Đồ án tốt nghiệp Mô hình thiết kế máy in 3D

Luận Văn Group viết luận văn thạc sĩ,chuyên đề,khóa luận tốt nghiệp, báo cáo thực tập,
Assignment, Essay
Zalo/Sdt 0967 538 624/ 0886 091 915 Website:lamluanvan.net
HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG
CƠ SỞ TP. HỒ CHÍ MINH
KHOA KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ 2
ĐỒ ÁN
TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ - MÁY TÍNH
HỆ CHÍNH QUY
NIÊN KHÓA: 2013-2018
ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ MÔ HÌNH MÁY IN 3D
Mã Đề Tài : 18- N13DCDT080/079
Sinh viên thực hiện:
MSSV:
Sinh viên thực hiện:
MSSV:
Giáo viên hướng dẫn:
LÊ MINH SANG
N13DCDT080
LÊ MINH QUANG
N13DCDT079
PHẠM THỊ ĐAN NGỌC
Tháng 12/ 2017
Tp. Hồ Chí Minh

Assignment, Essay
HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG
CƠ SỞ TP. HỒ CHÍ MINH
KHOA KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ 2
ĐỒ ÁN
TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ - MÁY TÍNH
HỆ CHÍNH QUY
NIÊN KHÓA: 2013-2018
ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ MÔ HÌNH MÁY IN 3D
Mã Đề Tài : 18- N13DCDT080/079
NỘI DUNG:
- CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU TỔNG QUAN
- CHƯƠNG II: NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG MÁY IN 3D
- CHƯƠNG III: THIẾT KẾ MÔ HÌNH MÁY IN THỰC TẾ
Sinh viên thực hiện: LÊ MINH SANG
MSSV: N13DCDT080
Sinh viên thực hiện: LÊ MINH QUANG
MSSV: N13DCDT079
Giáo viên hướng dẫn: PHẠM THỊ ĐAN NGỌC

Assignment, Essay
LỜI CẢM ƠN
Khi hoàn thành đồ án tốt nghiệp này cũng là lúc nhóm gần kết thúc thời gian học
tập tại trường Học Viện Công Nghệ Bưu Chính Viễn Thông Cơ Sở Tp.HCM.
Khoảng thời gian học tập và nghiên cứu tại Trường đã giúp cho nhóm hiểu và yêu
quý nơi đây nhiều hơn. Nhà trường và Thầy Cô không những truyền đạt cho nhóm
những kiến thức chuyên môn mà con giáo dục cho em về lý tưởng, đạo đức trong
cuộc sống. Đây là những hành trang không thể thiếu cho cuộc sống và sự nghiệp
của nhóm sau này. Nhóm xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến tất cả các Quý Thầy
Cô đã tận tình chỉ bảo, dẫn dắt nhóm đến ngày hôm nay để có thể vững bước trên
con đường học tập và làm việc sau này.
Đồ án tốt nghiệp đã đánh dấu việc hoàn thành những năm tháng miệt mài học
tập của nhóm. Và đồ án này cũng đánh dấu sự trưởng thành trên con đường học tập
của nhóm. Qua đây nhóm xin gửi lời cảm ơn đến gia đình và bạn bè đã luôn động
viên và tạo mọi điều kiện để nhóm hoàn thành khóa học.
Cuối cùng, nhóm xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc nhất đến Cô Phạm Thị Đan
Ngọc với sự nhiệt tình giúp đỡ, tạo điều kiện thuận lợi và sự định hướng đúng đắn
và kịp thời của Cô đã giúp nhóm rất nhiều trong quá trình thực hiện đồ án.
Sinh viên thực hiện
Lê Minh Quang
Lê Minh Sang
i

Assignment, Essay
MỤC LỤC
LỜI MỞ ĐẦU ..................................................................................................................
CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU TỔNG QUAN ................................................................. 2
1.1Tính cấp thiết của đề tài ..................................................................................... 2
1.2 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài ........................................................... 2
1.3 Mục tiêu nghiên cứu........................................................................................... 2
1.4 Phạm vi nghiên cứu............................................................................................ 2
1.5 Phương pháp nghiên cứu.................................................................................... 2
1.6 Giới thiệu công nghệ tạo mẫu nhanh. ................................................................ 3
1.6.1 Đặc điểm và nguyên lý tạo mẫu nhanh.......................................................... 3
1.6.2Lịch sử và sự phát triển của công nghệ tạo mẫu nhanh. ................................ 4
1.7 Ứng dụng công nghệ tạo mẫu nhanh.................................................................. 5
1.7.1 Ứng dụng trong y học: ................................................................................... 5
1.7.2Ứng dụng trong xây dựng. ............................................................................. 6
1.7.3 Ứng dụng trong sản xuất ô tô......................................................................... 7
1.7.4 Linh kiện thay thế .......................................................................................... 8
CHƯƠNG II: NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG MÁY IN 3D......................................... 9
2.1 Sơ lược quá trình tạo mẫu nhanh. ...................................................................... 9
2.2 Giới thiệu một số công nghệ tạo mẫu nhanh...................................................... 9
2.2.1 Công nghệ SLA (Stereo lithography apparatus )........................................... 9
2.2.2 Công nghệ LOM (Laminated Object Manufacture ) ................................... 11
2.2.3 Công nghệ SLS (Selective Laser Sintering) ................................................ 12
2.2.4 Công nghệ in 3D FDM (Fused Deposition Manufacturing )....................... 13
2.3 Giới thiệu một số mẫu máy in 3D .................................................................... 14
2.3.1Cartesian ...................................................................................................... 14
2.3.2 Delta............................................................................................................. 15
2.3.3 Polar ............................................................................................................. 16
2.4 Phân tích phương pháp in 3D FDM ................................................................. 16
2.4.1 Lý do lựa chọn FDM ................................................................................ 16
ii

Assignment, Essay
2.4.2 Nguyên lý hoạt động................................................................................. 16
2.4.3 Hỗ trợ........................................................................................................ 17
2.4.4 Tốc độ ........................................................................................................ 17
2.4.5 Lựa chọn sử dụng ...................................................................................... 18
2.4.6 Lưu ý công nghệ ........................................................................................ 18
2.5 Vi điều khiển .................................................................................................... 18
2.6 Board RAMPS 1.4 ........................................................................................... 20
2.7 Driver A4988 ................................................................................................... 22
2.8 Cơ cấu truyền động .......................................................................................... 24
2.9 Bộ hiển thị LCD graphics 128x64/ SD card .................................................... 25
2.10 Cảm biến nhiệt độ .......................................................................................... 26
2.11 Công tắc hành trình ........................................................................................ 27
2.12 Linh kiện cơ khí ............................................................................................. 28
2.13 Khái quát về điều khiển PID .......................................................................... 31
Chương III: THIẾT KẾ MÔ HÌNH MÁY IN THỰC TẾ....................................... 33
3.1 Những yếu tố cần thiết của một máy in 3D...................................................... 33
3.2 Phương án thiết kế sao cho phù hợp với các yêu cầu đề ra.............................. 33
3.3 Lựa chọn thiết kế khung máy:.......................................................................... 35
3.4 Lựa chọn hệ thống truyền động: ..................................................................... 35
3.4.1 Truyền động trên mặt phẳng Oxy: ............................................................ 35
3.4.1.1 Truyền động culit kết hợp với thanh ray trượt: .................................... 35
3.4.1.2 Truyền động đai kết hợp thanh dẫn hướng .......................................... 36
3.4.1.3 Các loại bộ truyền đai................................................................................. 37
3.4.2 Truyền động trên trục Oz ............................................................................... 38
3.5 Phân tích vật liệu in sản phẩm 3D.................................................................... 41
3.5.1 Mực in Resin................................................................................................ 41
3.5.2 Sợi nhựa in 3D ............................................................................................. 41
3.6 Lựa chọn đầu phun vật liệu .............................................................................. 43
3.7 Sơ đồ khối và chức năng từng khối của máy in 3D ......................................... 45
3.8 Kết nối hệ thống: .............................................................................................. 46
iii

Assignment, Essay
3.9 File G-Code:..................................................................................................... 47
3.10 Thiết lập Firmware Marlin ............................................................................... 47
3.10.1 Cài đặt tốc độ truyền dữ liệu...................................................................... 48
3.10.2 Board điều khiển ........................................................................................ 48
3.10.3 Số đầu đùn.................................................................................................. 48
3.10.4 Cài đặt thông số cảm biển nhiệt độ:........................................................... 48
3.10.5 Cài đặt nhiệt độ: ......................................................................................... 49
3.10.6 Độ ổn định nhiệt độ đầu đùn...................................................................... 49
3.10.7 Thiết lập PID cho đầu nung ....................................................................... 49
3.10.8 Nhiệt độ tối thiểu trước khi di chuyển đầu đùn ......................................... 50
3.10.9 Kiểm tra sự cố cảm biến nhiệt độ: ............................................................. 50
3.10.10 Tín hiệu kích hoạt Endstop ...................................................................... 50
3.10.11 Kích thước máy in ................................................................................... 51
3.10.12 Đảo hướng các trục tọa độ ....................................................................... 51
3.10.13 Vị trí Home .............................................................................................. 51
3.10.14 Số trục máy in: ......................................................................................... 52
3.10.15 Số bước động cơ trên mỗi trục:................................................................ 52
3.11 Phần mềm hiệu chỉnh, nạp file .STL và xuất mã G-code ................................ 53
3.11.1 Phần mềm CURA ...................................................................................... 53
3.11.2 Tinh chỉnh các thông số in ......................................................................... 54
3.12 Kết quả và đánh giá.......................................................................................... 57
3.12.1 Kết quả ....................................................................................................... 57
3.12.2 Đánh giá và một số khắc phục ................................................................... 60
3.13 Tổng kết và hướng phát triển ........................................................................... 62
3.13.1 Tổng kết ..................................................................................................... 62
3.13.2 Hướng phát triển ........................................................................................ 62
TÀI LIỆU THAM KHẢO ..................................................................................... 63
iv

Assignment, Essay
DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 1.1: Kỹ sư Charles Hull - cha đẻ của công nghệ in 3D...................................... 4
Hình 1.2: Tay giả được in công nghệ 3D............................................................................. 5
Hình 1.3: Cơ quan bên trong cơ thể con người bằng công nghệ in 3D .................. 6
Hình 1.4: Nhà ở được xây dựng bằng in 3D ...................................................................... 7
Hình 1.5: Ô tô được tạo ra nhờ công nghệ in 3D............................................................. 8
Hình 1.6: Linh kiện được in 3D............................................................................................... 8
Hình 2.1: Sơ đồ quá trình tạo mẫu.......................................................................................... 9
Hình 2.2: Sơ đồ nguyên lý tạo mẫu SLA.......................................................................... 10
Hình 2.3: Sơ đồ nguyên lý tạo mẫu LOM ........................................................................ 11
Hình 2.4: Sơ đồ nguyên lý tạo mẫu SLS........................................................................... 12
Hình 2.5: Nguyên lý tạo mẫu FDM..................................................................................... 13
Hình 2.6: Máy in 3D loại Cartesian .................................................................................... 14
Hình 2.7: Máy in loại Delta .................................................................................................... 15
Hình 2.8: Board Arduino Mega2560.................................................................................. 19
Hình 2.9: Board RAMPS 1.4 ................................................................................................. 20
Hình 2.10: Sơ đồ nguyên lý mạch RAMPS 1.4............................................................. 21
Hình 2.11: Driver A4988......................................................................................................... 22
Hình 2.12: Sơ đồ nguyên lý driver A4988 ....................................................................... 23
Hình 2.13: Động cơ bước......................................................................................................... 24
Hình 2.14: Bộ hiển thị LCD 128x64................................................................................... 26
Hình 2.15: Cảm biến nhiệt độ................................................................................................ 27
Hình 2.16: Công tắc hành trình............................................................................................. 27
Hình 2.17: Nhôm định hình.................................................................................................... 28
Hình 2.18: Góc ke ....................................................................................................................... 28
Hình 2.19: Vitme, đai ốc M5.................................................................................................. 29
Hình 2.20: Khớp nối ................................................................................................................. 29
Hình 2.21: Bánh răng................................................................................................................. 29
Hình 2.22: Dây curoa. ............................................................................................................... 30
Hình 2.23: Thanh trượt, con trượt tuyến tính.................................................................. 30
Hình 2.24: Mica, kiếng trong máy in 3D.......................................................................... 30
v

Assignment, Essay
Hình 2.25: Nhựa máy in 3D ................................................................................................... 31
Hình 2.26: Sơ đồ khối bộ điều khiển PID......................................................................... 31
Hình 3.1: Đầu đùn....................................................................................................................... 33
Hình 3.2: Phần tản nhiệt được thiết kế dạng lá kết hợp thêm quạt giúp tản nhiệt
tốt hơn. ............................................................................................................................................. 34
Hình 3.3: Truyền động culit kết hợp với thanh ray trượt........................................... 35
Hình 3.4: Truyền động bằng đai kết hợp thanh dẫn hướng...................................... 36
Hình 3.5: Thông số đai thang................................................................................................. 37
Hình 3.6: Cơ cấu dùng vítme đai ốc.................................................................................... 39
Hình 3.7: Cấu tạo của Vitme – đai ốc ................................................................................ 39
Hình 3.8: Vitme đai ốc bi. ....................................................................................................... 40
Hình 3.9: Mặt cắt vitme đai ốc bi......................................................................................... 40
Hình 3.10: Cấu trúc hóa học nhựa ABS............................................................................ 41
Hình 3.11: Cuộn nhựa PLA với các màu sắc khác nhau............................................ 43
Hình 3.12: Cấu tạo đầu phun của máy in 3D.................................................................. 44
Hình 3.13: Sự phân bố nhiệt độ trên đầu đùn (độ K) .................................................. 45
Hình 3.14: Sơ đồ khối máy in 3D ........................................................................................ 45
Hình 3.15: Sơ đồ kết nối hệ thống....................................................................................... 46
Hình 3.16: Thiết lập Firmware Marlin............................................................................... 48
Hình 3.17: Giao diện chính của phần mềm Cura .......................................................... 53
Hình 3.18: Thẻ thiết lập Basisc............................................................................................. 54
Hình 3.19: Thẻ thiết lập Advanced...................................................................................... 56
Hình 3.20: Máy in 3D hoàn chỉnh. ...................................................................................... 57
Hình 3.21: Ốc vít trơn in từ nhựa PLA.............................................................................. 58
Hình 3.22: Mô hình Batman được in từ nhựa ABS...................................................... 58
Hình 3.23: Xương cá in từ nhựa PLA ................................................................................ 59
Hình 3.24: Con tê tê in từ nhựa PLA.................................................................................. 59
Hình 3.25: Một số chi tiết của đèn học in từ nhựa PLA............................................. 60
Hình 3.26: Hiện tượng hở mặt sản phẩm và giữa các lớp in.................................... 61
Hình 3.27: Hiện tượng nhựa không dính bàn in ............................................................ 61
vi

Assignment, Essay
DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 2.1: Thông số kỹ thuật Arduino Mega2560 ..................................................................... 19
Bảng 2.2: Chọn chế độ điều khiển cho driver A4988.............................................................. 23
Bảng 2.3: Thông số kỹ thuật của động cơ bước ......................................................................... 25
Bảng 3.1: Thông số các dạng truyền động đai............................................................................ 38
vii

Assignment, Essay
DANH SÁCH CÁC TỪ VIẾT TẮT
- FDM (Fused Deposition Manufacturing ).
- SLA (Stereo lithography apparatus ).
- LOM (Laminated Object Manufacture ).
- SLS (Selective Laser Sintering).
- ABS (Acrylonitrin Butadien Styrene).
- PLA(Polylactic acid).
viii

Assignment, Essay
LỜI MỞ ĐẦU
LỜI MỞ ĐẦU
Ngày nay khoa học kỹ thuật ngày càng tiến bộ, công nghệ in 3D không chỉ phát
triển mạnh trong công nghiệp mà nó còn vươn ra nhiều lĩnh vực khác như: y học, xây
dựng, chế tạo công cụ,..In 3D trở thành một trong những ngành công nghệ quan trọng
đối với đời sống con người. Công nghệ in 3D ngày càng tạo ra những sản phẩm có
chất lượng, đáp ứng hầu hết nhu cầu của con người.
Trên thế giới, tầm ảnh hưởng ngày càng tăng. Nhiều thành tựu liên quan đến công
nghệ in 3D, ... cho thấy nó có một sức hút vô cùng to lớn đối với những bộ óc đam mê
nghiên cứu. Ở Việt Nam, công nghệ in 3D rất phổ biến và đang được quan tâm, đặc
biệt là sự xuất hiện không ngừng những công ty chuyên ngành chuyên sản xuất về lĩnh
vực in ấn 3D
Đề tài này được thực hiện trong bối cảnh ngành công nghệ in 3D đã và đang rất
phát triển trong nước. Nhiều trường đại học, các công ty, hay cá nhân đều đã tự chế tạo
và sản xuất thành công, ứng dụng rộng rãi trong đời sống.
SVTH: LÊ MINH QUANG LỚP: D13CQKD-02N I

Assignment, Essay
LÊ MINH SANG

Assignment, Essay
CHƯƠNG I : GIỚI THIỆU TỔNG QUAN
CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU TỔNG QUAN
1.1 Tính cấp thiết của đề tài
Kể từ những thập niên 1980s đến nay công nghệ tạo mẫu nhanh đã được cải tiến và
phát triển rất nhiều. Hàng loạt phương pháp và công nghệ tạo mẫu ra đời, mỗi công
nghệ tạo mẫu có những ưu điểm riêng. Một trong những phương pháp tạo mẫu được
sử dụng phổ biến nhất là công nghệ FDM với những ưu điểm như: đơn giản, dễ
thiết kế, vật liệu dễ tìm, không gây độc hại.
Bên cạnh những ưu điểm đó thì nhược điểm là độ bóng bề mặt thấp, tốc độ in chưa
cao … Từ những ưu điểm và nhược điểm đó nhóm quyết định thiết kế chế tạo mẫu
máy in 3D có thể phát huy được những ưu điểm của công nghệ này đồng thời nâng
cao tốc độ và chất lượng mẫu in.
1.2 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
Thiết kế mẫu máy in 3D với chất lượng mẫu in tốt phục vụ cho công việc nghiên
cứu và giảng dạy trên trường lớp.
Phát triển chất lượng về mẫu in, kết cấu máy so với những dòng máy in 3D truyền
thống trên thị trường từ nhưng vẫn phải đảm bảo về mức giá hợp lý.
1.3 Mục tiêu nghiên cứu
Mục tiêu nghiên cứu là thiết kế và chế tạo máy in 3D sử dụng công nghệ in FDM,
thay đổi một số thiết kế so với một số dòng máy in 3D truyền thống, nâng cao chất
lượng mẫu in, tốc độ mẫu in...
1.4 Phạm vi nghiên cứu
Phạm vi nghiên cứu của đề tài như sau:
- Nghiên cứu tổng quan về công nghệ in 3D.
- Nghiên cứu, thiết kế cơ cấu truyền động của máy.
- Nghiên cứu phần mềm giao tiếp, hỗ trợ lập trình in 3D.
1.5 Phương pháp nghiên cứu
Đề tài kết hợp nghiên cứu giữa phương pháp lý thuyết và thực nghiệm trên mô hình.
Cụ thể:
Nghiên cứu lý thuyết:
- Tìm kiếm, tổng hợp các tài liệu liên quan đến đề tài.
- Nghiên cứu về lý thuyết tạo mẫu nhanh với công nghệ FDM.
SVTH: LÊ MINH QUANG LỚP: D13CQKD-02N 2
LÊ MINH SANG

Assignment, Essay
- Tổng hợp tài liệu tính toán, thiết kế cơ cấu truyền động đảm bảo độ chính
xác, tối ưu hóa chuyển động.
- Tìm hiểu về thuật toán điều khiển đường chạy của đầu phun.
Thực nghiệm:
Chế tạo mô hình máy in 3D từ đó áp dụng, kiểm tra lại các lý thuyết trước đó đã
nghiên cứu.
1.6 Giới thiệu công nghệ tạo mẫu nhanh.
Tạo mẫu nhanh (Rapid Prototying Technology - RPT) là phương pháp chế tạo
vật thể thật một cách tự động từ nguồn dữ liệu được thiết kế trên máy tính bằng
phương pháp đắp dần vật liệu theo từng lớp, với tốc độ nhanh hơn nhiều so với các
phương pháp gia công chế tạo thông thường. Những chiếc máy in 3 chiều cho phép
người thiết kế có thể nhanh chóng tạo ra một thực thể chi tiết hay mô hình đúng như
thiết kế của họ. Sự phát triển của tạo mẫu nhanh có quan hệ mật thiết với sự phát triển
ứng dụng của máy tính trong công nghiệp.
Tạo mẫu nhanh hay còn biết đến là quá trình tạo mẫu theo nguyên tắc bồi đắp vật
liệu. Ngoài ra nó cũng được định nghĩa là công nghệ chế tạo mô hình vật lý hoặc mẫu
sản phẩm từ dữ liệu thiết kế 3D trên máy tính hoặc từ dữ liệu chụp cắt lớp điện toán,
hoặc từ dữ liệu của các thiết bị số hóa 3D.
In 3D là một trong những phương pháp tạo mẫu nhanh, là một chuỗi các công
đoạn khác nhau được kết hợp để tạo ra một vật thể ba chiều. Trong in ấn 3D, các lớp
vật liệu được đắp chồng lên nhau và được định dạng dưới sự kiểm soát của máy tính
để tạo ra vật thể.
1.6.1 Đặc điểm và nguyên lý tạo mẫu nhanh.
Đặc điểm: - Tạo ra vật mẫu có hình dạng giống như thiết kế, độ chính xác của
hình dáng và phức tạp cao.
- Tạo hình trực tiếp từ dữ liệu CAD.
- Thời gian gia công giảm đáng kể.
Nguyên lý: Vật liệu được bồi đắp và liên kết với nhau để tạo thành mẫu không qua cắt
gọt như phương pháp gia công truyền thống mà mẫu được tạo ra theo lớp, lớp sau
được tạo ra trên nền lớp trước.
LÊ MINH SANG

Assignment, Essay
1.6.2 Lịch sử và sự phát triển của công nghệ tạo mẫu nhanh.
- Thập niên 1980: Khái niệm về in 3D được nhen nhóm bắt đầu từ năm 1976,
thời điểm máy in phun được phát minh. Bởi vì đến năm 1984, các cải tiến và tiến bộ
mới đối với đầu in phun đã giúp đưa công nghệ từ chỗ chỉ in được mực đến in được
cả các chất liệu khác. Trong những thập kỷ sau đó, các ứng dụng của công nghệ in 3D
đã không ngừng phát triển thông qua các ngành công nghiệp khác nhau, từ cơ khí, ô
tô, hàng không, y học, sản xuất đến thiết kế trang sức.
- Năm 1984 đánh dấu sự ra đời chính thức của công nghệ in 3D mà cha đẻ là kỹ
sư Charles Hull, người sẽ trở thành đồng sáng lập công ty 3D Systems sau này, người
phát minh ra công nghệ Stereolithography huyền thoại, cho phép in những vật thể 3D
phức tạp với độ chính xác cao từ dữ liệu số.
Hình 1.1: Kỹ sư Charles Hull - cha đẻ của công nghệ in 3D
-Năm 1992: Công ty 3D systems của Charles Hull sản xuất chiếc máy in 3D đầu
tiên dùng công nghệ SLA.
- Năm 1997: Công ty Aeromet phát minh ra công nghệ LAM (laser additive
manufacturing).
- Năm 1999: Các nhà khoa học đã cấy thành công nội tạng từ tế bào của bệnh
nhân và dùng thanh đỡ in từ máy in 3D để chống đỡ các bộ phận này.
- Năm 2000: Máy in phun 3D đầu tiên ra đời tại công ty Object Geometries.
Cùng năm này Zcorp phát minh ra máy in 3D màu multicolor.
- Năm 2001 : Solidimension tạo ra chiếc desktop 3d printer đầu tiên.
LÊ MINH SANG

Assignment, Essay
- Năm 2002: Các nhà khoa học dự định tạo ra cơ quan nội tạng bằng kích cỡ thật
và có thể hoạt động được. Một quả thận từ máy in 3D đã ra đời.
- Năm 2005: Dr Adrian Bowyer ở trường đại học Bath thành lập Reprap project
để phổ cập công nghệ in 3D.
- Năm 2008: Reprap Darwin là chiếc máy đầu tiên có thể tự in ra các bộ phận của
chính nó. Cùng năm Stratasys sản xuất thành công vật liệu in FDM có tính tương hợp
sinh học. (biocompatible). Một website điện tử dành cho thị trường model in 3D mang
tên Shapeways ra đời. Makerbot không hề thua kém cho ra mắt trang Thingiverse để
chia sẻ các model miễn phí dành cho việc in 3D.
- Năm 2009: Makerbot bắt tay sản xuất bộ kit cải tiến máy Rerap cho đối tượng
người dùng lớn hơn. Bên Organovo cũng in thành công mạch máu đầu tiên.
- Năm 2011: Chiếc ô tô đầu tiên in bằng công nghệ 3D ra đời.
- Năm 2012: LayerWise in thành công bộ xương hàm ở Hà Lan.
1.7 Ứng dụng công nghệ tạo mẫu nhanh.
1.7.1 Ứng dụng trong y học:
Với y học phát triển như hiện nay, những người không may mắn bị mất đi tay hoặc
chân của mình đã có cơ hội hoạt động bình thường với những bộ chân tay giả có thể cử
động linh hoạt. Tuy nhiên giá thành của chúng không hề rẻ, có thể lên đến hàng ngàn
USD
Hình 1.2: Tay giả được in công nghệ 3D
LÊ MINH SANG

Assignment, Essay
Với công nghệ in 3D ta có thể tạo ra những bộ chân tay giả với chi phí chỉ khoảng
100 USD . Các nhà khoa học tại công ty thiết kế Autodesk và đại học Toronto đang
phát triển một phần mềm cho phép quét các bộ phận của người khuyết tất, sau đó thiết
kế những bộ phận thay thế sao cho phù hợp nhất với giá thành thấp. Chế tạo các cơ
quan cấy ghép bên trong cơ thể :
Hình 1.3: Cơ quan bên trong cơ thể con người bằng công nghệ in 3D
Các nhà khoa học đã tạo ra một bước đột phá lớn trong việc cấy ghép các cơ quan
bên trong cơ thể con người bằng công nghệ in 3D, được gọi là bioprinting. Trong đó,
các nhà khoa học đã lấy tế bào của người từ sinh thiết hay tế bào gốc, nhân bản chúng
trong đĩa petit, sau đó sử dụng như một loại mực sinh học để tạo nên các cơ quan nội
tạng của con người như tim, thận.. Các nhà khoa học hy vọng rằng bioprinting sẽ có
thể sắp xếp các tế bào một cách chính xác để mô phỏng hoàn toàn các chức năng của
các cơ quan bên trong cơ thể. Các cơ quan nhân tạo này có thể được sử dụng để thử
nghiệm thuốc, hay thậm chí có thể dùng để cấy ghép thay thế những cơ quan thật.
Nếu các cơ quan này được tạo ra từ các tế bào gốc của bệnh nhân, nó sẽ ít có nguy cơ
bị đào thải bởi hệ miễn dịch của người đó.
1.7.2 Ứng dụng trong xây dựng.
Ngày nay, với sự áp dụng khoa học – kĩ thuật tiên tiến vào công cuộc công nghiệp
hóa, hiện đại hóa, không ngoại lệ chúng ta đã và đang đón nhận một kĩ thuật mới –

Assignment, Essay
công nghệ in 3d trong xây dựng, việc thi công các công trình dân dụng từ cầu cống
đến các loại kiến trúc đòi hỏi sự tinh xảo và chuyên nghiệp hơn
Hình 1.4: Nhà ở được xây dựng bằng in 3D
Đặc điểm của công nghệ in 3d trong xây dựng là giải pháp không dùng khung và
áp dụng tường chịu lực, tường, sàn, mái, cầu thang đều dùng tấm 3D – 2 bên được
phun bê tông đá. Nhà được xây dựng bằng công nghệ in 3D hoàn toàn bằng bê tông
cốt thép, cốt liệu nhỏ, kết cấu chịu lực không gian 3 chiều (không sử dung tôn, gạch
và gỗ).
Ý tưởng xây dựng nhà ở trên mặt trăng bằng in 3D đã xuất hiện ở một số trung
tâm nghiên cứu trên thế giới. Phương pháp in 3D trong xây dựng có thể mang lại
những cải tiến đáng kể về chất lượng, tốc độ, chi phí, đặc biệt là chi phí trong lao
động, cải thiện tính linh hoạt, đảm bảo an toàn xây dựng và giảm các tác động môi
trường.
1.7.3 Ứng dụng trong sản xuất ô tô
Các linh kiện ô tô được chế tạo bằng công nghệ in 3D đã được sử dụng một thời
gian, tuy nhiên có một ý tưởng táo bạo hơn đó là chế tạo nguyên một chiếc ô tô bằng
công nghệ in 3D. Chiếc xe được sản xuất năm 2013, có hai bánh và có thể chở được
hai hành khách, với các chi tiết được làm chủ yếu từ nhựa nhờ máy in 3D. Chiếc xe
được trang bị động cơ hybrid được làm bằng sắt.
Mặc dù chiếc xe có thể chưa hoàn hảo, nhưng nó mở ra một hướng phát triển mới cho
ngành sản xuất ô tô. Với công nghệ in 3D, những chiếc ô tô có thể được chế tạo từ loại
LÊ MINH SANG

Assignment, Essay
vật liệu rẻ, nhẹ và bền không kém gì sắt thép, trong khi có thể dễ dàng gia công và tạo
đường nét.
Hình 1.5: Ô tô được tạo ra nhờ công nghệ in 3D
1.7.4 Linh kiện thay thế
Các đồ điện tử, hay bất kỳ đồ vật nào xung quanh chúng ta đều có thể bị hỏng
một vài bộ phận. Thông thường nếu không thể sửa chúng ta sẽ phải thay thế bằng
những linh kiện mới. Tuy nhiên, với công nghệ in 3D mọi rắc rối này đều có thể được
giải quyết dễ dàng. Giờ đây bạn có thể tải về các tập tin thiết kế của những linh kiện
đó, sau đó sử dụng máy in 3D tại nhà để tạo ra một cái khác hoàn toàn mới để thay
thế.
Hình 1.6 Linh kiện được in 3D

Assignment, Essay
CHƯƠNG II: NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG MÁY IN 3D
2.1 Sơ lược quá trình tạo mẫu nhanh
Quá trình tạo mẫu nhanh được thể hiện qua sơ đồ khối sau:
Mô hình Tiền xử Tạo mẫu
Hậu xử lý
CAD 3D lý tự động
Hình 2.1: Sơ đồ quá trình tạo mẫu
Bước 1: Tạo mô hình 3D dạng mặt hay khối.
Bước 2: Tiền xử lý:
- Chuyển đổi định dạng file CAD 3D sang định dạng file .stl xấp xỉ bề mặt
dưới dạng tam giác.
- Sử dụng các phần mềm thiết kế các kết cấu hỗ trợ (support), kiểm tra file
stl và chỉnh sửa, cắt lớp chi tiết.
- Xuất file Gcode tạo đường chuyển động
Bước 3: Tạo mẫu tự động.
Bước 4: Hậu xử lý: Tháo các bộ phận support, xử lý bề mặt, …
2.2 Giới thiệu một số công nghệ tạo mẫu nhanh
2.2.1 Công nghệ SLA (Stereo lithography apparatus )
Công nghệ SLA được phát minh ở Mỹ vào năm 1984. Phương pháp tạo mẫu lập
thể SLA dựa vào nguyên tắc đông cứng vật liệu lỏng photopolymer thành hình dạng
rõ ràng khi nó được chiếu bởi một chùm tia laser cường độ cao. Có thể sử dụng
Laser He-Cd với bước sóng 325nm hoặc Laser dạng rắn Nd:YVO4 với bước sóng
354,7nm.

Assignment, Essay
Hình 2.2: Sơ đồ nguyên lý tạo mẫu SLA
Tại vị trí bệ đỡ cao nhất thì trên tấm là một lớp chất lỏng cạn. Máy phát laser phát ra
chùm tia cực tím tập trung trên một diện tích của lớp chất lỏng và di chuyển theo
hướng X – Y.
Chùm tia cực tím chiếu sáng làm đông đặc lớp dung dịch tạo nên một khối đặc, bệ
đỡ được hạ xuống một khoảng bằng chiều dày 1 lớp và quá trình được lặp lại.
Quá trình được tiếp diễn cho đến khi đạt được kích thước của chi tiết. Phần dung
dịch xung quanh không bị đông kết và có thể được sử dụng cho lần kế tiếp.
 Ưu điểm:
- Tạo mẫu có độ chính xác cao, bề mặt nhẵn.
- Độ phân giải cao phù hợp với các chi tiết phức tạp.
- Hệ thống cững vững và tự động hoàn toàn.
 Nhược điểm:
- Máy móc sử dụng công nghệ này cồng kềnh hơn và đắt hơn so với các công
nghệ in 3D khác.
- Cần phải bảo quản mẫu trong phòng tối để tránh ánh sáng mặt trời làm cong vật
liệu nhựa cảm quang tạo mẫu.
- Yêu cầu sự bảo dưỡng mẫu cẩn thận và cần xử lý mẫu sau khi in.
- Ngoài ra mẫu có thể chứa một lượng nhựa độc hại tồn tại trong một thời gian
hữu hạn.

Assignment, Essay
2.2.2 Công nghệ LOM (Laminated Object Manufacture )
Hình 2.3: Sơ đồ nguyên lý tạo mẫu LOM
Vật thể được xây dựng nên từng lớp một bằng cách lăn ép từng lớp giấy hay vật
liệu dạng tấm khác và biên dạng của vật thể trên lớp ấy được cắt bởi tia laser CO2.
Mỗi lớp của quá trính xây dựng chứa những mặt cắt của một hay nhiều chi tiết. Lớp
tiếp theo được ép và xây dựng trực tiếp trên mặt của lớp kế trước. Phương Z được
điều khiển bởi một bàn đỡ và hạ xuống sau khi mỗi lớp được tạo thành. Chiều Z được
đo một cách chính xác để dữ liệu về mặt cắt tương ứng được tính chính xác cho mỗi
lớp.
 Ưu điểm:
- Độ chính xác cao, việc cắt các nguyên liệu thay vì hóa rắn giúp vật liệu giữ
nguyên được đặc tính ban đầu.
- Tốc độ cao, nhanh hơn các phương pháp tạo lớp khác.
- Không có sự đổi pha trong quá trình chế tạo nên sản phẩm tránh được độ co rút.
- Không độc hại và ô nhiễm môi trường.
- Không cần thiết có thêm cấu trúc đỡ phụ bởi vì phân vật liệu tạo bởi các đường
ngang dọc đã đảm nhận vai trò này và được tách ra khỏi vật.
 Nhược điểm:
- Phương pháp cho ra chi tiết dễ bị cong vênh.
- Không thu hồi được vật liệu dư.
LÊ MINH SANG

Assignment, Essay
- Độ láng mịn bề bặt không cao.
2.2.3 Công nghệ SLS (Selective Laser Sintering)
Hình 2.4: Sơ đồ nguyên lý tạo mẫu SLS
Công nghệ này dựa trên nguyên lý thiêu kết làm nóng chảy vật liệu bằng chùm
tia laser. Sau khi con lăn trải ra trên mặt bàn một lớp bột với chiều dày đã được định
trước, laser sẽ quét phủ trên bề mặt cần tạo lớp, các hạt vật liệu sẽ kết dính tạo thành
một lớp. Sau đó xy lanh hạ xuống một khoảng cách bằng độ dày lớp kế tiếp, bột
nguyên liệu được đưa vào và quá trình được lặp lại cho đến khi chi tiết được hoàn
thành. Trong quá trình chế tạo, những phần vật liệu không nằm trong đường bao mặt
cắt sẽ được lấy ra sau khi hoàn thành chi tiết, và được xem như bộ phận phụ trợ để
cho lớp mới được xây dựng.
 Ưu điểm:
- Vật liệu đa dạng, an toàn, và rẻ ( bột thủy tinh, bột gốm sứ,... ).
- Có thể chế tạo nhiều vật liệu cùng lúc.
- Lượng vật liệu đưa vào quá trình cao nên quá trình in ấn diễn ra nhanh.
- Không cần hệ thống hỗ trợ ( support ).
- Mật độ chi tiết của vật thể không đồng nhất.
- Độ bóng bề mặt thô.
- Lớp vật liệu đầu tiên dễ bị cong vênh do chịu ảnh hưởng của nhiệt độ.
LÊ MINH SANG

Assignment, Essay
- Những chi tiết được chế tạo bằng phương pháp SLS tương đối nhám và có
những lỗ hỗng nhỏ trên bề mặt nên cần phải xử lý sau khi chế tạo (xử lý tinh).
2.2.4 Công nghệ in 3D FDM (Fused Deposition Manufacturing )
Hình 2.5 Nguyên lý tạo mẫu FDM
Thay cho tia lazers và các vật liệu, FDM xây dựng bằng cách kéo dài nhựa nóng
chảy rồi hóa rắn từng lớp tạo nên cấu trúc chi tiết đặc. Vật liệu xây dựng trong cấu
trúc của một sợi đặc mảnh, được dẫn từ một cuộn tới đầu chuyển động điều khiển
bằng động cơ servo. Khi sợi này tới đầu dò nó được nung chảy bởi nhiệt độ, sau đó
nó được đẩy ra qua vòi phun lên mặt phẳng chi tiết. Khi vật liệu nóng chảy được đẩy
ra, nó được san bằng nhờ vòi phun. Nhựa dẻo sẽ liên kết theo từng lớp chi tiết cho
đến khi hoàn thành vật thể cần in.
 Ưu điểm:
- Vật liệu đa dạng rẻ tiền ( nhựa, gốm, kim loại,...).
- Độ chính xác cao đạt được tốt hơn 0.25mm.
- Tiết kiệm được khá nhiều vật liệu do công nghệ gia công truyền thống.
- Vật thể tạo ra có tính thẩm mỹ cao, tùy ý điều chỉnh mật độ của vật thể.
- Không có sự đổi pha trong quá trình chế tạo chi tiết nên tránh được sự co rút
của vật liệu.
 Nhược điểm:
- Do chịu ảnh hưởng của nhiệt độ nên chi tiết có độ cong vênh.
LÊ MINH SANG

Assignment, Essay
- Độ bóng bề mặt không cao.
- Cần lớp support đối với những vật thể phức tạp, tốc độ gia công hạn chế.
 Kết luận:
Trên thế giới hiện nay có khoảng 30 công nghệ chế tạo mẫu nhanh, trên đây là 4
loại công nghệ chế tạo mẫu nhanh phổ biến đang được sử dụng và thương mại hóa.
Nhiều công nghệ có những đặc điểm chung về vật liệu sử dụng, nguồn năng
lượng, phương pháp tạo mẫu. Có thể phân chia các công nghệ tạo mẫu nhanh theo
các đặc điểm trên, song cách phân loại này có ba nhóm công nghệ tạo mẫu nhanh
chủ yếu:
Công nghệ sử dụng vật liệu dạng bột, công nghệ sử dụng vật liệu dạng lỏng,
công nghệ sử dụng vật liệu dạng rắn. Để thuận tiện trong việc thiết kế một máy in
3D hoàn chỉnh cần lựa chọn công nghệ in hợp lý, phù hợp mục đích sử dụng, và tiết
kiệm chi phí.
2.3 Giới thiệu một số mẫu máy in 3D
2.3.1 Cartesian
Hình 2.6: Máy in 3D loại Cartesian

Assignment, Essay
Là các máy in 3D di chuyển đầu đùn nhựa nhờ các chuyển động theo phương X,
Y, Z trong hệ tọa độ Cartesian. Đại diện tiêu biểu dòng máy in 3D mã nguồn mở
loại Cartesian chính là Prusa i3 hay Mendel.
 Ưu điểm: Lắp ráp căn chỉnh và bảo dưỡng dễ dàng, cộng đồng mã nguồn lớn,
phù hợp với những người mới bắt đầu làm quen công nghệ in 3D.
 Nhược điểm: Khối lượng động cơ lớn nên tốc độ in không cao, gây ồn, kích
thước bị hạn chế bởi các trục X,Y,Z.
2.3.2 Delta

Được phát triển bởi Johann tại Seatle, Mỹ vào năm 2012. Dòng máy này sử dụng cơ
cấu delta, công nghệ in FDM, loại nhựa thường được sử dụng là nhựa ABS, PLA.
Là các máy in 3D di chuyển đầu đùn nhựa theo nguyên lý của robot delta (robot
song song).
Hình 2.7 Máy in loại Delta
 Ưu điểm:
- Khối lượng các cơ cấu di động nhỏ và di chuyển theo trục thẳng đứng.
- Hoạt động êm ít rung và chính xác.
- Có thể in được vật thể có chiều cao lớn.
- Bàn nhiệt trong quá trình in không di chuyển nên vật in được giữ chắc chắn.
- Khung bệ chắc chắn.
- Lắp ráp căn chỉnh phức tạp.
LÊ MINH SANG

Assignment, Essay
- Chiều cao của máy lớn.
- Chi phí đắt hơn so với máy loại cartesian.
2.3.3 Polar
Khác với Cartesian và Delta, Polar khó để hiểu được nguyên lý hoạt động chính
xác hơn. Polar cũng tương tự như Cartesian, tuy nhiên các điểm tọa độ được xác
định trên một lưới tròn thay vì lưới vuông. Bàn in sẽ xoay tròn và đầu in di chuyển
lên, xuống, trái và phải.
 Ưu điểm của dòng này là chỉ cần 2 động cơ bước cho việc chuyển động và vật
thể in được lớn hơn với một máy có kích thước hạn chế do không cần không gian
cho chuyển động các trục XYZ như Cartesian hay Delta.
 Nhược điểm: Momen quán tính cao, tốc độ in không cao, khó lắp ráp, giá
thành cao.
2.4 Phân tích phương pháp in 3D FDM

2.4.1 Lý do lựa chọn FDM

Các máy Stereolithography sử dụng chất lỏng cơ khí ô nhiễm, chúng phải được
xử lý cẩn thận. Phương pháp Lazer Sintering sử dụng các hạt kim loại nhổ hoặc bột
plastic có thể gây ô nhiễm. Cả hai quá trình này đều sử dụng năng lượng tia lazer có
thể gây nguy hiểm cho mắt. Những đặc điểm này đã nói lên hệ thống Steolithgraphy
và Lazer Sintering được lắp đặt cho một phần các thiết bị từ phòng kỹ thuật. Từ việc
muốn tạo ra các mẫu nhanh nhưng lại không muốn tốn nhiều cho phí cho việc lắp đặt,
thì phương pháp tạo mẫu nhanh FDM có thể cung cấp một sự lựa chọn tốt nhất. So
sánh với phương pháp Stereolithgraphy và Lazer Sintering thì có vẻ như FDM rõ ràng
là một phương pháp tốt nhất.
Các máy FDM hầu như dễ sửa chữa, dễ dàng thay đổi vật liệu, cáu tạo đơn giản,
giá thành thấp so với các máy sử dụng 2 phương pháp còn lại nhưng vẫn đáp ứng
được các nhu cầu của tạo mẫu nhanh.

2.4.2 Nguyên lý hoạt động

Nếu như 2 phương pháp Stereolithography và Lazer Sintering sử dụng tia lazer
và các vật liệu thì FDM xây dựng bằng cách kéo dài nhựa nóng chảy rồi hóa rắn từng
lớp tạo nên cấu trúc chi tiết đặc. Vật liệu xây dựng trong cấu trúc của một sợi đặc
mảnh được dẫn từ một cuộn tới đầu chuyển động điều khiển bằng động cơ servo. Khi
LÊ MINH SANG

Assignment, Essay
sợi này tới đầu dò nó được nung chảy bới nhiệt độ sau đó được đẩy qua vòi phun lên
mặt phẳng chi tiết.
Khi vật liệu nóng chảy được đẩy ra nó san bằng nhờ vòi phun. Độ rộng của
đường trải được xác định bằng kích thước đầu phun. Miệng phun không thể thay đổi
trong quá trình tạo mẫu, vì thế việc phân tích mô hình phải được chọn lựa trước.
Khi kim loại nóng chảy được san đều nó nguội nhanh khoảng 1/10s và đông
cứng lại. Khi một lớp được phủ hoàn thành trên mặt phẳng, giá đỡ di chuyển xuống
phía dưới một lớp mỏng từ 0.005 đến 0.01inc, và quá trình được lặp lại.
Hệ thống FDM đọc file STL theo đầu vào của tất cả các phương pháp tạo mẫu
nhanh. File STL bao gồm một lưới tam giác kín được tạo ra từ mặt phẳng của mô
hình CAD. Phần mềm trong hệ thống sẽ cắt file STL thành chuỗi các mặt cắt ngang,
nó được đồ lại bởi đầu phun vật liệu.
Để tạo ra chi tiết chính xác, nó điều khiển nhiệt độ tới hạn của buồng và quá
trình hình thành chi tiết. Nhiệt độ của buồng phải giữ thấp hơn nhiệt độ nóng chảy
của vật liệu, vì thế chỉ cần một lượng nhiệt nhỏ cũng đủ nung chảy sợi tóc đẩy ra và
hình thành chi tiết biến dạng. Chi tiết phải được giữ đủ lạnh để vật liệu nóng chảy hóa
cứng và liên kết với nhau.
2.4.3 Hỗ trợ
Các máy FDM sử dụng miệng phun thứ hai bên cạnh miệng phun cơ bản để phun
vật liệu phụ trợ cần thiết.Vật liệu loại sáp cho các máy với giá thấp và loại vật liệu tan
trong nước có giá đắt hơn. Sáp phụ trợ có thể bị phá hủy từ chi tiết nhưng rất khó gỡ
bỏ từ rãnh bên trong hoặc các chi tiết nhỏ. Vật liệu phụ trợ tan trông nước có thể bị
hòa tan trong một bể được khuấy. Các phụ trợ khác đều được loại bỏ, chi tiết FDM
không cần khâu hậu xử lý.
2.4.4 Tốc độ
Hệ thống FDM tạo chi tiết bằng cách kéo dài thu hẹp các hạt vật liệu, chi tiết
rộng, dạng khối, hoặc có thành dày phải mất một thời gian dài mới hoàn thành.
Những chi tiết nhỏ hoặc thành mỏng được tạo ra khá nhanh.
Thời gian cần thiết để chế tạo chi tiết phụ thuộc vào tốc độ đông đặc của hệ
thống FDM (xác định bằng kích thước vòi phun ), chiều cao chi tiết, kích thước
chiều ngang của chi tiết, số lượng và độ phức tạp phụ gia đòi hỏi.
LÊ MINH SANG

Assignment, Essay
2.4.5 Lựa chọn sử dụng
Các chi tiết FDM cứng và bền hơn so với các chi tiết sản xuất bằng
stereolithgraphy nhưng chúng có chất lượng bề mặt kém và không sắc cạnh.
Vật liệu ABS, polycacbonate, polyphenyl sulfone có khả năng chịu nhiệt, cơ
học, và chịu độ ẩm. Chi tiết FDM không bị rỗ và không cần thấm tôi hai lần. Máy
FDM có thể sử dụng trong môi trường văn phòng và vật liệu FDM không cần nhiều
xử lý đặc biệt. FDM là một lựa chọn tốt.
2.4.6 Lưu ý công nghệ
Kích thước chi tiết: chi tiết được tạo ra từ một phôi đơn giản nhờ máy cung cấp.
Chi tiết lớn có thể được tạo ra từ nhiều phôi sau đó gắn chúng lại với nhau nhưng
mất nhiều thời gian và giảm độ chính xác.
Loại bỏ phụ trợ: có nhiều chỗ trong chi tiết mà phụ trợ không thể xâm nhập
được vậy nên cần sử dụng phụ trợ hòa tan được trong nước.
Chiều dày lớp: các lớp mỏng có thể giảm thời gian xử lý cuối nhưng cần nhiều
thời gian máy gây phí tổn. Tăng kích thước hạt và chiều dày lớp làm tốc độ tăng lên
nhưng nên dùng cho một phần chi tiết.
2.5 Vi điều khiển
Arduino Mega2560 là một vi điều khiển sử dụng ATmega2560. Nó chứa tất cả mọi
thứ cần thiết để hỗ trợ các vi điều khiển. Arduino Mega2560 khác với tất cả các vi xử
lý trước giờ vì không sử dụng FTDI chip điều khiển chuyển tín hiệu từ USB để xử lý.
Thay vào đó, nó sử dụng ATmega16U2 lập trình như là một công cụ chuyển đổi tín
hiệu từ USB. Ngoài ra, Arduino Mega2560 cơ bản vẫn giống Arduino Uno R3, chỉ
khác số lượng chân và nhiều tính năng mạnh mẽ hơn, nên các bạn vẫn có thể lập trình
cho con vi điều khiển này bằng chương trình lập trình cho Arduino Uno R3.

Assignment, Essay
Hình 2.8 Board Arduino Mega2560
Bảng 2.1 Thông số kỹ thuật Arduino Mega2560
Vi điều khiển Atemega2560
Điện áp hoạt động 5VDC
Số chân Digital 54( 15 chân PWM:2-13, 44,45,46)
Số chân Analog 16
Giao tiếp UART 4 bộ UART
Giao tiếp SPI 1 bộ ( chân 50-53 ) dùng với thư viện
SPI
Giao tiếp I2C 1 bộ
Ngắt ngoài 6 chân (2,3,21,20,19,18)
Bộ nhớ Flash 256Kb, 8Kb sử dụng cho Bootloader
SRAM 8KB
EPROM 4KB
Xung nhịp 16Mhz
 Chức năng:
- Giao tiếp với các moudle mở rộng, driver thông qua các cổng giao tiếp: SPI,
I2C, USART.
- Điều khiển các driver động cơ DC hay động cơ bước nhờ PWM, Timer, ngắt sự
kiện.
- Đọc các loại cảm biến Analog với độ phân giải ADC 8bit hoặc 10 bit.
- Chuyển đổi tín hiệu số sang tín hiệu tương tự.
- Arduino Mega2560 R3 cho tốc độ, ngoại vi, và số chân nhiều nhất.

Assignment, Essay
 Dựa trên những tính năng của Arduino Mega2560 R3, ta có thể dùng nó để:
- Giao tiếp và nhận điều khiển từ máy tính thông qua chuẩn giao tiếp không đồng
bộ nối tiếp USART.
- Định thời thực hiện các công việc nhờ timer, xuất tín hiệu điều khiển quỹ đạo
máy in thông qua động cơ bước, điều khiển nhiệt độ bằng PID.
- Đọc dữ liệu từ thẻ nhớ dùng chuẩn giao tiếp SPI.
- Điều khiển nhiệt độ đầu nung nhựa nhờ PWM.
- Sử dụng ngắt điều khiển các công tắc hành trình.
- Đọc cảm biến nhiệt độ dùng ADC.
2.6 Board RAMPS 1.4
Board RAMPS 1.4 ( Reprap Arduino Mega Pololu Shield ) là board mở rộng cắm
trên Arduino Mega2560, dùng để điều khiển máy in 3D Reaprap (mã nguồn mở
Marlin) và nhiều ứng dụng khác.
Hình 2.9 Board RAMPS 1.4
 Thông số kỹ thuật, cấu tạo RAMPS:
- Board mạch RAMPS 1.4 điều khiển máy CNC, máy in 3D.
- Tích hợp 3 ngõ ra Mosfet để điều khiển bàn nhiệt, quạt tản nhiệt,
thermistor.
- Tích hợp cầu chì tự phục hồi 5A bảo vệ toàn hệ thống mạch.
- Tích hợp cầu chì tự phục hồi 11A cho bàn nhiệt.
- Hoạt động với điện áp 12V- 35V, dòng từ 16 Ampe.
- Có các header để cắm driver điều khiển động cơ bước, LCD.
LÊ MINH SANG

Assignment, Essay
 Chức năng RAMPS:
- Dùng để điều khiển máy in 3D và các dạng robot 3 trục tịnh tiến.
- Mở rộng cho các phụ kiện khác.
- Điều khiển bàn nhiệt.
- Tạo điện áp đốt nóng cho đầu nung.
- Khởi động quạt tản nhiệt.
- Hiển thị LCD, cắm thẻ nhớ.
- Cắm cảm biến nhiệt độ, công tắc hành trình.
- Xuất dòng cho động cơ bước hoạt động.
- Có các khay dùng để lắp modun điều khiển động cơ bước A4988, các
mạch công suất điều khiển đầu đùn, bàn nhiệt,.. của máy in 3D.
Hình 2.10 Sơ đồ nguyên lý mạch RAMPS 1.4

Assignment, Essay
2.7 Driver A4988
A4988 là driver điều khiển động cơ bước nhỏ gọn, hỗ trợ nhiều chế độ làm việc,
điều chỉnh được dòng ra cho động cơ, tự động ngắt điện khi quá nóng. A4988 hỗ trợ
nhiều chế độ làm việc của động cơ bước: full step, ½, ¼, 1/8 và 1/16.
Hình 2.11 Driver A4988
 Thông số kỹ thuật:
- Công suất ngõ ra lên tới 35v, dòng đỉnh 2A.
- Có 5 chế độ: full step, hafl step, ¼ step, 1/8 step và 1/16 step.
- Điều chỉnh dòng ra bằng triết áp.
- Điện áp hoạt động: 3- 12V.
- Điện áp logic: 3.3- 5.5 VDC.

Assignment, Essay
Hình 2.12 Sơ đồ nguyên lý driver A4988
Bảng 2.2 Chọn chế độ điều khiển cho driver A4988
MS1 MS2 MS3 Chế độ điều
khiển
Low Low Low Full step
High Low Low 1/2
Low High Low 1/4
High High Low 1/8
High High High 1/16

Assignment, Essay
2.8 Cơ cấu truyền động
Hình 2.13: Động cơ bước
Một máy in 3D hoạt động hiệu quả thì cơ cấu truyền động luôn đóng vai trò
quan trọng. Việc di chuyển liên tục đầu in một cách linh hoạt với tọa độ thay đổi
theo chương trình của máy tính đưa ra, khiến động cơ chịu một phản lực tác động
trực tiếp khiến tuổi thọ động cơ giảm, khả năng đáp ứng không hiệu quả và tăng thời
gian trễ của máy.
Để khắc phục tình trạng trên ta cần chọn lựa động cơ có các yêu cầu kĩ thuật phù
hợp với những yêu cầu đó, như vậy ta chọn sử dụng động cơ bước làm cơ cấu truyền
động chính vì những lý do sau:
- Có thể điều khiển được vị trí chính xác nhờ vào điều khiển góc quay theo
bước.
- Mô men xoắn cao ở tốc độ thấp.
- Không cần điều chỉnh các thông số điều khiển.
- Duy trì mô men tốt.
- Đặc biệt giá thành so với các loại động cơ DC hay servo khác rẻ hơn rất
nhiều.
( Do cơ cấu chấp hành ở đây là tay máy và đầu in có trọng lượng nhỏ nên việc
sử dụng các động cơ DC hay servo là không cần thiết ).

Assignment, Essay
Bảng 2.3 Thông số kỹ thuật của động cơ bước
Xuất xứ Việt Nam
Tên KH42JM2B194A
Loại dây Uni-Polar
Kích cỡ 1.7”(Nema 17)
Chiều dài động cơ 35.5mm
Số pha 2
Điện áp 12-36 VDC
Góc quay 1.80
Chiều dài trục 19mm
Đường kính trục 5mm
Điện trở 5.0Ω/phase
Điện áp định mức 2.52V
Dòng điện đinh mức 0.9A
Mô men xoắn 362mN.m
Với góc quay 1.80
thì cần 200 step, động cơ sẽ quay đúng một vòng (Full step ).
Để tăng độ phân giải của động cơ, ta có thể điều khiển ở chế độ Halfstep hay
Mircostep bằng cách sử dụng driver của động cơ bước. Ví dụ: động cơ bước 1.80
được điều khiển ở chế độ Halfstep cần 400 step để quay đúng một vòng, với mỗi
step là 0.90
.
2.9 Bộ hiển thị LCD graphics 128x64/ SD card
Mạch LCD 128X64 là một bản nâng cấp của mạch LCD 20x04. Mạch được thiết
kế sử dụng board Ramps1.4 có chức năng hển thị và điều khiển máy in. Mạch được
tích hợp khe cắm thẻ nhớ SD, cần điều khiển rotary encoder cho phép điều khiển
cân chỉnh di chuyển các trục và nạp G-code trực tiếp từ khe cắm thẻ nhớ.
Mạch được thiết kế cắm vào Ramps để điều khiển trực tiếp máy in 3D. Việc sử
dụng bộ hiển thị LCD 128x64 thay cho bộ LCD 20x04 giúp cho việc hiện thị các
thông số khi in một cách chuyên nghiệp hơn, ta có thể nắm được nhiệt độ đầu đùn,
tọa độ các trục, thời gian in,...

Assignment, Essay
Hình 2.14 Bộ hiển thị LCD 128x64
- Khả năng hiển thị 128x64.
- Điện áp sử dụng 5VDC.
- Có đèn nền.
- IC driver ST7920
- Kích thước: 90x73x13.5mm.
- Giao tiếp 4 bits hoặc 8 bits.
2.10 Cảm biến nhiệt độ
Cảm biến nhiệt độ là thành phần không thể thiếu trên các máy in 3D. Các cảm biến
giúp bộ điều khiển theo dõi nhiệt độ đầu đùn cũng như nhiệt độ bàn nhiệt. Nếu một
trong hai nhiệt độ trên không được đo chính xác thì quá trình in sẽ không được như ý
muốn, chất lượng sản phẩm in sẽ giảm, thậm chí không in được.
Hiện nay các máy in 3D thường sử dụng giải pháp cảm biến nhiệt độ bằng các nhiệt
điện trở. Giải pháp này có ưu điểm là giá thành rẻ, trong khi đó nhiệt điện trở có độ
bền cao.

Assignment, Essay
Hình 2.15 Cảm biến nhiệt độ
 Các thông số kỹ thuật:

- Điện trở tại 250
C: 10K

- Sai số: ±1%

- Hệ số Beta: B25/50=3950K

- Ngưỡng nhiệt độ: -400
~ 3000

- Phạm vi trở kháng rộng: 0.1 ~ 5000KΩ

- Đường kính cảm biến :1.05mm
2.11 Công tắc hành trình
Việc dử dụng công tắc hành trình thay cho cảm biến cơ Enstop giúp tiết kiệm chi
phí đáng kể. Tuy nhiên không vì thế mà độ ổn định thấp đi.
Hình 2.16 Công tắc hành trình
- Dòng tiếp điểm: 5A tại 125VAC
- Kiểu tác động: chốt đòn bẩy
LÊ MINH SANG

Assignment, Essay
- Tốc độ hoạt động: 0.1mm- 1mm/s
- Trọng lượng: 1.6g
 Chức năng: Đóng vai trò kiểm soát chuyển động của các cơ cấu trên trục máy in.
Khi công tắc hành trình được tác động, cơ cấu trên trục đó sẽ dừng hoạt động. Ngoài
ra, nó còn dùng để đưa vị trí các trục về gốc tọa độ ( vị trí “Home”).

2.12 Linh kiện cơ khí

 Khung nhôm định hình
Hình 2.17 Nhôm định hình
Chức năng: cố định các thành phần của máy in 3D bao gồm: động cơ, thép cứng,...
 Góc ke
Hình 2.18 Góc ke
LÊ MINH SANG

Assignment, Essay
Chức năng: cố định khung nhôm định hình.
 Vitme, đai ốc M5
Hình 2.19 Vitme, đai ốc M5
Chức năng: biến chuyển động quay của động cơ bước thành chuyển động tịnh tiến
theo trục Z của đầu phun.
 Khớp nối
Hình 2.20 Khớp nối
Chức năng: kết nối vitme với động cơ bước, sử dụng khớp mềm giúp vitme
chuyển động dễ dàng, trơn tru.
 Puli 20 răng
Hình 2.21 Bánh răng
LÊ MINH SANG

Assignment, Essay
Chức năng: truyền động cho dây curoa.
 Dây curoa
Hình 2.22 Dây curoa.
Chức năng: Biến chuyển động của động cơ bước thành chuyển động tịnh tiến
theo trục X của đầu phun và theo trục Y của bàn in.
 Thanh trượt, con trượt tuyến tính MGN12
Hình 2.23 Thanh trượt, con trượt tuyến tính.
Chức năng: truyền động bàn in theo trục X và đầu phun theo trục Y một cách
dễ dàng.
 Mica, kiếng
Hình 2.24 Mica, kiếng trong máy in 3D
Chức năng: cấu thành nên bàn in của máy.
 Các chi tiết nhựa: Máy in 3D còn sử dụng các chi tiết nhựa là sản phẩm từ
máy in 3D nhằm tiết kiệm chi phí. Nhằm cố định thanh trượt, quạt cho máy đùn,...
 Nhựa in:
LÊ MINH SANG

Assignment, Essay
Hình 2.25 Nhựa máy in 3D
Chức năng: Trên thị trường có nhiều loại nhựa: ABS, PLA,CF- PLA, PETG,... nó
là thành phần không thể thiếu của máy in 3D. Nhựa ở dạng rắn sẽ bị nóng chảy ở
đầu đùn và được đắp thành từng lớp tạo ra vật thể mong muốn.
2.13 Khái quát về điều khiển PID
Bộ điều khiển PID là một cơ chế phản hồi vòng điều hòa tổng quát được sử dụng rộng
rãi trong công nghiệp. Bộ điều khiển PID sẽ tính toán giá trị sai số, và thực hiện giảm
tối đa sai số bằng cách điều chỉnh giá trị điều khiển đầu vào.
Hình 2.26 Sơ đồ khối bộ điều khiển PID
Một bộ điều khiển PID gồm 3 thành phần:
- P (proportinal): Khâu tỉ lệ
- I (integral): Khâu tích phân
- D (derivative): Khâu vi phân
 Khâu tỉ lệ: Tạo ra tín hiệu điều khiển tỉ lệ với gái trị của sai lệch:
Pout =Kp e t (2.1)
LÊ MINH SANG

Assignment, Essay
Trong đó: Pout : Giá trị ngõ ra khâu P
Kp : Độ lợi tỉ lệ
e : Sai lệch
t : Thời gian tức thời (hiện tại)
 Khâu tích phân: Cộng thêm tổng các sai số trước đó vào giá trị điều khiển tạo
ngõ ra.
= ∫0 ( )
(2.2)
Trong đó: Iout : Thừa số tích phân của đầu ra
Ki : Độ lợi tích phân
e : Sai số
t : Thời gian
: Biến tích phân trung gian
 Khâu vi phân: Cộng thêm tốc độ thay đổi sai số vào giá trị điều khiển ngõ ra.
Dout =Kd (2.3)
Trong đó: Dout : Thừa số vi phân của đầu ra.
Kd : Độ lợi vi phân.
e : Sai số.
Từ đó biểu thức cuối cùng của giải thức PID:
= . + ∫0+ (2.4)

Assignment, Essay
CHƯƠNG III: THIẾT KẾ MÔ HÌNH MÁY IN THỰC TẾ
Chương III: THIẾT KẾ MÔ HÌNH MÁY IN THỰC TẾ
3.1 Những yếu tố cần thiết của một máy in 3D
 Đảm bảo đầu in hay bộ đùn của máy in 3D làm việc trong phạm vi đã được cài đặt
sẵn, không vượt quá không gian cho phép ( nếu vượt quá phạm vi sẽ làm cho cánh tay
đòn của các trục dễ bị gãy).

 Đảm bảo nhựa in ở đầu phun được chảy ra đều đặn, không bị nghẹt.

 Đảm bảo được bàn in vuông góc với đầu phun. Việc này ảnh hưởng đến chất lượng
của sản phẩm được in ra.
 Đảm bảo động cơ bước hoạt động bình thường, được làm mát do phải chạy đảo
chiều liên tục.
3.2 Phương án thiết kế sao cho phù hợp với các yêu cầu đề ra

 Phạm vi hoạt động của đầu in

Để đảm bảo phạm vi hoạt động mà ta đã thiết lập sẵn thì ta cần sử dụng cảm biến
hành trình để giới hạn phạm vi hoạt động của máy in 3D. Công tắc hành trình được
gắn tại các gá của các trục XYZ sao cho phù hợp nhất. Trong quá trình tạo mẫu, việc
đầu in chạy quá phạm vi hoạt động sẽ làm vỡ kết cấu của máy ( làm hư hoặc gãy các
cánh tay đòn), vì vậy đây là vấn đề rất quan trọng nếu không kiểm soát tốt sẽ rất dễ
làm hư máy.
 Lựa chọn đầu in phù hợp
Chất lượng của sản phẩm được tạo ra tốt hay xấu đều phụ thuộc rất nhiều vào đầu
đùn nhựa. Trên thị trường hiện nay có rất nhiều loại đầu in khác nhau, nhưng ở đây
chúng ta chọn đầu in 0.4mm.
Hình 3.1: Đầu đùn
LÊ MINH SANG

Assignment, Essay
Phần đầu in được gia nhiệt nhờ vào cảm biến nhiệt được gắn ở đầu in, nhiệt độ ở đó
sẽ truyền lên phần trên làm cho nhựa in ở đây bị hóa dẻo, nhựa không thể tiếp tục
đùn theo dạng sợi xuống đầu in nên không thể in được, để giải quyết vấn đề này ta
dùng bộ làm mát ở phía trên đầu in, nhiệm vụ của nó là tản nhiệt từ đầu in truyền lên
giữ cho nhựa in luôn ở trạng thái rắn trước khi chạy xuống đầu in. Buồng làm mát ta
sử dụng lại nhôm tản nhiệt tốt, gia công mỏng và xếp lớp dạng lá để tăng diện tích
tiếp xúc với không khí làm giảm nhiệt độ phần trên đầu in nhanh hơn, đồng thời
giúp ta có thể gắn thêm một bộ quạt tản nhiệt giúp tản nhiệt nhanh hơn và hiệu quả
hơn.
Hình 3.2: Phần tản nhiệt được thiết kế dạng lá kết hợp thêm quạt
giúp tản nhiệt tốt hơn.
 Đảm bảo khoảng cách đầu in với bàn in:
Để tạo ra được độ vuông góc giữa đầu in và bàn in thì phần đầu gia nhiệt và đầu
in phải được cố định một cách chính xác để giảm sai số đến mức tối thiểu.
 Đảm bảo về vấn đề động cơ
Trong quá trình in, các động cơ phải đảo chiều liên tục trong một thời gian dài, vì
vậy, cần phải đảm bảo tốt rằng động cơ luôn được mát và hoạt đông tốt.
 Ngoài ra, trong quá trình in việc rung động là không tránh khỏi, vì vậy, để giảm
ảnh hưởng rung động ta nên kiểm tra thật kỹ việc bôi trơn dầu mỡ cho các ổ bi
trượt, dây đai, puli …

Assignment, Essay
3.3 Lựa chọn thiết kế khung máy
Chức năng của khung máy là nâng đỡ hệ thống gồm cụm truyền động trên mặt
phẳng Oxy, cụm truyền động theo phương z và cụm đầu đùn, đảm bảo độ cứng vững
cần thiết cho máy hoạt động ổn định. Vì vậy, cần chọn nguyên liệu hợp lý mà giá
thành không quá cao để đáp ứng tốt các mục tiêu đặt ra.
Sử dụng nhôm định hình, mica để thiết kế khung máy.
Các thanh nhôm định hình được ghép nối với nhau bằng bulong và đai ốc.
Bàn máy là nơi gá đặt phôi lên, do vậy bàn máy phải có kích thước đủ lớn. Ngoài
ra, trong thiết kế lần này, kích thước bàn máy lại phụ thuộc vào sườn máy và trục XY.
Với kích thước sườn máy và trục XY đã chọn trước ta thiết kế bàn máy sử dụng nhựa
mica và kính thủy tinh.
3.4 Lựa chọn hệ thống truyền động
3.4.1 Truyền động trên mặt phẳng Oxy
Đây là bộ phận di chuyển qua lại trong mặt phẳng Oxy giúp cơ cấu mang đầu đùn đến
các vị trí cần thiết để thực hiện quá trình đùn nhựa. Cụm di chuyển qua lại theo trục X
không yêu cầu độ chính xác cao. Nên có rất nhiều phương án để thiết kế cụm di
chuyển qua lại, nhưng người ta thường dùng chính có hai cơ cấu là: truyền động bằng
culit kết hợp ray trượt và động cơ bước hoặc truyền động bằng đai răng kết hợp với
con trượt dẫn hướng và động cơ bước.
3.4.1.1 Truyền động culit kết hợp với thanh ray trượt:
Hình 3.3 Truyền động culit kết hợp với thanh ray trượt
LÊ MINH SANG

Assignment, Essay
 Ưu điểm: Cơ cấu đơn giản, dễ chế tạo, đáp ứng được yêu cầu truyền động, giá
thành rẻ.
 Nhược điểm: Gây ma sát nhiều nên chóng bị mòn.
3.4.1.2 Truyền động đai kết hợp thanh dẫn hướng
Hình 3.4 Truyền động bằng đai kết hợp thanh dẫn hướng.
 Ưu điểm:

- Kích thước bộ truyền nhỏ, ít gây tiếng ồn khi vận hành.
- Có thể truyền động với khoảng cách trục cách xa.
- Nhờ vào tính chất đàn hồi của đai nên tránh dao động sinh ra do tải thay đổi tác dụng lên cơ
cấu.
- Nhờ vào sự trượt trơn của đai nên tránh trường hợp quá tải.
- Tỉ số truyền lớn, hiệu suất bộ truyền cao.

- Tỉ số truyền thay đổi do hiện tượng trượt trơn giữa đai và bánh đai.
- Tải trọng tác dụng lên trục và ổ lớn do phải có lực căng đai ban đầu.
- Tuổi thọ bộ truyền thấp.

Assignment, Essay
3.4.1.3 Các loại bộ truyền đai
 Đai dẹt:
Thường dùng các loại vật liệu: sợi tổng hợp, vải cao su, sợi bông, da, len. Dễ
uống quanh bánh đai (ứng suất uốn khi đai chạy vòng qua bánh đai nhỏ) do đó có
thể giảm đường kính bánh đai. Có khả năng tải, tuổi thọ cao và độ chịu va đập tốt
tuy nhiên gía thành cao, không dùng ở những nơi có axit, ẩm ướt, chiều rộng đai
b=10-300mm, khối lượng riêng 1000-1100kg/m3
.
 Đai thang:
Tiết diện ngang hình thang cân, kích thước tiết diện và chiều dài đai đã được tiêu
chuẩn hóa. Mặt làm việc của đai thang là hai mặt bên, ép vào rãnh cung có tiết diện
hình thang của bánh đai, nhờ tác dụng chêm nên hệ số ma sát giữa đai và bánh đai
tăng lên, khả năng tải cao. Chiều dày lớn nên không có lợi về phương diện uốn đai
quanh bánh đai, có sự phân bố không đều tải trọng giữa các dây đai.
Hình 3.5 Thông số đai thang.
 Đai hình lược:
Tiết diện đai có phần trên dạng chữ nhật bên dưới là các răng lược gài vào các
rãnh tương ứng của bánh đai. Lớp sợi (sợi vítkozơ, sợi thuỷ tinh...) là lớp chịu tải
chủ yếu. Dây đai lược được chế tạo thành vòng kín với chiều dài tiêu chuẩn. Đai
lược kết hợp được tính liền khối, dễ uốn của đai dẹt, với khả năng tải lớn của đai
thang (do tiếp xúc trên mặt nghiêng) vì vậy loại đai này có khả năng tải cao, đường
kính bánh đai nhỏ, tỷ số truyền lớn (có thể tới 15).
Đai răng:
Đai răng được chế tạo thành vòng kín, mặt trong có các răng hình thang phân bố
đều ăn khớp với các răng trên bánh đai. Truyền động đai răng kết hợp được các ưu
điểm của truyền động đai và truyền động xích, do đó khả năng tải lớn, làm việc ít
LÊ MINH SANG

Assignment, Essay
trượt (không có trượt hình học), tỷ số truyền lớn, lực căng ban đầu nhỏ, mặt khác ít
ồn hơn truyền động xích (khe hở ăn khớp tương đối nhỏ) và không đỏi hỏi bôi trơn,
thông số quan trọng nhất của đai răng là mô đun.
Bảng 3.1: Thông số các dạng truyền động đai
Dạng đai Hiệu Vận tốc tối đa (m/s) Tỷ số truyền tối đa
suất
Đai dẹt 0.98 70 10
Đai thang 0.80 30 7
Đai lược 0.86 40 8
Đai răng 0.98 50 20:30
 Kết Luận: Ta chọn truyền động bằng đai kết hợp với thanh dẫn hướng và động cơ
bước. Ở đây, thanh dẫn hướng ta không sử dụng thanh trượt tròn như các dạng máy in
PRUSA trước kia mà ta sử dụng thanh ray trượt vuông.

3.4.2 Truyền động trên trục Oz

3.4.2.1 Vítme đai ốc thường

Vít me được gắn đồng trục với động cơ, khi động cơ quay, vít me quay, động cơ
và vit me gắn cố định, làm cho đai ốc sẽ di chuyển dọc theo trục vít me. Đai ốc thì
được gắn chặt vào bộ phận cần chuyển động( trục X, Y, Z). Từ đó làm cho bộ phận đó
chuyển động so với hệ thống thanh trượt, động cơ và cơ cấu truyền động.
Tốc độ di chuyển được phụ thuộc vào tốc độ động cơ và bước ren của trục vít,
thường thì bước ren rất nhỏ cỡ 1 đến 2 mm, một vòng quay của trục động cơ sẽ làm
đai ốc di chuyển một đoạn bằng bước ren của trục vít, vì vậy tốc độ di chuyển của bộ
phận trượt ở phương pháp này là chậm nhưng lại có độ chính xác khi chuyển động
khá cao. Dùng động cơ bước có bước góc càng nhỏ và trục ren có bước ren nhỏ thì độ
chính xác di chuyển càng cao.

Assignment, Essay
Hình 3.6: Cơ cấu dùng vítme đai ốc
Hình 3.7 Cấu tạo của Vitme – đai ốc
 Ưu điểm:
- Khả năng chịu tải cao.
- Bảo trì, sửa chữa, thay thế dễ dàng.
- Rất phổ biến, được sử dụng rộng rãi.
-Giá thành tốt.
Nhược điểm:
- Độ cứng vững dọc trục không tốt do có khe hở giửa vít me và đai ốc.
- Không đảm bảo độ chính xác cao.
- Ma sát lớn, hiệu suất giảm.
3.4.2.2 Vitme đai ốc bi
Đây là dạng vít me đai ốc thay vì ma sát trượt thông thường, tiếp xúc giữa vít me
và đai ốc thông qua các viên bi được chuyển thành mà sát lăn. Điều này đem đến một
LÊ MINH SANG

Assignment, Essay
ưu điểm: chỉ cần một lực quay rất nhỏ vào trục vít me đã có thể làm cho đai ốc
chuyển động.
Hình 3.8 Vitme đai ốc bi.
Giữa vận tốc tịnh tiến của vít và số vòng quay trong một phút của đai ốc có liên hệ:
=
60.1000
( / )
(3.1)
Trong đó: Z – số mối ren.
P – Bước ren, mm.
Hình 3.9 Mặt cắt vitme đai ốc bi.
 Ưu điểm:

- Chỉ cần lực nhỏ để có thể di chuyển đai ốc.
- Mất mát do ma sát nhỏ, hiệu suất của bộ truyền lớn gần 0,9.
- Đảm bảo chuyển động ổn định vì lực ma sát hầu như không phụ thuộc vào tốc độ.
- Có thể loại trừ khe hở và sức căng ban đầu nên đảm bảo độ cứng vững dọc trục
cao.
- Đảm bảo độ chính xác làm việc lâu dài.

Assignment, Essay
 Nhược điểm:
LÊ MINH SANG

Assignment, Essay
- Khả năng chịu tải kém.
- Chế tạo, bảo trì khó khăn.
- Giá thành cao.
- Chóng mòn nếu không bôi trơn thường xuyên.
 Kết Luận: Ta chọn bộ truyền vít me – đai ốc bi để đảm bảo độ chính xác cao của
máy tạo mẫu nhanh.

3.5 Phân tích vật liệu in sản phẩm 3D

3.5.1 Mực in Resin

Có các loại mực in Resin khác nhau:

- Resin nha khoa: Có độ cứng cao, rất chính xác, an toàn sinh hóa học với con người.


- Resin nữ trang: Độ chính xác cao, dễ đúc( quan trọng), độ mịn và chất lượng mẫu in
ra rất đẹp. Phù hợp tạo ra các chi tiết có kích thước nhỏ.
- Resin tiêu chuẩn: Loại resin này giá rẻ, các thông số về độ cứng, độ chính xác ở mức
cân bằng để giảm giá thành tối đa, phù hợp với việc in 3D, tạo mẫu mô hình thí
nghiệm, tạo các chi tiết máy,…

3.5.2 Sợi nhựa in 3D

 Sợi nhựa ABS (Acrylonitrin Butadien Styrene): có công thức hóa học là (C8H8·
C4H6·C3H3N)n là một loại nhựa dẻo thông dụng để làm các sản phẩm nhẹ, cứng, dễ
uốn.
Hình 3.10 Cấu trúc hóa học nhựa ABS
LÊ MINH SANG

Assignment, Essay
 Tính chất: ABS cứng, rắn nhưng không giòn, cân bằng tốt giữa độ bền kéo, va
đập, độ cứng bề mặt, độ rắn, độ chịu nhiệt các tính chất ở nhiệt độ thấp và các đặc
tính về điện trong khi giá cả tương đối rẻ.
 Tính chất đặc trưng của ABS là độ chịu va đập và độ dai. Có rất nhiều ABS biến
tính khác nhau nhằm cải thiện độ chịu va đập, độ dai và khả năng chịu nhiệt. Khả
năng chịu va đập không giảm nhanh ở nhiệt độ thấp. Độ ổn định dưới tải trọng rất tốt,
ABS chịu nhiệt tương đương hoặc tốt hơn Acetal, PC.. ở nhiệt độ phòng. Khi không
chịu va đập, sự hư hỏng xảy ra do uốn nhiều hơn dòn. Tính chất vật lý ít ảnh hưởng
đến độ ẩm mà chỉ ảnh hưởng đến sự ổn định kích thước của ABS.
 Thông số kỹ thuật:
- Nhiệt độ chảy dẻo từ 215O
C đến 250O
C
- Có hệ số ma sát thấp hơn PLA
-Trọng lượng riêng 1.05g/cm3
- Khả năng chịu đựng mài mòn hóa học cao
- Khi nhiệt độ cao tạo ra khói dịu và có thể chịu được tuy nhiên vẫn có thể gâykhó
thở với những người nhạy cảm với các thành phần hóa học của nhựa.
- ABS thích hợp hơn PLA khi đùn các chi tiết có kích thước nhỏ, nhược điểm của
ABS là nhiệt độ cần thiết để đùn cao(>230 O
C).
 Sợi nhựa PLA(Polylactic acid): là loại polyme phân hủy sinh học sản xuất từ các
nguồn tái tạo như ngô, mía được làm từ việc lên men thực vật nên trở thành nguồn
thay thế cho các sợi nhân tạo truyền thống.
Đặc tính nhựa PLA:

- Nhiệt độ nóng chảy từ 180 O
C đến 220 O
C.
- Trọng lượng riêng 1.25g/cm3
.
- Hệ số ma sát khá cao.
- Không bị hóa hơi.
- Dễ tan trong môi trường halogen hóa.
- Có thể tạo khói độc hại ở nhiệt độ trên 230 O
C.
- Phản ứng với chất oxi hóa và bazơ mạnh.
- Thủy phân chậm trong nước.
LÊ MINH SANG

Đồ án tốt nghiệp Mô hình thiết kế máy in 3D

Đồ án tốt nghiệp Mô hình thiết kế máy in 3D

Recommended

Recommended

More Related Content

Similar to Đồ án tốt nghiệp Mô hình thiết kế máy in 3D

Similar to Đồ án tốt nghiệp Mô hình thiết kế máy in 3D (20)

More from lamluanvan.net Viết thuê luận văn

More from lamluanvan.net Viết thuê luận văn (20)

Đồ án tốt nghiệp Mô hình thiết kế máy in 3D