verify và Upload chƣơng trình ................................................................... 107
Hình 3. 35. Sơ đồ chân kết nối Esp8266 với MKS Gen LV1.0 ...................................... 108
Hình 3. 36. Giao diện cấu hình ESP3D-WEBUI ........................................................... 109
Hình 3. 37. Cài đặt ngơn ngữ và bắt đầu q trình cài đặt ............................................. 109
Hình 3. 38. Cài đặt Firmware và Baud rate cho máy in 3D ........................................... 110
Hình 3. 39. Sử dụng hình thức kết nối Access Point ...................................................... 111
Hình 3. 40. Sử dụng hình thức kết nối Client Station .................................................... 112
Hình 3. 41. Kết nối Client Station ................................................................................. 113
Hình 3. 42. Hồn tất quá trình cấu hình Esp8266 .......................................................... 114
Hình 3. 43. Giao diện WebUI điều khiển máy in 3D ..................................................... 114
Hình 3. 44. Khu vực điều khiển máy in 3D ................................................................... 115
Hình 3. 45. Khu vực điều chỉnh nhiệt độ của máy in 3D ............................................... 116
Hình 3. 46. Điều khiển bộ đùn nhựa máy in 3D ............................................................ 116
Hình 3. 47. Khu vực kiểm sốt file in ........................................................................... 117
Hình 3. 48. Điều khiển máy in bằng lệnh Gcode ........................................................... 117
Hình 3. 49. Cài đặt ESP3D (1) ...................................................................................... 118
Hình 3. 50. Cài đặt ESP3D (2) ...................................................................................... 119
Hình 3. 51. Cài đặt thơng số máy in trên ESP3D ........................................................... 120
Hình 3. 52. Restart lại chƣơng trình .............................................................................. 121
Hình 3. 53. Thực hiện quá trình Restart ........................................................................ 121
Hình 3. 54. Quá trình Restart diễn ra............................................................................. 121
Hình 3. 55. Raspberry Pi .............................................................................................. 122
Hình 3. 56. Raspberry Pi 4 ........................................................................................... 123
Hình 3. 57. Kích thƣớc của Raspberry Pi 4 .................................................................. 124
Hình 3. 58. Sơ đồ chân của Raspberry Pi 4 .................................................................. 125
Hình 3. 59. Raspberry Camera ..................................................................................... 126
Hình 3. 60. OctoPrint ................................................................................................... 127
Hình 3. 61. Truy cập Octoprint.org ............................................................................... 128
Hình 3. 62. Download OctoPi ....................................................................................... 129
Hình 3. 63. Dowload OctoPi 0.17.0 .............................................................................. 129
Hình 3. 64. Giải nén image OctoPi................................................................................ 130
Hình 3. 65. File OctoPi sau khi giải nén ........................................................................ 130
Hình 3. 66. Win32 Disk Imager .................................................................................... 131
Hình 3. 67. Ghi dữ liệu bằng Win32 Disk Imager ......................................................... 131
Hình 3. 68. Các file của chƣơng trình OctoPi ................................................................ 132
Hình 3. 69. Truy cập file octopi-wpa-supplicant ........................................................... 133
Hình 3. 70. Thiết lập Wifi cho OctoPi ........................................................................... 134
Hình 3. 71. Xác định địa chỉ IP của Raspberry Pi.......................................................... 135
Hình 3. 72. Tạo tài khoản OctoPi .................................................................................. 136
9
Hình 3. 73. Cấu hình cho chức năng thu thập thơng tin từ chƣơng trình ........................ 137
Hình 3. 74. Cấu hình kiểm tra kết nối ........................................................................... 138
Hình 3. 75. Cấu hình xử lý các ứng dụng trong chƣơng trình chƣa ổn định. .................. 139
Hình 3. 76. Cài đặt cấu hình thơng tin máy in. .............................................................. 140
Hình 3. 77. Cài đặt thơng tin số liệu cho máy in ............................................................ 141
Hình 3. 78. Cài đặt thông tin số liệu cho máy in ............................................................ 142
Hình 3. 79. Cài đặt thơng tin số liệu cho máy in ............................................................ 143
Hình 3. 80. Kết thúc quá trình cài đặt chƣơng trình OctoPi ........................................... 144
Hình 3. 81. Giao diện kết nối OctoPi ............................................................................ 145
Hình 3. 82. Giao diện điều khiển chƣơng trình .............................................................. 146
Hình 3. 83. Giao diện nhiệt độ của OctoPi .................................................................... 147
Hình 3. 84. Giao diện điều khiển của OctoPi ................................................................ 148
Hình 3. 85. Giao diện G-code 2D.................................................................................. 149
Hình 3. 86. Giao diện lệnh G-code ................................................................................ 150
Hình 3. 87. Giao diện khi thực hiện in .......................................................................... 151
Hình 3. 88. Máy in 3D sử dụng Led .............................................................................. 152
Hình 3. 89. Led RGB .................................................................................................. 153
Hình 3. 90. Mạch điều khiển Mosfet IRF520 ................................................................ 154
Hình 3. 91. Kích thƣớc của Module Mosfet IRF520 .................................................... 154
Hình 3. 92. Mặt sau của Module Mosfet IRF520 ......................................................... 155
Hình 3. 93. Sơ đồ mạch điện Module Mosfet IRF520 .................................................. 155
Hình 3. 94. Sơ đồ kết nối Led, Mosfet IRF520 và MKS Gen Lv1.0 .............................. 156
Hình 3. 95. Lập trình led kết nối với mạch điều khiển ................................................... 157
Hình 3. 96. Kiểm tra hệ thống led kết nối điều khiển máy in ......................................... 158
Hình 3. 97. Lệnh G-code bật led ................................................................................... 159
Hình 3. 98. Lệnh G-code tắt led .................................................................................... 159
Hình 3. 99. Mơ hình ứng dụng trong học tập cánh tay robot và máy vẽ ......................... 160
Hình 3. 100. Sản phẩm in ứng dụng trong mơ hình trang trí và vật dụng đời sống ........ 161
Hình 3. 101. Sản phẩm nghiên cứu về sinh học ............................................................. 161
Hình 3. 102. Sản phẩm hồn thành sau khi in (1) .......................................................... 162
Hình 3. 103. Sản phẩm hoàn thành sau khi in (2) .......................................................... 162
DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 1. Thông số kỹ thuật MKS Gen LV1.0 .................................................................. 21
Bảng 2. Danh sách linh kiện cơ khí. ................................................................................ 77
Bảng 3. Thông số kỹ thuật của Arduino .......................................................................... 87
10
MỞ ĐẦU
1. LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI
Công nghệ In 3D ( Three Dimensional Printing ) hay cịn gọi là Cơng nghệ sản
xuất đắp dần [1]. Ý tƣởng về In 3D ra đời từ những năm thập niên 80s đƣợc tiến sĩ
Kodama đề xuất vào năm 1980. Theo tiến sĩ Kodama phƣơng pháp sản xuất đắp các
lớp vật liệu khi in lên nhau tạo thành các layer xếp chồng lên nhau. Đó là cơng nghệ
SLA đi đầu tiên phong trong lĩnh vực in 3D lúc bấy giờ.
Với kỹ thuật xếp tầng các lớp vật liệu tạo thành các lớp layer xếp tầng theo nhau
tạo thành sản phẩm chúng ta cần sản xuất. Sau 4 năm kể từ năm 1980, Charles Hull đã
thành lập công ty In 3D đi tiên phong trong lĩnh vực 3D Systems Corporation với sản
phẩm máy in 3D SLA [1].
Hình 0. 1. Máy in đầu tiên trên thế giới sử dụng công nghệ SLA [1]
Năm 1988, Carl Deckard tại trƣờng đại học Texas đăng kí bản quyền sáng chế cho
công nghệ in SLS, một phƣơng pháp sử dụng vật liệu in dạng bột dùng tia laser công
suất lớn sản xuất [1].
11
Hình 0. 2. Ngun lý hoạt động của cơng nghệ in SLS [2]
Năm 1992, công nghệ in 3D FMD ra đời với việc sử dụng chất liệu nhựa đun nóng
bằng nhiệt và đùn nhựa theo dạng hình sợi tạo thành mơ hình muốn sản xuất [2]. Là
cơng nghệ với mơ hình giá rẻ giúp cho cơng nghệ in 3D phát triển mạnh về sau.
Hình 0. 3. Máy in 3D đầu tiên sử dụng cơng nghệ FDM [3]
Chỉ trong vịng chƣa đầy 10 năm, 3 công nghệ in 3D đi đầu tiên phong phát triển
cho công nghệ in 3D lần lƣợt ra đời góp phần tạo nên viên gạch đầu tiên phát triển
công nghệ in 3D.
Thập niên 2010s. In 3D trở thành trụ cột của cuộc cách mạng cộng nghiệp 4.0.
Với sự phát triển mạnh mẽ của công nghiệp 4.0 và sự kiện công nghệ in FDM hết hạn
bản quyền đã giúp cho việc phát triển công nghê in giá rẻ FDM phát triển mạnh mẽ
góp phần vào các ngành nghề kỹ thuật phát triển mạnh nhƣ công nghệ ô tô, y tế, khoa
học và đời sống xã hội ngày càng phát triển mạnh.
Xuất phát từ nhu cầu muốn phát triển và lắp ráp mơ hình máy in 3D sử dụng trong
công việc học tập và kết nối phát triển sử dụng kết nối internet để điều khiển và giám
12
sát quá trình hoạt động của thiết bị. Nên em chọn đề tài: Nghiên cứu lắp đặt cải tiến
mơ hình máy in 3D.
2. MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU
Tìm hiểu về mạch MKS Gen LV1.0: Nghiên cứu cấu trúc phần cứng, ứng dụng
sử dụng.
Tìm hiểu về Raspberry Pi 4 cấu trúc phần cứng, ứng dụng sử dụng.
Tìm hiểu về Raspberry Camera cấu trúc phần cứng, ứng dụng sử dụng.
Tìm hiểu động cơ bƣớc Step Motor cấu tạo phần cứng nguyên lý hoạt động của
động cơ.
Tìm hiểu về Esp8266 cấu trúc phần cứng, ứng dụng lập trình.
Tìm hiểu sử dụng Firmware Marlin lập trình điều khiển máy in 3D.
Tìm hiểu sử dụng Octoprint điều khiển máy in 3D qua Internet.
3. ĐỐI TƢỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU
Đối tƣợng nghiên cứu
Nghiên cứu lắp ráp máy in 3D sử dụng công nghệ in FDM và sử dụng
Firmware Marlin để lập trình điều khiển máy in 3D
Sử dụng Raspberry Pi 4 làm máy chủ điều khiển máy in 3D qua mạng Internet
bằng phần mềm OctoPrint.
Áp dụng Esp8266 điều khiển máy in 3D qua mạng Internet bằng phần mềm
ESP3D.
Phạm vi nghiên cứu
Xây dựng lắp ráp máy in 3D .
Điều khiển máy in 3D qua mạng Internet bằng Raspberry và Esp8266.
4. PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
Tìm hiểu qua Internet
Sử dụng kết quả nghiên cứu
Vận dụng, sử dụng tài liệu tham khảo, mơ hình máy móc.
Tham khảo các mơ hình qua Internet.
Xây dựng mơ hình thực nghiệm.
5. BỐ CỤC ĐỒ ÁN
Đồ án thực hiện với các nội dung sau:
13
Chƣơng 1:Cơ sở lý thuyết về máy in 3D.
Chƣơng 2:Lắp đặt máy in 3D.
Chƣơng 3:Cải tiến máy in.
Chƣơng 4:Kết luận, kiến nghị.
Trong quá trình thực hiện đồ án do kiến thức và hạn chế về kinh tế nên không thể
tránh khỏi những sai sót nhất định. Kính mong nhận đƣợc sự đóng góp ý của các thầy
cơ để đồ án đƣợc hoàn chỉnh hơn.
14
CHƢƠNG 1
CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ MÁY IN 3D
1.1. GIỚI THIỆU CHUNG
Trong đồ án tốt nghiệp tôi sử dụng công nghệ in 3D FDM để thiết kế và xây dựng
máy in 3D sử dụng mạch điều khiển MKS Gen để điều khiển hoạt động của máy in 3D.
Đối với công nghệ in 3D FDM là công nghệ in đƣợc sử dụng phổ biến và dễ dàng
tiếp cận đến với ngƣời sử dụng.
Phân loại theo kết cấu chuyển động phần cơ khí thì hiện nay đang phổ biến với 3
loại máy in 3D: Cartesian, Delta và Polar.
Cartesian, Delta và Polar đều có những điểm mạnh và điểm yếu riêng của từng
dịng máy phù hợp cho nhu cầu sử dụng và giá thành.
Cartesian: Là dòng máy in 3D sử dụng hệ chuyển động theo phƣơng X, Y, Z để
di chuyển đầu đùn nhựa [4]. Cartesian là dòng máy in 3D tiêu biểu trong dòng máy in
3D mã nguồn mở. Các loại Cartesian chính hiện nay là Prusa I3 hay Mendel và
Creality Ender.
Hình 1. 1.Máy in 3D loại Cartesian [4]
Ƣu điểm :
-Lắp ráp, sửa chữa và bảo dƣỡng một cách dễ dàng và tiện lợi.
-Khổ in rộng tùy theo nhu cầu sử dụng.
15
-Mã nguồn mở lớn dễ dàng thay đổi trong công việc.
-Phù hợp với những ngƣời mới bắt đầu với công nghệ in.
Nhƣợc điểm:
-Khối lƣợng khi in chuyển động lớn.
-Tốc độ in khơng cao và gây ồn.
-Khi hoạt động máy có độ sai lệch và giảm độ chính xác.
-Kích thƣớc lớn.
Delta: Là dòng máy in chuyển động theo nguyên lý robot Delta, chuyển động
song song dể di chuyển đầu đùn [4].Anycubic Delta, SeeMeCNC Rostock Max,
Monoprice là những loại máy in 3D tiêu biểu cho dịng Delta.
Hình 1. 2.Máy in 3D loại Delta [4]
Ƣu điểm:
- Khối lƣợng khi in chuyển động nhỏ và di chuyển theo trục thẳng đứng.
- Hoạt động ít rung, tốc độ cao và gia tăng độ chính xác khi in.
- In đƣợc các vật thể có chiều cao lớn.
- Bàn nhiệt khi in không chuyển động tránh trƣờng hợp vật in bị lệch vị trí khi in.
Nhƣợc điểm:
16
- Lắp ráp, căn chỉnh máy và bảo dƣỡng khó khăn.
- Chiều cao của máy lớn,cồn kềnh tốn diện tích.
- Giá thành đắt .
Polar: Là dịng máy in mới, ít phổ biến hơn hai loại trên. Mặt bàn in đƣợc di
chuyển theo nguyên lý của tọa độ cực [4].
Hình 1. 3.Máy in 3D loại Polar [4]
Ƣu điểm :
-Loại thiết kế mới.
-Hoạt động của máy ít rung lắc hơn so với Cartesian.
-Mơ hình máy khơng q to.
-In đƣợc kích thƣớc vật lớn.
Nhƣơc điểm:
-Qn tính của máy in lớn vì mặt bàn phải di chuyển liên tục.
-Tốc độ in không cao.
-Lắp ráp và chỉnh sửa máy khó.
-Giá thành kinh tế cao.
17
Các loại máy in 3D sử dụng với nhiều dạng thiết kế khác nhau nhƣng đều hoạt
động trên vi mạch điều khiển chung với các động cơ trong quá trình in 3D và ở đồ án
nghiên cứu lắp đặt máy in 3D này, tơi sử dụng hình thức in 3D FDM và loại chuyển
động hệ trục tọa độ Cartesian.
Mạch điều khiển MKS Gen là một mạch điện tích hợp giữa mạch Mega 2560 và
Ramp 1.4 đƣợc sử dụng cho nền tảng máy in 3D Reprap và cho các thiết bị CNC khác.
Mạch sử dụng chip xử lý Atmega 2560 tƣơng tự nhƣ Aruino Mega 2560 cùng với các
chức năng của mạch Ramp 1.4.
Với việc tích hợp giứa hai mạch điều khiển Mega 2560 và Ramp 1.4. Đã góp phần
giúp cho mạch trở lên gọn nhẹ, thêm nhiều chức năng giúp phần phát triển công suất
hoạt động của máy in khi hoạt động và đa dạng về các hình thức cũng nhƣ chức năng
của máy.
Nhƣ vậy nếu thay đổi các chƣơng trình firmware phù hợp với kích thƣớc và thơng
số của phần cơ khí cũng nhƣ thơng số cho động cơ bƣớc hoạt động sẽ giúp cho việc
cải tiến cũng nhƣ nâng cấp máy.
1.2.
ĐẶC ĐIỂM BỘ ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH
Nhu cầu về một vi mạch điều khiển dễ sử dụng, linh hoạt phù hợp và có cơng suất
cao, cũng nhƣ giá thành thấp dễ tiếp cận với ngƣời sử dụng. Đã thúc đẩy sự phát triển
và nâng cấp mosfet công suất cho việc gia nhiệt và cung cấp nhiệt cho bàn in. Nâng
cấp thêm đầu in cho việc sử dụng máy in 3D thay vì in 1 đầu 1 thành 2 đầu in. Thay
đổi nguồn cung cấp từ 12-24V.
Hoạt động của MKS Gen là vi mạch điều khiển động cơ bƣớc và gia nhiệt cho đầu
in 3D để đùn chất liệu nhựa khi in.
Phần cứng, MKS Gen sử dụng Ic tƣơng tự nhƣ Mega 2560 và có các đặc điểm
thích hợp cho việc phát triển đa năng trong sản xuất.
Kết nối lập trình sử dụng cổng USB type B chuẩn cho việc kết nối chỉnh sửa lập
trình code phù hợp với máy in 3D.
Ngơn ngữ lập trình chun dùng C++ và G-code dễ hiểu và dễ sử dụng.
Dễ dàng thay đổi cập nhật firmware phù hợp với nhu cầu sử dụng khi sử dụng IC
giao tiếp CH340.
Các đặc điểm của MKS đƣợc sử dụng rộng rãi trong việc điều khiển các máy
CNC, Laser,… trong cơng nghiệp và điều khiển máy móc robot.
18
1.3.
GIỚI THIỆU VỀ MKS GEN LV1.0
1.3.1. Tổng quan về MKS Gen LV1.0
Vi mạch điều khiển MKS Gen LV1.0 mang sức mạnh và tính linh hoạt để điều
khiển động cơ và gia tăng công suất khi hoạt động, hỗ trợ các yêu cầu về điều khiển tự
động. Thiết kế nhỏ gọn tiện ích đã góp phần khiến cho MKS Gen LV1.0 trở thành giải
pháp phù hợp cho việc điều khiển và hoạt động của động cơ [5].
Sử dụng cổng USB type B và sử dụng IC CH340 giúp việc giao tiếp tiện lợi
hơn.
1.3.2. Cấu tạo của MKS Gen LV1.0
Hình 1. 4.Thành phần MKS Gen LV1.0 [5]
(1) Cổng kết nối cấp nguồn 12/24V.
(2) Cổng kết nối bàn nhiệt.
(3) Cổng kết nối đầu nung E1.
19
(4) Cổng kết nối đầu nung E2.
(5) Cổng kết nối quạt tản nhiệt cho đầu in.
(6) Cổng kết nối dử dụng driver điều khiển động cơ bƣớc (TB6600,…).
(7) Các cổng kết nối jumper liên kết driver.
(8) Cổng kết nối Driver ( A4988, A4982, DRV8825, TMC2100, LV8729,…).
(9) Cổng cấp nguồn 12/24V sử dụng cho quạt tản nhiệt vi mạch.
(10)Cổng kết nối Stepmotor Trục X.
(11)Cổng kết nối Stepmotor Trục Y.
(12)Cổng kết nối Stepmotor Trục Z.
(13)Cổng kết nối Stepmotor Điều khiển động cơ đùn nhựa 1.
(14) Cổng kết nối Stepmotor Điều khiển động cơ đùn nhựa 2.
(15)Cổng cơng tắc hành trình trục X.
(16) Cổng kết nối màn hình LCD (LCD 12864, LCD 2004,…).
(17) Cổng cơng tắc hành trình trục Y.
(18) Cổng cơng tắc hành trình trục Z.
(19)Cổng kết nối AUX-2/3 dùng để giao tiếp điều khiển Servo.
(20)Cổng cấp nguồn 5V.
(21)Cổng điều khiển Servo.
(22)Cổng kết nối cảm biến đầu đùn E1.
(23)Cổng kết nối cảm biến bàn nhiệt.
(24) Cổng kết nối cảm biến đầu đùn E2.
(25)Cổng kết nối màn hình TFT.
(26)Cổng kết nối USB type B.
Vi mạch điều khiển sử dụng chip xử lý Atmega 2560 cung cấp dung lƣợng và
tính năng điều khiển các thiết bị khi lập trình giúp chúng tao ra các giải pháp cho
nhiều ứng dụng khác nhau có hiệu qua trong công việc sử dụng [5].
20
Bảng 1. Thông số kỹ thuật MKS Gen LV1.0 [5]
Chức năng
MKS Gen LV1.0
Kích thƣớc vật lý (mm)
110x84x22 mm
Flash Memory
256KB
SRAM
8KB
EEPROM
4KB
Clock Speed
16Mhz
Điện áp
12/24V
Chip USB to TTL
CH340
Kết nối không dây
Wifi/Bluetooth
Cảm biến nhiệt
NTC 100K
Endstop
6
Fan
1
Bộ đùn
2
Hỗ trợ Driver
A4988,A4982,DRV8825,TMC2100,LV8729,
TB6600,…
Hỗ trợ LCD điều khiển
LCD2004, LCD12864, MKS TFT,OLED,…
Phần mềm hỗ trợ
Cura, Simplify3D,Repetier-host,…
File in hỗ trợ
G-code
Thẻ nhớ
Tùy thuộc vào màn hình LCD
21
CHƢƠNG 2
LẮP ĐẶT MÁY IN 3D
2.1. TỔNG QUAN VỀ MÔ HÌNH MÁY IN 3D
Trong đồ án lần này tơi sẽ lắp đặt và cải tiến mơ hình máy in 3D sử dụng công
nghệ in FDM và sử dụng kết cấu chuyển động cơ khí Cartesian .
Hình 2. 1.Kết cấu chuyển động cơ khí Cartesian [4]
22
2.2. SƠ ĐỒ KHỐI CỦA HỆ THỐNG
Hình 2. 2.Sơ đồ khối của hệ thống
2.3. SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ CỦA HỆ THỐNG
Nguyên lý hoạt động của hệ thống :
-
Đầu tiên, ta cấp nguồn 12V/30A cung cấp cho toàn bộ hệ thống.
-
Kết nối động cơ bƣớc điều khiển các trục x, y, z cho các trục di chuyển.
-
Ta thiết lập file in .gcode trên màn hình in LCD 12864 chọn file cần in.
-
Vi điều khiển sẽ nhận thông tin điều khiển qua màn hình, vi mạch bắt đầu
hoạt động.
-
Cung cấp nhiệt cho đầu in chuẩn bị cho việc in ấn.
-
Cung cấp nhiệt cho bàn in.
-
Sau khi nhiệt cung cấp đủ cho thiết bị thông qua cảm biến nhiệt gắn ở đầu in
và bàn in.
23
