Download luận văn thạc sĩ với đề tài: Nghiên cứu thiết kế hệ thống tạo mẫu nhanh SLS theo mô đun, cho các bạn tham khảo

1. viii
Mục lục
Chƣơng 1 TỔNG QUAN .............................................................................1
1.1. Tổng quan về tình hình nghiên cứu, các kết quả nghiên cứu trong và ngoài
nƣớc đã vông bố...................................................................................................1
1.1.1. Đặt vấn đề......................................................................................1
1.1.2. Công nghệ tạo mẫu nhanh.............................................................1
1.1.2.1. Ƣu, nhƣợc điểm của phƣơng pháp SLS .................................3
1.1.2.2. Vật liệu và các sản phẩm tạo ra từ công nghệ SLS ................4
1.1.3. Khái niệm về thiết kế sản phẩm theo môđun ................................5
1.1.4. Tình hình nghiên cứu ....................................................................5
1.1.4.1. Trong nƣớc .............................................................................5
1.1.4.2. Ngoài nƣớc .............................................................................9
1.2. Mục đích và ý nghĩa của đề tài....................................................................10
1.2.1. Mục đích của đề tài .....................................................................10
1.2.2. Ý nghĩa của đề tài........................................................................10
1.2.2.1. Ý nghĩa công nghệ................................................................10
1.2.2.2. Ý nghĩa kinh tế .....................................................................11
1.2.2.3. Ý nghĩa xã hội.......................................................................11
1.3. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu của đề tài...............................................11
1.4. Phƣơng pháp nghiên cứu.............................................................................11
1.5. Kết cấu của luận văn....................................................................................12
Chƣơng 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT................................................................13
2.1. Nguyên lý làm việc của thiết bị...................................................................13

2. ix
2.2. Các Patent liên quan ....................................................................................14
2.2.1. Patent US 4,863,538....................................................................14
2.2.2. Patent số 5,658,412 .....................................................................15
2.2.3. Patent số 6,215,093 .....................................................................15
2.2.4. Patent số 6,554,600 .....................................................................16
2.2.5. Patent số 5,430,666 .....................................................................16
2.2.6. Patent số 5,427,733 .....................................................................17
2.3. Một số máy tạo mẫu nhanh SLS trên thị trƣờng .........................................18
2.3.1. Hệ thống Sinterstation HiQ của 3D Systems ..............................18
2.3.2. Máy Sinterstation .......................................................................19
2.3.3. Máy HRPS-IV. Trung Quốc.......................................................20
2.4. Nghiên cứu các yếu tố ảnh hƣởng trong quá trình tạo mẫu nhanh SLS......20
2.4.1. Ảnh hƣởng của việc gia nhiệt đến chất lƣợng của sản phẩm......20
2.4.2. Ảnh hƣởng của tốc độ quét đến khả năng thiêu kết vật liệu .......22
2.4.3. Ảnh hƣởng về độ dày của lớp bột khi thiêu kết ..........................23
2.5. Nguyên tắc thiết kết sản phẩm theo môđun.................................................25
2.5.1. Phƣơng pháp phân tích sản phẩm................................................26
2.5.2. Phƣơng pháp phân loại................................................................27
2.6. Phân tích đối tƣợng thiết kế.........................................................................32
2.6.1. Nguyên liệu bột thiêu kết ............................................................32
2.6.2. Mẫu sau khi gia công ..................................................................33
2.7. Phƣơng án thiết kế sơ bộ .............................................................................33
2.7.1. Sơ đồ động của máy tạo mẫu nhanh SLS....................................33

3. x
2.7.2. Sơ đồ hệ thống điều khiển...........................................................34
Chƣơng 3 XÂY DỰNG QUY TRÌNH THIẾT KẾ THEO MÔĐUN,
THIẾT KẾ HỆ THỐNG, LỰA CHỌN CÁC MÔĐUN........................................35
3.1. Phân tích nhiệm vụ thiết kế .........................................................................36
3.1.1. Thành lập nhóm thiết kế..............................................................36
3.1.2. Phát biểu bài toán thiết kế hệ thống tạo mẫu nhanh SLS............36
3.2. Lập kế hoạch thực hiện – biểu đồ thanh cho dự án thiết kế hệ thống tạo mẫu
nhanh SLS..........................................................................................................37
3.3. Xác định các yêu cầu kỹ thuật.....................................................................38
3.3.1. Xác định yêu cầu khách hang đối với hệ thống tạo mẫu nhanh
SLS.................................................................................................................38
3.3.2. Xác định các yêu cầu kỹ thuật của hệ thống tạo mẫu nhanh SLS
........................................................................................................................38
3.4. Đƣa ra ý tƣởng.............................................................................................39
3.4.1. Phân tích chức năng ....................................................................39
3.4.2. Đƣa ra ý tƣởng.............................................................................40
3.5. Đánh giá ý tƣởng .........................................................................................42
3.6. Lựa chọn phƣơng án thiết kế cụm cấp bột ..................................................46
3.7. Lựa chọn phƣơng án thiết kế bàn nâng Z....................................................48
3.8. Lựa chọn phƣơng án và thiết kế hệ thống gia nhiệt ....................................50
3.9. Lựa chọn phƣơng án hậu xử lý....................................................................51
3.10. Sử dụng ma trận quyết định các ý tƣởng thiết kế......................................52
3.11. Xác định các đặc tính hệ thống (SLS) của hệ thống tạo mẫu nhanh SLS.55
3.12. Xác định ảnh hƣởng của đặc tính hệ thống (SLS) lên các yêu cầu chức
năng chung (GFR) của thệ thống tạo mẫu nhanh ..............................................60
3.13. Xác định hệ số tầm quan trọng của GFR của hệ thống tạo mẫu nhanh ....61

4. xi
3.14. Thiết lập ma trận đồng dạng của hệ thống tạo mẫu...................................61
3.15. Hình thành các môđun của hệ thống tạo mẫu nhanh.................................75
Chƣơng 4 TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG MÁY...........................77
4.1. Các thông số ban đầu để tính toán...............................................................77
4.2. Trình tự tính toán.........................................................................................78
4.3. Tính toán các thông số cho hệ thống tạo mẫu SLS .....................................86
4.4. Tính toán thiết kế cụm khung máy..............................................................97
Chƣơng 5 MÔ PHỎNG LẮP RÁP VÀ HOẠT ĐỘNG CỦA MÁY .........98
5.1. Phân tích tính toán thiết kế tổng thể máy ....................................................98
5.2. Phân tích thiết kế các cụm chức năng .........................................................98
Chƣơng 6 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ.................................................114
6.1. Các nội dung đã thực hiện của luận văn....................................................114
6.2. Kiến nghị hƣớng phát triển của luận văn ..................................................114
TÀI LIỆU THAM KHẢO ....................................................................................115

5. xii
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT
Ký hiệu và
chữ
viết tắt
Giải thích ý nghĩa Ghi chú
RP Rapid Prototyping Công nghệ tạo mẫu nhanh
SLS Selective Laser Sintering Công nghệ tạo mẫu nhanh SLS
SLA Stereo Lithography Apparatus Công nghệ tạo mẫu nhanh SLA
SGC Solid Ground Curing Công nghệ tạo mẫu nhanh SGC
LOM Laminated Objective Manufacturing Công nghệ tạo mẫu nhanh LOM
FDM Fuse Deposition Modeling Công nghệ tạo mẫu nhanh FDM

6. xiii
DANH SÁCH HÌNH ẢNH
Hình 1-1. Sơ đồ công nghệ tạo mẫu nhanh................................................................2
Hình 1-2. Các sản phẩm tạo từ vật liệu bột polymer bằng công nghệ SLS................4
Hình 1-3. Các sản phẩm tạo từ vật liệu bột kim loại bằng công nghệ SLS ................5
Hình 1-4. Cấy ghép sọ não..........................................................................................7
Hình 1-5. Máy tạo mẫu nhanh FDM 200mc [4].........................................................8
Hình 1-6. Đế giày tạo mẫu nhanh...............................................................................9
Hình 2-1. Nguyên lý hoạt động của thiết bị tạo mẫu nhanh SLS..............................13
Hình 2-2. Patent US 4,863,538 .................................................................................15
Hình 2-3. Patent 5658412.........................................................................................15
Hình 2-4. Patent số 6,215,093 ..................................................................................16
Hình 2-5. Patent số 6554600 ....................................................................................16
Hình 2-6. Patent số 5,430,666 ..................................................................................17
Hình 2-7. Patent số 542733 ......................................................................................18
Hình 2-8.Máy Sinterstation HiQ Sinterstation® Pro DM100 SLM System .............18
Hình 2-9.Sinterstation® Pro DM100........................................................................19
Hình 2-10. Máy HRPS-IV ........................................................................................20
H nh 2-11. Tạo mẫu sản phẩm bằng laser thiêu kết .................................................21
Hình 2-12. Biểu đồ lắp ráp máy tính cá nhân [...]....................................................26
Hình 2-13. Phân tích theo cấu trúc của hệ thống xe [...] .........................................27
Hình 2-14. Phân tích theo cấu trúc của bộ phận chuyên chở [...]............................27
Hình 2-15. Ma trận liên thuộc chi tiết-máy ..............................................................28
Hình 2-16. Bột thiêu kết và sản phẩm mẫu dạng nhựa [12].....................................32
Hình 2-17. Sản phẩm thiêu kết dạng kim loại...........................................................33
Hình 2-18. Sơ đồ động của máy tạo mẫu nhanh SLS ...............................................33
Hình 2-19. Sơ đồ hệ thống điều khiển máy tạo mẫu nhanh SLS...............................34
Hình 3-1. Quy tr nh thiết kế theo mô đun tổng quát .................................................35
Hình 3-2. Hệ thống tạo mẫu nhanh SLS ...................................................................40
Hình 3-3. Hệ thống tạo mẫu nhanh SLS ...................................................................41

7. xiv
Hình 3-4. Hệ thống cấp bột gia công SLS.................................................................41
Hình 3-5. Hệ thống cấp bột và gia nhiệt...................................................................42
Hình 3-6. Sơ đồ động máy SLS .................................................................................43
Hình 3-7. Sơ đồ hệ thống kết cấu chung máy SLS theo phương án 1.......................44
Hình 3-8.Sơ đồ hệ thống kết cấu chung máy SLS theo phương án 2........................45
Hình 3-9. Sơ đồ nguyên lý cấp bột nguyên liệu theo phương án 1...........................46
Hình 3-10. Sơ đồ nguyên lý cấp bột nguyên liệu theo phương án 2.........................47
Hình 3-11. Sơ đồ nguyên lý hạ bàn Z theo phương án 1 ..........................................48
Hình 3-12. Sơ đồ nguyên lý bàn nâng Z theo phương án 2 ......................................49
Hình 3-13. Sơ đồ nguyên lý và hệ thống gia nhiệt cho mẫu theo phương án 1........50
Hình 3-14. Sơ đồ nguyên lý và hệ thống gia nhiệt cho mẫu theo phương án 2........51
Hình 3-15. Kết cấu khung máy đỡ các cụm kết cấu đã lựa chọn..............................52
Hình 3-16. SLS các thùng dạng hộp .........................................................................54
Hình 3-17. Hệ thống lăn bột .....................................................................................54
Hình 4-1. Kết cấu chung của hệ thống tạo mẫu nhanh SLS .....................................77
Hình 4-2. Mô h nh hóa cụm con lăn .........................................................................82
Hình 4-3. Nguyên lý hoạt động của cụm XY.............................................................83
Hình 4-4. Mô hình tính toán ( 2-3d)..........................................................................86
Hình 4-5. Cụm bàn nâng mẫu...................................................................................86
Hình 4-6. Cụm cấp bột..............................................................................................89
Hình 4-7. Mô h nh hóa cụm con lăn .........................................................................91
Hình 4-8. Nguyên lý hoạt động của cụm XY.............................................................93
Hình 4-9. Mô h nh cụm khung máy...........................................................................97
Hình 5-1. Mô h nh khung máy được thiết kế...........................................................101
Hình 5-2.Xét định vị cố đinh là tại chân máy .........................................................101
Hình 5-3. Mô h nh đặt lực tác dụng lên khung máy tổng thể .................................102
Hình 5-4. Độ dịch chuyển tổng của khung máy......................................................104
Hình 5-5. Tổng lực tác dụng theo phương x ( Fx) ..................................................104
Hình 5-6. Tổng lực tác dụng theo phương y ( Fy) ..................................................105

8. xv
Hình 5-7. Tổng momet tác dụng theo phương x ( Mx)............................................106
Hình 5-8. Tổng momet tác dụng theo phương y ( My)............................................106
Hình 5-9. Tổng momet tác dụng theo phương z ( Mz) ............................................107
Hình 5-10. Ứng suất pháp lớn nhất tác dụng lên toàn máy....................................108
Hình 5-11. Ứng suất pháp nhỏ nhất tác dụng lên toàn máy...................................108
Hình 5-12. Ứng suất uốn lớn nhất của trục x tác dụng lên toàn máy.....................109
Hình 5-13. Ứng suất uốn nhỏ nhất theo trục x tác dụng lên toàn máy...................109
Hình 5-14. Ứng suất uốn lớn nhất của trục y tác dụng lên toàn máy.....................110
Hình 5-15. Ứng suất uốn nhỏ nhất theo trục y tác dụng lên toàn máy...................110
Hình 5-16. Ứng suất tiếp theo trục x tác dụng lên toàn máy..................................111
Hình 5-17. Ứng suất tiếp theo trục x tác dụng lên toàn máy..................................111
Hình 5-18. Tổng hợp ứng suất tiếp tác dụng lên toàn máy.....................................112

9. xvi
DANH SÁCH BẢNG BIỂU
Bảng 2-1. Ảnh hưởng của một số thuộc tính của vật liệu đến khả năng thiêu kết....23
Bảng 2-2. Bảng tổng kết các yếu tố ảnh hưởng đến quá tr nh hoạt động của máy tạo
mẩu nhanh.................................................................................................................24
Bảng 3-1. So sánh phương án thiết kế cụm định vị nâng Z ......................................45
Bảng 3-2. So sánh phương án thiết kế cụm cấp bột nguyên liệu ..............................47
Bảng 3-3. So sánh phương án thiết kế bàn nâng Z ...................................................49
Bảng 3-4. So sánh phương án thiết kế hệ thống gia nhiệt ........................................51
Bảng 3-5. Mối quan hệ giữa các bộ phận theo đặc điểm cấu trúc và đặc điểm chức
năng...........................................................................................................................57
Bảng 3-6. Ma trận quan hệ giữa SLS và GFR của hệ thống tạo mẫu nhanh ...........60
Bảng 3-7. Ma trận đồng dạng chức năng .................................................................67
Bảng 3-8. Ma trận đồng dạng kết cấu ......................................................................74
Bảng 3-9. Ma trận đồng dạng tổng hợp....................................................................74
Bảng 5-1. Bảng chi tiết tính toán chọn và chi tiết mua.............................................98
Bảng 5-2. Thông số lựa chọn sử dụng trong quá tr nh tính toán phân tích .............99
Bảng 5-3. Lực tác dụng lên khung khi đưa vào tính toán bền ................................100
Bảng 5-4. Phản lực và momen tại chân đế [19] .....................................................102
Bảng 5-5. Kết quả phân tích tĩnh ............................................................................103
Bảng 5-6. Độ dịch chuyển tổng của khung máy .....................................................104
Bảng 5-7. Tổng lực tác dụng theo phương x ( Fx)..................................................104
Bảng 5-8. Tổng lực tác dụng theo phương y ( Fy)..................................................105
Bảng 5-9. Tổng lực tác dụng theo phương z ( Fz) ..................................................105
Bảng 5-10. Tổng momet tác dụng theo phương x ( Mx) .........................................106
Bảng 5-11. Tổng momet tác dụng theo phương y ( My) .........................................106
Bảng 5-12. Tổng momet tác dụng theo phương z ( Mz)..........................................107
Bảng 5-13. Ứng suất pháp lớn nhất tác dụng lên toàn máy ...................................108
Bảng 5-14. Ứng suất pháp nhỏ nhất tác dụng lên toàn máy ..................................108
Bảng 5-15. Ứng suất uốn lớn nhất của trục x tác dụng lên toàn máy ....................109

10. xvii
Bảng 5-16. Ứng suất uốn nhỏ nhất theo trục x tác dụng lên toàn máy ..................109
Bảng 5-17. Ứng suất uốn lớn nhất của trục y tác dụng lên toàn máy ....................110
Bảng 5-18. Ứng suất uốn nhỏ nhất theo trục y tác dụng lên toàn máy ..................110
Bảng 5-19. Ứng suất tiếp theo trục x tác dụng lên toàn máy .................................111
Bảng 5-20. Ứng suất tiếp theo trục x tác dụng lên toàn máy .................................111
Bảng 5-21. Tổng hợp ứng suất tiếp tác dụng lên toàn máy ....................................112
Bảng 5-22.Thông số kỹ thuật của các cụm chức năng trong máy SLS...................112

11. 1
Chƣơng 1 TỔNG QUAN
Hiện nay, tạo mẫu nhanh là một công nghệ đang đƣợc nghiên cứu áp dụng rộng
rãi ở nhiều nƣớc trên thế giới, đặc biệt là trong bối cảnh toàn cầu hóa và khu vực hóa
nền kinh tế. Trong chƣơng này sẽ trình bày tổng quan về tạo mẫu nhanh ứng dụng
trong máy tạo mẫu nhanh SLS.
1.1. Tổng quan về tình hình nghiên cứu, các kết quả nghiên cứu trong và ngoài
nƣớc đã vông bố
1.1.1. Đặt vấn đề
Nhu cầu tạo ra dòng sản phẩm mẫu mã đa dạng kiểu dáng khác nhau trong một
thời gian ngắn là rất lớn: thiết kế mẫu công nghiệp, các sản phẩm đúc, các sản phẩm
nhựa... Theo các số liệu thống kê, hiện nay rất nhiều các doanh nghiệp trong và ngoài
nƣớc mong muốn sử dụng công nghệ tạo mẫu nhanh, để thiết kế và đƣa sản phẩm của
mình nhanh ra thị trƣờng.
Hiện nay ở nƣớc ta việc thiết kế, chế tạo các sản phẩm mẫu (prototype) bằng
công nghệ tạo mẫu nhanh cũng nhƣ nghiên cứu để thiết kế và chế tạo hệ thống tạo
mẫu nhanh chƣa đƣợc phát triển mặc dù nhu cầu của thị trƣờng là không nhỏ. Trên cơ
sở đó đề tài “Nghiên cứu thiết kế hệ thống tạo mẫu nhanh SLS theo mô đun” đƣợc
thực hiện nhằm đáp ứng nhu cầu thực tế hiện nay, tiến tới chế tạo hệ thống tạo mẫu
nhanh trong nƣớc với giá thành rẻ hơn so với các thiết bị nhập ngoại.
1.1.2. Công nghệ tạo mẫu nhanh
Tạo mẫu là mô hình hóa ý tƣởng của ngƣời thiết kế, trƣớc khi sản xuất hàng loạt
sản phẩm bao giờ ngƣời ta cũng tạo mẫu trƣớc để xem xét, phân tích sự phù hợp của
mẫu so với những yêu cầu của sản phẩm. Tạo mẫu nhanh cho phép rút ngắn chu kỳ
chuẩn bị sản xuất và sản xuất để đƣa nhanh sản phẩm ra thị trƣờng.
Tạo mẫu nhanh có quan hệ mất thiết với kỹ thuật ngƣợc và có vai trò quan trọng
để sửa đổi cải tiến và thiết kế một cách sáng tạo mô hình ảo trên máy tính:

12. 2
Hình 1-1. Sơ đồ công nghệ tạo mẫu nhanh
Do vậy, công nghệ tạo mẫu nhanh là một kỹ thuật để cạnh tranh sản phẩm của
mỗi doanh nghiệp trong thời đại hiện nay. Ngoài ra công nghệ tạo mẫu nhanh có khả
năng thay đổi mẫu mã sản phẩm một cách nhanh chóng.
Tạo mẫu nhanh áp dụng tích hợp các thành tựu của công nghệ thông tin, công
nghệ tự động, cơ khí chính xác và quang học, laser, cũng nhƣ công nghệ vật liệu.
Công nghệ tạo mẫu nhanh hiện nay gồm nhiều các phƣơng pháp; SLA, LOM,
SLS, 3DP, SDM, FDM, SGC, SCS… Trong các phƣơng pháp này, SLS có thể sử
dụng vật liệu kim loại cũng nhƣ phi kim loại, đây là thế mạch của công nghệ này.
Phƣơng pháp tạo mẫu nhanh SLS (Selective Laser Sintering) đƣợc phát minh
bởi Carl Deckard vào năm 1986 ở trƣờng Đại học Texas và đƣợc bằng sáng chế năm
1989, đƣợc đƣa ra thị trƣờng bởi tập đoàn DTM (đƣợc thành lập năm 1987). Thiết bị
đầu tiên đƣợc thƣơng mại hóa vào năm 1992.
Giới thiệu công nghệ tạo mẫu nhanh SLS
Công nghệ tạo mẫu nhanh SLS dựa trên phƣơng pháp thiêu kết bằng laser
(Selective Laser Sintering) là kỹ thuật đã đƣợc phát triển và cấp bằng tại trƣờng đại
học Texas tại Austin. Với sự cung cấp tài chính từ công ty BFGoodrich, tập đoàn
DTM (1987) đã nghiên cứu thƣơng mại hóa kỹ thuật SLS, thiết bị tạo mẫu nhanh đầu
tiên của tập đoàn DTM đã đƣợc thƣơng mại hóa vào năm 1992. Ngày nay thiết bị tạo
mẫu nhanh loại này cũng đã và đang đƣợc sản xuất bởi một số các công ty khác.
Tƣơng tự phƣơng pháp SLA, phƣơng pháp này cũng dựa trên quá trình chế tạo từng
lớp nhƣng chất polymer lỏng đƣợc thay bằng vật liệu bột.
Cải tiến mô hình
ảo 3D
Cải tiến
mô hình vật lý
TẠO MẪU NHANH
KỸ THUẬT NGƯỢC

13. 3
1.1.2.1. Ƣu, nhƣợc điểm của phƣơng pháp SLS
a. Ƣu điểm
- Số lƣợng vật liệu đƣa vào quá trình lớn giúp cho quá trình tạo mẫu nhanh
chóng. Vật liệu đƣợc dữ trữ trong thùng cấp bột đủ cho nhiều lần gia công.
- Vật liệu đa dạng, không đắt tiền, có thể sử dụng nhiều loại vật liệu, từ sáp,
polyme, nhựa nhiệt dẻo, gốm cho đến kim loại và hợp kim. Do đó, có thể đạt đƣợc
chất liệu sản phẩm với độ bền mong muốn, có thể đạt tính chất vật liệu gần bằng so
với thiết kế.
- Vật liệu an toàn: vật liệu dạng bột, thƣờng sử dụng trong công nghiệp cơ khí
và tiêu dùng nhƣ sáp, nhựa, gốm, kim loại và hợp kim nên hoàn toàn không độc hại
ngoại trừ việc có thể gây bụi nên khi sử dụng cần một số dụng cụ bảo hộ lao động
đơn giản nhƣ khẩu trang. Tuy nhiên kích thƣớc của bụi khá lớn, ngoài tầm nguy hiểm
(lớn hơn 10µm).
- Không cần cơ cấu hỗ trợ (Support). Vật liệu bột không đƣợc thiêu kết sẽ có tác
dụng nhƣ cơ cấu hỗ trợ cho việc tạo mẫu. Vật liệu này sẽ đƣợc dễ dàng lấy ra sau khi
tạo mẫu và có thể đƣợc tái sử dụng lại sau khi đƣợc sàng lọc.
- Giảm sự bóp méo do ứng suất: Do mẫu đƣợc tạo với vật liệu bột đã đƣợc nung
nóng gần đến nhiệt độ nóng chảy và mẫu đƣợc làm nguội từ từ trong thùng bột nên
ứng suất dƣ giảm.
- Giảm các giai đoạn của quá trình hậu xử lý nhƣ chỉ cần phun cát: Nếu chỉ
dùng với chức năng là mẫu sản phẩm, thì hoàn toàn có thể sử dụng ngay hoặc nếu
muốn tăng độ bóng bề mặt thì cần xử lý phun cát. Chỉ khi muốn tăng độ cứng gần
nhƣ sản phẩm thật thì mới cần tăng mật độ vật chất bằng cách xử lý lƣu hoá.
- Không cần xử lý tinh (Post-curing).
- Chế tạo cùng lúc nhiều chi tiết: Có thể sắp xếp nhiều vật thể trong file gia công
để gia công đồng thời, tiết kiệm thời gian. Đối với các phƣơng pháp khác, do khó lấy
vật liệu hỗ trợ (đặc biệt là phƣơng pháp LOM, FDM) thì việc chế tạo cùng lúc nhiều
chi tiết sẽ rất khó khăn trong việc hậu xử lý và tách sản phẩm. Tuy nhiên, công nghệ
SLS là công nghệ mà việc lấy vật liệu hỗ trợ là dễ dàng nhất nên hầu nhƣ không ảnh
hƣởng quá trình chế tạo đồng thời nhiều chi tiết.

14. 4
- Dễ lấy chi tiết sau khi gia công, chi tiết có mật độ vật liệu cao có khi lên đến
100% tùy thuộc vào vật liệu.
b. Nhƣợc điểm
- Độ bóng bề mặt thô.
- Chi tiết ở trạng thái rỗ.
- Lớp đầu tiên có thể đòi hỏi một đế tựa để giảm ảnh hƣởng nhiệt (nhƣ uốn
quăn).
- Mật độ chi tiết không đồng nhất.
- Thay đổi vật liệu cần phải làm sạch máy kỹ càng
1.1.2.2. Vật liệu và các sản phẩm tạo ra từ công nghệ SLS
a. Vật liệu polymer:
Mẫu tạo từ vật liệu polymer có thể dùng làm mô hình vật lý để kiểm tra hình
dáng và kích thƣớc hình học, có thể sử dụng làm mô hình kiểm tra ứng suất nếu vật
liệu tƣơng đồng với thiết kế. Ngoài ra cũng có thể chế tạo chi tiết thay thế đơn chiếc.
Hình 1-2. Các sản phẩm tạo từ vật liệu bột polymer bằng công nghệ SLS
b. Vật liệu kim loại và hợp kim:
Công nghệ SLS với khả năng sử dụng vật liệu kim loại và hợp kim trở thành
một trong số ít công nghệ tạo mẫu nhanh có thể trở thành một công nghệ sản xuất
mới thay cho tạo mẫu. Nó đã trở thành DMLS (direct metal laser sintering) và dần
đƣợc phát triển để thực sự trở thành một công nghệ sản xuất nhanh nhƣ gia công
CNC, với một lợi thế là không giới hạn về yêu cầu thiết kế (chi tiết khó gia công,
đƣờng ống và chi tiết…).
Với vật liệu là kim loại và hợp kim, sản phẩm sau tạo mẫu có thể đƣợc lƣu hoá
để tăng mật độ kết dính bột vật liệu, tạo cho sản phẩm có độ cứng cao và hoàn toàn

15. 5
có thể sử dụng là một sản phẩm thực. Một số sản phẩm ví dụ: máy bơm, cánh quạt…
sử dụng trong công nghiệp, các khớp nối y tế, các dụng cụ cắt và gia công khác
(EDM, dập…) có tuổi thọ ngắn và trung bình.
Hình 1-3. Các sản phẩm tạo từ vật liệu bột kim loại bằng công nghệ SLS
c. Vật liệu phi kim:
Vật liệu phi kim có thể là sáp, gốm…thƣờng dùng làm lõi cho công nghệ đúc.
1.1.3. Khái niệm về thiết kế sản phẩm theo môđun
Thiết kế sản phẩm theo mô đun là một phƣơng pháp thiết kế mới nhằm khắc
phục nhƣợc điểm của phƣơng pháp thiết kế truyền thống. Đối với phƣơng pháp thiết
kế truyền thống, khi chúng ta thay đổi hay cải tiến sản phẩm hiện có thì phải thiết kế
lại toàn bộ, việc này tốn rất nhiều thời gian và chi phí phát triển sản phẩm. Ngoài ra,
chất lƣợng và giá thành sản phẩm cũng là một trở ngại đối với phƣơng pháp này. Vì
vậy, phƣơng pháp này ứng dụng tốt trong quá trình thiết kế sản phẩm đơn giản. Với
phƣơng pháp thiết kế mới, chúng ta không phải thiết kế và chế tạo trực tiếp sản phẩm
nữa mà nó sẽ đƣợc phân chia thành các cụm chi tiết hay mô đun. Các mô đun này độc
lập với nhau về mặt chức năng nên chúng có thể đƣợc thiết kế và chế tạo độc lập ở
nhiều nơi với điều kiện là sản xuất đúng theo tiêu chuẩn. Ngoài ra, các mô đun cũng
đƣợc kiểm tra độc lập với nhau nên khi lắp ráp lại với nhau sẽ hình thành một sản
phẩm chất lƣợng. Khi chúng ta cần thay đổi hay cải tiến sản phẩm làm cho sản phẩm
có tính năng ƣu việt hơn sản phẩm cũ thì ta chỉ cần thêm vào, thay thế hay hiệu chỉnh
một số mô đun sẽ hình thành một sản phẩm mới mà không phải thiết kế lại toàn bộ
sản phẩm..
1.1.4. Tình hình nghiên cứu
1.1.4.1. Trong nƣớc
Tình hình nghiên cứu về tạo mẫu nhanh ở trong nƣớc bắt đầu từ những báo cáo
chuyên đề của các giáo sƣ Mỹ, Đức vào những năm 1995 - 1996 tại trƣờng Đại học

16. 6
Bách Khoa Tp.HCM và Đại học Bách Khoa Hà Nội. Vào các năm 1997 - 1998
trƣờng Đại học Bách Khoa Tp.HCM, Viện nghiên cứu IMI đã cử một số cán bộ đi
tham quan tìm hiểu công nghệ này ở nƣớc ngoài.
Vào tháng 3/1999 tại Khoa Cơ khí, Đại học Bách Khoa TP.HCM chính thức
thành lập nhóm Tạo mẫu nhanh với những nhiệm vụ nghiên cứu tổng quan của toàn
bộ các phƣơng pháp công nghệ tạo mẫu nhanh cũng nhƣ kinh nghiệm nghiên cứu
triển khai ở các nƣớc trên thế giới.
Tháng 9/2000, Khoa Cơ khí Đại học Bách Khoa Tp.HCM ký văn bản hợp tác
toàn diện với Khoa Cơ khí trƣờng Đại học Nanyang Singapore trong đó có việc phối
hợp nghiên cứu về công nghệ tạo mẫu nhanh cùng với Giáo sƣ Chuachekai một
chuyên gia về công nghệ tạo mẫu nhanh.
Tháng 10/2002, Bộ Khoa Học - Công Nghệ và Môi Trƣờng đã phê duyệt, chấp
thuận cho trƣờng Đại học Bách Khoa – Đại học Quốc Gia Tp.HCM triển khai đề tài
nghiên cứu cấp Nhà Nƣớc: “Nghiên cứu công nghệ tạo mẫu nhanh để gia công các
chi tiết có bề mặt phức tạp”, nằm trong chƣơng trình nghiên cứu Khoa Học và Phát
triển Công nghệ chế tạo máy KC.05 với sự tham gia của các đơn vị khác nhƣ Đại học
Bách Khoa Hà Nội, Đại học Y Dƣợc Tp.HCM, bệnh viện Chợ Rẫy và Viện Nghiên
Cứu IMI Hà Nội.
Tháng 3 năm 2002 Khoa Cơ khí, Đại học Bách Khoa TP.HCM kết hợp với tập
đoàn 3D System đã tổ chức hội thảo lần thứ hai về công nghệ Tạo mẫu nhanh. Tại hội
nghị này ngoài báo cáo của ông DockStaler chuyên gia của hãng 3D System còn có
các báo cáo của các cán bộ giảng dạy của trƣờng Đại học Bách Khoa Hà Nội, Đại học
Bách Khoa Tp.HCM, Đại học Y Dƣợc Tp.HCM và các bác sĩ của bệnh viện Chợ
Rẫy.
Một số công bố liên quan tới công nghệ Tạo mẫu nhanh phải kể đến: Nghiên
cứu công nghệ tạo mẫu nhanh để gia công các chi tiết có bề mặt phức tạp / Trƣờng
Đại học Bách Khoa; Đặng Văn Nghìn, 2004; Nghiên cứu dữ liệu hình học, độ chính
xác sản phẩm của công nghệ tạo mẫu nhanh và ứng dụng trong chế tạo khuôn : Luận
án tiến sỹ Kỹ thuật: 62.52.04.15 / Bùi Ngọc Tuyên. - H., 2009; Ảnh hƣởng của
phƣơng pháp cắt lớp tới độ chính xác hình học của mẫu trong công nghệ tạo mẫu
nhanh/ Nguyễn Mạnh Hà Cơ khí ngày nay, 2003, số 05 Tr.38-40; Nâng cao tính cạnh

17. 7
tranh của sản phẩm chế tạo máy trên cơ sở áp dụng công nghệ tạo mẫu nhanh và máy
công cụ biến hình / Đặng Văn Nghìn // Tham luận tại Hội thảo khoa học công nghệ
với sự phát triển ngành chế tạo máy Việt Nam, 2003, tr. 127-131.
Năm 2013, trƣờng Đại Học Bách Khoa TP.HCM kết hợp với khoa ngoại thần
kinh bệnh viện Chợ Rẫy, bệnh viện 115 và bệnh viện nhân dân Gia Định đã nghiên
cứu ứng dụng công nghệ tạo mẫu nhanh tạo chi tiết cấy ghép sọ não và đã ứng dụng
thành công trong thực tế [2].
Hình 1-4. Cấy ghép sọ não
a) Mô hình 3D b) Mẫu từ máy tạo mẫu nhanh c) Chi tiết cấy ghép
Đại học Sƣ Phạm Kỹ Thuật TPHCM đã đầu tƣ máy FDM tại Trung tâm công
nghệ cao.
Máy tạo mẫu nhanh FDM 200mc với các thông số công nghệ:
Kích thƣớc sản phẩm: (203 x 203 x 305)mm.
Độ chính xác: 0.127mm.
Kích thƣớc máy: (686 x 864 x1041)mm.
Khối lƣợng: (128- 160)kg.
Bề dày lớp đùn: (0.178-0.254) mm.
Đây cũng là hệ thống máy tạo mẫu nhanh dạng FDM duy nhất ở Việt Nam đang
có tại Đại học Sƣ phạm kỹ thuật Tp. Hồ chí Minh.

18. 8
Hình 1-5. Máy tạo mẫu nhanh FDM 200mc [4]
Các đề tài cấp cơ sở PTN (2008-2009): “Nghiên cứu thiết kế và chế tạo mô hình
bộ điều khiển nhiệt độ cho khuôn có kênh dẫn nhựa nóng” tập trung nghiên cứu các
bộ điều khiển nhiệt độ cho hệ thống khuôn có kênh dẫn nhựa nóng hay đề tài cấp nhà
nƣớc (2008-2010) “Nghiên cứu thiết kế, chế tạo máy đo toạ độ 3D CNC” là những
tiền đề quan trọng cho việc triển khai thiết kế chế tạo máy tạo mẫu nhanh SLS một
cách hiệu quả và tin cậy.
Các công ty sản xuất giày thể thao nhƣ: công ty TNHH Shyang Hung Chen, ấp
2 xã Thuận An, Huyện Thuận Giao, Tỉnh Bình Dƣơng; công ty TNHH Bao Yoen,
huyện Bến Lức Long An… đã ứng dụng công nghệ tạo mẫu nhanh trên máy FDM để
tạo ra đế giày cho giày mẫu.

19. 9
Hình 1-6. Đế giày tạo mẫu nhanh
1.1.4.2. Ngoài nƣớc
Từ những hiệu quả mà Công Ngệ Tạo Mẫu Nhanh mang lại, nhiều nhà nghiên
cứu từ nhiều chuyên môn khác nhau đã tập trung nghiên cứu vào lĩnh vực này, trong
đó có thể kể đến Giáo sƣ Dolenc của đại học Hensinki, xuất thân từ công nghệ thông
tin, hiện nay là chuyên gia viết phần mềm cho công nghệ tạo mẫu nhanh; Giáo sƣ
Gibson (Đại học HongKong), trước khi là chuyên gia tạo mẫu nhanh, đã là giáo sƣ về
tự động hoá; Giáo sƣ Rock (Đại học Texas) không những là chuyên gia về vật liệu
mà còn là tác giả của phƣơng pháp FDM...
Đã có rất nhiều hội thảo liên quan tới tạo mẫu nhanh được tổ chức Châu Âu từ
năm 1992 về : - Tạo mẫu nhanh - Rapid Prototyping(RP) - Tạo mẫu và chế tạo nhanh
- Rapid Prototyping & Manufacturing (RP&M) - Tạo nhanh các hệ thống - Rapid
System Prototyping(RSP) - Tạo công cụ nhanh - Rapid Prototyping Manufacturing
tool (RM) - Phát triển nhanh sản phẩm - Rapid Product Development (RPD). Đã có
nhiều cuộc hội thảo tạo mẫu nhanh. Hội thảo Tạo mẫu và chế tạo nhanh cũng được tổ
chức nhiều lần Hội thảo ở Châu Âu và lần đầu tiên tại Bắc Kinh - Trung Quốc vào
năm 1998.
Những ƣu điểm của tạo mẫu nhanh đã đƣợc các bác sĩ cùng phối hợp nghiên
cứu và khai thác tối đa. Các công trình của họ không những được báo cáo tại các hội
thảo nói trên mà còn được báo cáo tại 6 hội nghị quốc tế chuyên sâu về phẫu thuật
với sự trợ giúp của máy tính và tạo mẫu nhanh trong y học (Computer Assisted

20. 10
Surgery & Rapid Prototyping in Medicine (CAS)) được tổ chức từ năm 1995 đến
năm 2001. các công trình nghiên cứu áp dụng Tạo mẫu nhanh trong y học còn được
đăng tải ở các tạp chí Y học.
Vì đây là lĩnh vực Khoa học liên ngành, do đó để áp dụng nhanh vào sản xuất
ngoài việc nghiên cứu độc lập, nhiều trường Đại học, Viện nghiên cứu, cơ sở sản xuất
và các bệnh viện đã hợp tác cùng nhau nghiên cứu. Điển hình nhất của ứng dụng Tạo
Mẫu nhanh trong công nghiệp có dự án mang tên RAPTEC. Đây là dự án cộng tác
nghiên cứu và phát triển công nghệ tạo mẫu nhanh gồm 10 thành viên thuộc các
ngành công nghiệp và các trƣờng đại học của các nƣớc Châu Âu, đƣợc sự bảo trợ của
cộng đồng Châu Âu. Mục đích của dự án là chuyển giao các kết quả nghiên cứu ra
sản xuất công nghiệp, mà chủ yếu là công nghiệp ôtô.
Về tạo mẫu nhanh trong y học có khá nhiều dự án phối hợp. Trƣớc hết là tổ
chức Nimbus TCS ở Đại học Kỹ Thuật Lousiana (Mỹ), INCS (Nhật), Anatomics (Úc)
hoặc dự án Phidias của cộng đồng Châu Âu. Đa số họ đều phối hợp nghiên cứu.
Dự án hợp tác lớn nhất là Phidias. Đây là dự án hợp tác của 39 thành viên bao
gồm các trƣờng Đại học, Viện nghiên cứu và các bệnh viện của các nƣớc Châu Âu.
Dự án Phidias thƣờng xuyên tổ chức các hội thảo về áp dụng tạo mẫu nhanh trong y
học...
1.2. Mục đích và ý nghĩa của đề tài
1.2.1. Mục đích của đề tài
Nghiên cứu thiết kế hệ thống tạo mẫu nhanh trên công nghệ SLS trên cơ sở tích
hợp hệ thống, mô đun hóa các cụm máy.
1.2.2. Ý nghĩa của đề tài
1.2.2.1. Ý nghĩa công nghệ
Làm chủ công nghệ SLS và phƣơng pháp mô đun hóa, ta có thể tạo mẫu nhanh,
giúp đƣa nhanh sản phẩm ra thị trƣờng. Đây là một lợi thế trong thời đại cạnh tranh
toàn cầu nhƣ hiện nay (Ví dụ: Việc tạo mẫu nhanh sẽ rút ngắn thời gian cho sản phẩm
ra thị trƣờng xuống khoảng 1/8 so với trƣớc đây).
Trong công nghệ SLS, có thể sử dụng nhiều loại vật liệu, từ sáp, polyme, nhựa
nhiệt dẻo, gốm cho đến kim loại và hợp kim... Đặc biệt là với khả năng sử dụng bột

21. 11
kim loại, có thể ứng dụng công nghệ SLS để tạo khuôn nhanh, vừa tiết kiệm vật liệu
khuôn, vừa giảm giá thành sản phẩm.
1.2.2.2. Ý nghĩa kinh tế
Đề tài đáp ứng đòi hỏi nhanh chóng tạo ra sản phẩm cơ khí và sự khó tính của
thị trƣờng về hình dáng, kỹ thuật, giảm thời gian thiết kế và chế tạo hệ thống SLS.
Đề tài có ý nghĩa kinh tế cao vì sẽ giảm đƣợc chi phí nhập máy móc, thiết bị
công nghệ cao.
1.2.2.3. Ý nghĩa xã hội
Đề tài mang tính xã hội cao vì đáp ứng đƣợc nhu cầu cấp thiết và tất yếu cho
việc nghiên cứu thiết kế hệ thống SLS. Chuyển giao công nghệ từ Phòng Thí nghiệm,
nhân rộng tới các trƣờng Cao đẳng, Đại học trong nƣớc và doanh nghiệp trong nƣớc.
Đề tài đem lại cho ngƣời thiết kế thêm một lựa chọn, để họ có cảm giác tự tin
sáng tạo những sản phẩm thiết kế mới của mình, làm ra những sản phẩm tại Việt
Nam, tạo ra của cải vật chất, mang lại lợi ích cho gia đình và xã hội.
1.3. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu của đề tài
Đề tài tập trung nghiên cứu thiết kế hệ thống cơ khí của hệ thống tạo mẫu nhanh
SLS theo mô đun. Nội dung nghiên cứu bao gồm:
- Nghiên cứu tổng quan, xác định yêu cầu kỹ thuật trong bài toán thiết kế;
- Đƣa ra ý tƣởng, lựa chọn phƣơng án thiết kế;
- Xây dựng quy trình thiết kế hệ thống tạo mẫu nhanh SLS theo mô đun.
- Tính toán thiết kế máy;
- Mô phỏng lắp ráp và hoạt động của máy.
1.4. Phƣơng pháp nghiên cứu
- Tổng quan tài liệu sách, báo, patent về cấu trúc của máy SLS, thiết kế sản
phẩm theo mô đun;
- Phân tích lựa chọn phƣơng án thiết kế;
- Xây dựng quy trình thiết kế theo mô đun, mô hình hóa và tính toán thiết kế;
- Mô phỏng lắp ráp và hoạt động;
- Phân tích, đánh giá thiết kế;

22. 12
1.5. Kết cấu của luận văn
Chƣơng 1: Nghiên cứu tổng quan
Tổng hợp lý thuyết; Phân tích đặc tính kỹ thuật; Xác định yêu cầu kỹ thuật trong
bài toán thiết kế;
Chƣơng 2: Cơ sở lý thuyết
Nguyên lý làm việc của thiết bị; Tìm hiểu các Patent liên quan, một số máy tạo
mẫu nhanh SLS trên thị trƣờng; Nghiên cứu các yếu tố ảnh hƣởng trong quá trình tạo
mẫu nhanh SLS; Nguyên tắc thiết kết sản phẩm theo môđun; Phân tích đối tƣợng
thiết kế và đề ra phƣơng án thiết kế sơ bộ.
Chƣơng 3: Phân tích thiết kế sản phẩm theo mô đun, thiết kế hệ thống, lựa chọn
các mô đun
Phân tích quy trình thiết kế theo mô đun; Thiết kế hệ thống; Phân tích thiết kế
theo mô đun; Đánh giá ý tƣởng; Lựa chọn phƣơng án thiết kế cụm cấp bột; Lựa chọn
phƣơng án thiết kế bàn nâng Z; Lựa chọn phƣơng án và thiết kế hệ thống gia nhiệt;
Lựa chọn phƣơng án hậu xử lý; Sử dụng ma trận quyết định các ý tƣởng thiết kế; Xác
định các đặc tính hệ thống (SLS) của hệ thống tạo mẫu nhanh SLS; Xác định ảnh
hƣởng của đặc tính hệ thống (SLS) lên các yêu cầu chức năng chung (GFR) của thệ
thống tạo mẫu nhanh; Xác định hệ số tầm quan trọng của GFR của hệ thống tạo mẫu
nhanh; Thiết lập ma trận đồng dạng của hệ thống tạo mẫu; Hình thành các môđun của
hệ thống tạo mẫu nhanh.
Chƣơng 4: Tính toán thiết kế máy
Các thông số ban đầu để tính toán; Trình tự tính toán; Tính toán các thông số
cho hệ thống tạo mẫu SLS; Tính toán thiết kế cụm khung máy.
Chƣơng 5: Mô phỏng lắp ráp và hoạt động của máy
Mô phỏng lắp ráp các bộ phận máy; Mô phỏng kết cấu, hoạt động, kiểm tra
bền.
Chƣơng 6: Kết luận và kiến nghị

23. 13
Chƣơng 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT
2.1. Nguyên lý làm việc của thiết bị
Hình 2-1. Nguyên lý hoạt động của thiết bị tạo mẫu nhanh SLS.
Phƣơng pháp SLS sử dụng tính chất của vật liệu bột là có thể hóa rắn dƣới tác
dụng của nhiệt (nhƣ nylon, elastomer, kim loại). Một lớp mỏng của bột nguyên liệu
đƣợc trải trên bề mặt của xy lanh công tác bằng một trống định mức. Sau đó, tia laser
hóa rắn (kết tinh) phần bột nằm trong đƣờng biên của mặt cắt (không thực sự làm
chảy chất bột), làm cho chúng dính chặt ở những chỗ có bề mặt tiếp xúc. Trong một
số trƣờng hợp, quá trình nung chảy hoàn toàn hạt bột vật liệu đƣợc áp dụng. Quá
trình kết tinh có thể đƣợc điều khiển tƣơng tự nhƣ quá trình polymer hoá trong
phƣơng pháp tạo hình lập thể SLA. Sau đó xy lanh hạ xuống một khoảng cách bằng
độ dày lớp kế tiếp, bột nguyên liệu đƣợc đƣa vào và quá trình đƣợc lặp lại cho đến
khi chi tiết đƣợc hoàn thành.
Trong quá trình chế tạo, những phần vật liệu không nằm trong đƣờng bao mặt
cắt sẽ đƣợc lấy ra sau khi hoàn thành chi tiết, và đƣợc xem nhƣ bộ phận phụ trợ để
cho lớp mới đƣợc xây dựng. Điều này có thể làm giảm thời gian chế tạo chi tiết khi
dùng phƣơng pháp này. Phƣơng pháp SLS có thể đƣợc áp dụng với nhiều loại vật liệu
khác nhau: Policabonate, PVC, ABS, nylon, sáp… Những chi tiết đƣợc chế tạo bằng
phƣơng pháp SLS tƣơng đối nhám và có những lỗ hỗng nhỏ trên bề mặt nên cần phải
xử lý sau khi chế tạo (xử lý tinh).

24. 14
Vật liệu sử dụng: Polycacbonate (PC), nylon, sáp, bột kim loại (copper
polyamide, rapid steel), bột gốm (ceramic), glass filled nylon, vật liệu đàn hồi
(elastomer).
Nguyên lý làm việc của quá trình tạo mẫu nhanh SLS đƣợc thể hiện trên hình 1.
Sản phẩm đƣợc chia thành các lát cắt từ file định dạng .STL tạo một lớp bằng cách
trải các lớp bột, thiêu kết bằng nguồn laser CO2 theo các bƣớc sau:
Bƣớc 1: Một lớp vật liệu bột nóng chảy đƣợc đặt vào buồng chứa sản phẩm;
Bƣớc 2: Lớp vật liệu bột đầu tiên đƣợc quét bằng tia laser CO2 và đông đặc lại.
Vật liệu bột không đƣợc xử lý sẽ đƣợc đƣa trở về thùng chứa liệu.
Bƣớc 3: Khi lớp thứ nhất đã hoàn thành thì lớp vật liệu bột thứ hai đƣợc cấp vào
thông qua con lăn cơ khí chuẩn bị cho quá trình quét lớp thứ hai.
Bƣớc 4: Bƣớc hai và bƣớc ba đƣợc lặp lại cho đến khi sản phẩm đƣợc hoàn
thành.
Sau khi quá trình kết thúc, sản phẩm đƣợc lấy ra khỏi buồng xử lý và có thể qua giai
đoạn hậu xử lý hoặc đánh bóng lại nhƣ phun cát tùy từng ứng dụng của sản phẩm.
2.2. Các Patent liên quan
2.2.1. Patent US 4,863,538
Phƣơng pháp và thiết bị để lƣu hóa có chọn lọc một lớp bột nhằm tạo ra một chi
tiết nhiều lớp cần đƣợc lƣu hóa. Thiết bị bao gồm một máy tính điều khiển một tia
laser nhằm hƣớng trực tiếp nguồn laser vào trong bột để tạo ra một khối bột đƣợc lƣu
hóa. Ngoài ra máy tính cũng quyết định hoặc là đƣợc lập trình với biên dạng mặt cắt
ngang của chi tiết với mỗi mặt cắt ngang mục đích của tia laser là quét qua lớp bột và
tia laser chỉ làm lƣu hóa những phần bột bên trong biên dạng của mặt cắt ngang. Bột
đƣợc tiếp tục đắp vào và đƣợc lƣu hóa cho đến khi tạo thành chi tiết hoàn chỉnh. Bột
có thể là nhựa, kim loại, gốm sứ, hoặc là những chất polymer. Với nhiệm vụ nhƣ trên
mục đích của tia laser làm nhiệm vụ quét liên tục để hình thành nên biên dạng riêng
biệt của từng mặt cắt.

25. 15
Hình 2-2. Patent US 4,863,538
2.2.2. Patent số 5,658,412
Trong một phƣơng pháp tạo ra vật thể 3 chiều trong đó vật thể đƣợc tạo ra theo
từng lớp bằng cách đắp những lớp vật liệu có thể bị hóa rắn bởi sự tác động của ánh
sáng và bức xạ điện từ và hóa rắn một cách liên tục mỗi lớp tại điểm nhiệt độ tùy
thuộc vào loại vật liệu.
Hình 2-3. Patent 5658412
2.2.3. Patent số 6,215,093
Một phƣơng pháp để tạo ra một mẫu nhựa, dựa vào dữ liệu CAD 3D của mẫu
nhựa đó, bằng cách đắp những lớp bột kim loại, nhiều lớp bột tiếp theo đƣợc đắp lên
trên những lớp bột trƣớc đó, chúng đƣợc nung đến một nhiệt độ xác định, điều này có
nghĩa là hệ thống laser phải thực hiện thêm chức năng nung trƣớc khi thực hiện tiếp
lớp kế. Chùm tia laser đƣợc chiếu vào những lớp bột theo biên dạng mặt cắt ngang
của mô hình CAD theo một cách để cho chúng gắn liền với lớp dƣới nó. Năng lƣợng
của nguồn tia laser đƣợc lựa chọn sao cho nó có thể làm nóng chảy vật liệu.

26. 16
Hình 2-4. Patent số 6,215,093
2.2.4. Patent số 6,554,600
Về nguyên tắc thiết bị này cũng giống các loại trên tuy nhiện hệ thống có thiết
bị chứa này có một bên thành có thể duỗi ra theo hƣớng thẳng đứng và những thiết bị
hỗ trợ cho phép để đỡ chi tiết di chuyển đƣợc.
Hình 2-5. Patent số 6554600
2.2.5. Patent số 5,430,666
Một phƣơng pháp và thiết bị để kiểm tra vết quét của tia laser trên một bề mặt
phẳng bao gồm một thiết bị phát hiện ra lỗi có phần kiểm tra lỗi theo phƣơng x và
theo phƣơng y, cụm là một thiết bị tỉ lệ cho những vùng bề mặt phẳng khác nhau.

27. 17
Thiết bị tỉ lệ ban đầu đƣợc đặt với một giá trị có tính đến sự sai biệt trong kích thƣớc
vùng quét và kích thƣớc tổng thể của dữ liệu CAD. Sự điều chỉnh đƣợc thực hiện cho
mỗi thiết bị tỉ lệ, phải tính đến sự sai lệch về hình dáng vì dùng hệ thống quét gƣơng
quét vuông góc nhau. Một tấm phẳng gồm nhiều hình vuông đƣợc đặt trên bề mặt
đƣợc quét. Sau khi quay định vị và tia laser quét lên mỗi ô. Sau đó tấm này đƣợc
chuyển qua dạng số bằng cách quét và vị trí của mặt nạ laser có liên quan tới những ô
vuông đƣợc dùng để cập nhật thiết bị sửa cho những ô đó.
Hình 2-6. Patent số 5,430,666
2.2.6. Patent số 5,427,733
Hệ thống điều khiển nhiệt độ trong hệ thống lƣu hóa bằng tia laser gồm có một
chùm tia laser hội tụ trên bàn lƣu hóa bằng những thấu kính hội tụ và một bộ gƣơng
quét. Bức xạ nhiệt phóng ra từ bàn lƣu hóa đƣợc phản ánh tới bộ gƣơng quét và tới
một hệ thống chia đôi ánh sáng giúp phản xạ bức xạ và cho bƣớc sóng của tia laser đi
qua. Bức xạ hội tụ vô trong một bộ tách sóng quang học giúp đƣa ra tín hiệu tới mạch
điều khiển nguồn điện. Mạch điều khiển nguồn điện điều khiển một ổn áp ổn định
năng lƣợng của tia laser cũng nhƣ là duy trì ổn định sự phát xạ nhiệt ở một mức độ
vừa phải (cũng nhƣ là nhiệt độ tại vùng lƣu hóa).

28. 18
Hình 2-7. Patent số 542733
2.3. Một số máy tạo mẫu nhanh SLS trên thị trƣờng
Hiện nay hệ thống SLS đƣợc biết đến nhiều nhất là hệ thống Sinterstation. Hệ
thống đƣợc phát triển bởi tập đoàn DTM. Hiện nay hệ thống này đã đƣợc phát triển
bời 3D Systems với các dòng máy nhƣ Sinterstation® Pro, Sinterstation® HiQ™ (là
phiên bản nâng cấp của dòng máy Sinterstation® 2500plus HiQ – High Quality )
2.3.1. Hệ thống Sinterstation HiQ của 3D Systems
Hình 2-8.Máy Sinterstation HiQ Sinterstation® Pro DM100 SLM System
Thông số kỹ thuật của hệ thống
- Nguồn laser:
- HiQ: 30W Laser CO2, tốc độ quét tối đa 5m/s.
- Không gian gia công: W381 x D330 x H457 mm (57L).
- Phần mềm điều khiển: Proprietary SLS system
- Hệ điều hành: Windows XP

29. 19
- Tập tin nguồn: .stl
- Nguồn điện: 240 VAC 12.5 kVA, 50/60 Hz
- Nhiệt độ làm việc: 16-27 °C
- Độ ẩm: <70%
2.3.2. Máy Sinterstation
Hình 2-9.Sinterstation® Pro DM100
Thông số kỹ thuật của hệ thống
- Nguồn laser: 50/100/200W Laser CO2, tốc độ quét tối đa 10m/s.
- Tốc độ gia công: tối đa 30cm3/ giờ.
- Đƣờng kính tia laser: 30 - 200 micron.
- Không gian gia công: Ø125mm x 80 mm.
- Bề dày lớp: 30/50 micron.
- Hệ điều hành: Windows XP
- Tập tin nguồn: .stl
- Nguồn điện : 208V, 3 pha, 50/60Hz, 16 A,12.5 kVA
- Kích thƣớc: 900 x 800 x 2500 mm
- Khối lƣợng: 400kg

30. 20
2.3.3. Máy HRPS-IV. Trung Quốc
Hình 2-10. Máy HRPS-IV
Thông số kỹ thuật của hệ thống
- Không gian gia công : 500 x 500 x 400 mm
- Vật liệu : bột PS, bột gang ,bột thép.
- Độ dày lớp : 0.08~0.3mm, độ chính xác chi tiết: 200mm+/-0.2mm hoặc +/-
0.1%
- Độ chính xác của tia laser: 0.02mm
- Phần mềm ứng dụng để điều khiển hệ thống SLS RP: Power RP 2005
2.4. Nghiên cứu các yếu tố ảnh hƣởng trong quá trình tạo mẫu nhanh SLS
2.4.1. Ảnh hƣởng của việc gia nhiệt đến chất lƣợng của sản phẩm
Việc gia nhiệt trƣớc cho bột là một công đoạn thƣc sự rất cần thiết. Theo lý
thuyết tạo mẫu nhanh bằng công nghệ lazer thiêu kết, vật liệu đàn hồi nhiệt dẻo sẽ
đƣợc tia laser thiêu kết làm cho chúng đạt đến nhiệt độ mà ở đó chúng chuyển từ thể
rắn sang dẻo, sau khi tia laser đi qua các mảng vật liệu sẽ hóa cứng trở lại và liên kết
với nhau tạo thành các lớp mà chúng ta mong muốn. Khi lớp trƣớc đƣợc thực hiện
xong thì lớp tiếp theo cũng đƣợc thực hiện, lúc này bột đƣợc thiêu kết không chỉ kết
dính với bột trong cùng một lớp mà còn liên kết với bột ở lớp trƣớc đó. Cứ nhƣ thế
thực hiện từng lớp cho đến khi hoàn thành sản phẩm [3].

31. 21
Hình 2-11. Tạo mẫu sản phẩm bằng laser thiêu kết
Tuy nhiên, việc này chỉ có thể thực hiện trong điều kiện lý tƣởng khi mà trong
quá trình tạo mẫu không xuất hiện ứng suất sinh ra do nhiệt độ. Từ quá trình nghiên
cứu và chứng minh bằng thực nghiệm cho thấy rằng việc tăng nhiệt độ đột ngột từ
nhiệt độ môi trƣờng đến nhiệt độ hóa dẻo luôn tạo ra hiện tƣợng ứng suất nhiệt do
biên độ dao động của nhiệt là khá lớn.
Ứng xuất sinh ra do nhiệt độ dẫn tới những lỗi rất dễ dàng nhận thấy ở sản
phẩm tạo thành. Thứ nhất là ở lớp đầu tiên ta thấy rằng mép tiếp xúc của sản phẩm và
mặt bàn nâng xuất hiện những chỗ bị vênh do việc chuyển pha vật liệu đột ngột. Thứ
hai là giữa các lớp vật liệu với nhau cũng xảy ra hiện tƣợng tƣơng tự.
Để khắc phục hiện tƣợng này ta phải tiến hành gia nhiệt cho bột đến một nhiệt
độ nhất định trƣớc khi tạo mẫu. Việc gia nhiệt cho bột nhƣ vậy có tác dụng làm cho
khoảng dao động nhiệt độ từ trạng thái rắn sang trạng thái dẻo nhỏ và ngƣợc lại. Từ
đó, biện pháp này sẽ làm giảm ứng suất nhiệt xuất hiện trong quá trình tạo mẫu sản
phẩm. Tùy theo từng loại bột khác nhau mà ta phải gia nhiệt trƣớc cho chúng đến
nhiệt độ trung gian đó.
Hơn nữa việc gia nhiệt trƣớc cho bột nhƣ thế ngoài tác dụng làm giảm ứng
suất do nhiệt gây ra thì biện pháp này còn có thêm một công dụng khác nữa. Đó là, do
đƣợc gia nhiệt trƣớc nên thời gian cần thiết để thiêu kết vật liệu sẽ giảm một cách
đáng kể từ đó sẽ làm giảm tổng thời gian tạo mẫu cho sản phẩm.

32. 22
2.4.2. Ảnh hƣởng của tốc độ quét đến khả năng thiêu kết vật liệu
Năng lƣợng sử dụng tính toán nguồn nhiệt di động đƣợc tổng hợp bởi nhiều
yếu tố, trong đó các yếu tố phục vụ tính toán chọn bao gồm: công suất, tốc độ quét,
bề rộng đƣờng quét, độ dày lớp vật liệu,… Mối quan hệ giữa tốc độ cắt vc và công
suất tổng cộng của bức xạ laser [2]:
hvcb(c. .Tnc+ Lnc) =ƞPlaser (13)
Trong đó: h – độ dày lớp vật liệu
vc – tốc độ quét
b – độ rộng vết quét
Tnc – nhiệt độ nóng chảy vật liệu
Lnc – nhiệt lƣợng nóng chảy riêng của vật liệu
Ƞ – hiệu suất quá trình
Plaser – Công suất laser
Tốc độ quét laser là một trong các tham số của hàm về công suất bức xạ laser.
Khi độ rộng vết quét bằng đƣờng kính của tia laser b = 2rf và độ dày vật liệu là h
không đổi thì vC ~ Plaser .
Khi chiếu tia laser trên bề mặt của vật liệu đàn hồi nhiệt dẻo thì dƣới ảnh
hƣởng của nhiệt lƣợng đƣợc tia laser tạo ra bột ở khu vực mong muốn tạo mẫu sẽ
biến dạng và tạo thành lớp cần quét. Tuy nhiên, không chỉ bột ở khu vực cần thiêu kết
bị biến dạng mà cả bột ở khu vực xung quanh cũng chịu tác động theo, nhƣng mức độ
biến dạng của chúng sẽ ít hơn là ở khu vực chính. Mức độ ảnh hƣởng này thay đổi
tùy thuộc vào lƣợng nhiệt mà tia laser tạo ra và thời gian quét laser.
Tốc độ quét càng chậm thì thời gian quét càng lâu, nhiệt lƣợng do tia laser tỏa
ra càng lớn, càng nhiều vật liệu xung quanh tia laser bị ảnh hƣởng biến dạng làm cho
sản phẩm sau khi hoàn thành có chất lƣợng bề mặt không tốt. Trong trƣờng hợp tia
laser quá chậm sẽ làm ảnh hƣởng tới chất lƣợng của lớp đã hình thành trƣớc đó Do
đó, tốc độ quét laser sẽ quyết định xem lƣợng bột chịu ảnh hƣởng không mong muốn
đó sẽ ở mức độ nào.
Nếu tốc độ quét của tia laser là quá nhanh thì thời gian thiêu kết đối với vật
liệu bột là chƣa đủ để đƣa vật liệu tới nhiệt độ mà ở đó vật liệu bột đạt tới trạng thái

33. 23
dẻo. Khi đó vật liệu bột sẽ không thể liên kết với nhau thành một lớp theo nhƣ mong
muốn và cũng không thể liên kết với lớp trƣớc đó.
2.4.3. Ảnh hƣởng về độ dày của lớp bột khi thiêu kết
Bề dày vật liệu h là một trong các tham số của hàm về công suất bức xạ laser.
Khi độ rộng vết quét bằng đƣờng kính của tia laser b = 2rf (14) và tốc độ quét đã
đƣợc xác định thì độ dày lớp vật liệu h~ Plaser.
Bề dày lớp vật liệu bột tỷ lệ với công suất bức xạ laser, bề dày lớp vật liệu bột
càng lớn thì công suất bức xạ laser cũng tăng theo sẽ ảnh hƣớng tới độ chính xác và
chất lƣợng bề mặt của mô hình đƣợc tạo ra. Do đó bề dày của mỗi lớp vật liệu bột
càng nhỏ thì mô hình càng chính xác và bề mặt của chúng càng có độ nhám nhỏ.
Bảng 2-1. Ảnh hưởng của một số thuộc tính của vật liệu đến khả năng thiêu kết
TT Thuộc tính
Tầm quan trong đối với qua trình
thiêu kết
1 Phân bố kích thƣớc hạt (trung bình) Khả năng thiêu kết
2 Hình dạng hạt Kết dính hiệu quả
3 Mật độ Kết dính hiệu quả
4 Độ linh động Thống nhất khi san phẳng lớp bột
5 Nhiệt độ nóng chảy Thể hiện năng lƣợng cần thiết
6 Sức bền một phần
Tạo điều kiện xử lý thành phần
trƣớc khi xử lý nhiệt (debinding,
thiêu kết, xâm nhập)
7 Burnout
Nhiệt độ phân hủy và hàm lƣợng tro
của chất kết dính
8 Nhiệt dung riêng, dẫn nhiệt Truyền nhiệt trên giƣờng bột
9 Tỉ lệ khoảng trống Độ xốp còn lại trong mẫu

34. 24
Tuy nhiên bề dày của lớp vật liệu càng mỏng thì thời gian tạo mẫu càng lâu.
Nhƣng nếu tăng bề dày lớp bột lên thì bề mặt sản phẩm sẽ có dạng bậc thang độ
chính xác giảm xuống, tăng thời gian, chi phí, công sức cho việc hậu xử lý mẫu.
Bảng 2-2. Bảng tổng kết các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình hoạt động của máy
tạo mẩu nhanh
TT Các yếu tố ảnh hưởng Nội dung ảnh hưởng
1
Công nghệ thiêu kết của
vật liệu
Công nghệ thiêu kết vật liệu bột là yếu tố quyết
định chất lƣợng của chi tiết sau khi thiêu kết
nhƣ là: độ nhám bề mặt, độ xốp của vật liệu, độ
cứng... Đồng thời giúp cho ta có cái nhìn tổng
thể về công nghệ này
2
Ảnh hƣởng của nguồn laser
đến khả năng thiêu kết của
vật liệu
Loại laser nào sẽ đƣợc sử dụng, công suất nào
là phù hợp, công nghệ laser nào sẽ đem lại hiệu
quả cao nhất. Đây là những câu hỏi cần đƣợc trả
lời khi sử dụng công nghệ thiêu kết bằng tia
laser. Tia laser sẽ quyết định bề dày của từng
lớp cần gia công, độ chính xác của chi tiết sau
khi tạo hình, thời gian gia công.
3
Ảnh hƣởng của yếu tố vật
liệu đến khả năng thiêu kết
của vật liệu
Vật liệu cũng là một yếu tố mang tính quyết
định trong công nghệ lazer thiêu kết. Khi phân
tích thuộc tính của từng loại bột ta sẽ biết đƣợc
bề dày lớp bột là bao nhiêu thì sẽ thích hợp,
nhiệt độ gia công nào là phù hợp
4
Ảnh hƣởng của yếu tố
nhiệt và truyền nhiệt đến
khả năng thiêu kết của vật
liệu
Khi phân tích yếu tố này ta sẽ biết đƣợc thời
gian thiêu kết tƣơng ứng với từng loại bột là
bao nhiêu, bột ở vùng phụ cận của khu vực
thiêu kết sẽ chịu ảnh hƣởng nhƣ thế nào
5
Ảnh hƣởng của việc gia
nhiệt trƣớc đến chất lƣợng
Việc truyền nhiệt trƣớc sẽ ảnh hƣởng tới việc
kết nối giữa lớp đầu tiên và các lớp tiếp theo

35. 25
của sản phẩm cũng nhƣ gây ra hiên tƣợng cong vênh. Khi gia
nhiệt không đúng cách sẽ để lại ứng suất do
nhiệt gây ra trong kết cấu của chi tiết làm giảm
cơ tính.
6
Ảnh hƣởng của tốc độ quét
đến khả năng thiêu kết của
vật liệu
Tốc độ quét sẽ ảnh hƣởng tới cơ tính của chi
tiết gia công, khi tốc độ quét phù hợp cũng sẽ
tối ƣu hóa đƣợc thời gian gia công chi tiết.
7
Ảnh hƣởng về độ dày của
lớp vật liệu khi thiêu kết
Độ dày của lớp bột sẽ quyết định độ chính xác
của chi tiết cần gia công, bột ở vùng phụ cận
của khu vực thiêu kết sẽ chịu ảnh hƣởng nhƣ
thế nào.
Việc thiết kế máy tạo mẫu nhanh SLS phục thuộc nhiều vào yếu tố về khả
năng tạo hình trên vật liệu từ đó sẽ hình thành nên các yêu cầu kỹ thuật cho quá trình
thiết kế các cụm trong một mô hình máy cho nên vến đề nghiên cứu các thuộc tính
của vật liệu để đánh giá khả năng công nghệ là yếu tố quan trọng. Thông qua các
nghiên cứu tổng quan và những nghiên cứu về công nghệ và vật liệu cùng các yếu tố
ảnh hƣởng của quá trình tạo mẫu bằng phƣơng pháp thiêu kết sẽ là cơ sở để thực hiện
quá trình phân tích, đánh giá và xây dựng thiết kế máy tạo mẫu nhanh thiêu kết lazer
ứng dụng lý thuyết về thiết kế theo mô-đun là nội dung thực hiện nghiên cứu đƣợc
trình bày chi tiết trong phần tiếp theo.
2.5. Nguyên tắc thiết kết sản phẩm theo môđun
Nhìn chung, các hệ thống theo mô đun có thể đƣợc triển khai bằng cách phân
tích hệ thống thành những bộ phận chức năng cơ bản, sắp xếp những bộ phận này
thành những bộ phận vật lý cơ bản, sau đó kết hợp những bộ phận cơ bản thành hệ
thống theo mô đun có khả năng đạt đƣợc những chức năng mong muốn. Phƣơng pháp
này đối mặt với hai thách thức quan trọng: (1) Sự phân tích: khó khăn trong việc tìm
ra hệ thống các vấn đề con thích hợp nhất. (2) Sự kết hợp: khó khăn trong việc kết
hợp các hệ thống riêng biệt thành giải pháp chung.

36. 26
2.5.1. Phƣơng pháp phân tích sản phẩm
Phân tích hệ thống đem đến hai lợi ích: (1) Sự đơn giản hóa: phân tích hệ thống
lớn thành những hệ thống nhỏ hơn sẽ dẫn đến giảm độ lớn của vấn đề cần giải quyết.
(2) tốc độ: giải quyết đồng thời các vấn đề nhỏ hơn sẽ giảm thời gian giải quyết một
vấn đề lớn.
Phân tích sản phẩm có thể thực hiện ở các giai đoạn khác nhau của quá trình thiết
kế và đƣợc xác định nhƣ quá trình chia nhỏ sản phẩm thành các bộ phận từ đó thu
đƣợc hình thể hoàn chỉnh của sản phẩm. Có hai phƣơng pháp đƣợc dùng để phân tích
sản phẩm là phân tích sản phẩm theo mô đun và phân tích sản phẩm theo cấu trúc.
a. Phân tích sản phẩm theo mô đun
Phân tích sản phẩm theo mô đun là sự xác định những bộ phận độc lập có thể
đƣợc thiết kế đồng thời hoặc thay thế bởi các bộ phận có chức năng và những đặc
điểm giống nhau. Phân tích sản phẩm theo mô đun nhờ vào sự độc lập của các bộ
phận.
Thí dụ: Trong những bộ phận của máy vi tính gồm màn hình, case, ổ đĩa cứng,
mainboard, Ram...Những bộ phận này đƣợc sản xuất từ những nhà cung cấp khác
nhau và họ phải tuân thủ tiêu chuẩn thiết kế phần giao tiếp giữa các bộ phận để có thể
lắp ráp thành máy tính hoàn chỉnh. (hình 2...)
Hình 2-12. Biểu đồ lắp ráp máy tính cá nhân [...]
b. Phân tích sản phẩm theo cấu trúc
Hệ thống đƣợc phân tích thành các hệ thống con và chúng sẽ tiếp tục phân tích
thêm thành các bộ phận đƣa đến những chi tiết, cụm chi tiết, bộ phận ở giai đoạn thiết
kế chi tiết. Sự phân tích đƣợc miêu tả trong một cấu trúc theo cấp bậc.

37. 27
Thí dụ: Một hệ thống xe hơi đƣợc phân tích thành các bộ phận nhƣ động cơ, bộ
truyền động, bộ phận chuyên chở…Những bộ phận này sẽ tiếp tục phân tích thêm
chẳng hạn nhƣ bộ phận chuyên chở đƣợc phân tích thành khung xe và nội thất xe. Sự
phân tích đƣợc trình bày trong hình 2.... và hình 2....
Xe
Bộ truyền
động
Bánh xeĐộng cơ
Hệ thống
thắng
Hệ thống tải
Bộ phận
chuyên chở
Hình 2-13. Phân tích theo cấu trúc của hệ thống xe [...]
Bộ phận
chuyên chở
Nội thất xe
Chỗ ngồi
Bộ điều
khiển
Khung xe
Khung
Hệ thống
lò xo
Bộ giảm
chấn
Hình 2-14. Phân tích theo cấu trúc của bộ phận chuyên chở [...]
2.5.2. Phƣơng pháp phân loại
Sau khi phân tích hệ thống thành các bộ phận cơ bản, một hệ thống theo mô đun
sẽ đƣợc xây dựng bằng cách kết hợp những bộ phận cơ bản giống nhau dựa trên các
tiêu chuẩn do nhóm thiết kế thiết lập. Một hệ thống theo mô đun có thể hiểu nhƣ là sự
kết hợp nhiều bộ phận chức năng để thực hiện các chức năng khác nhau hơn là để
chúng riêng biệt. Có hai tiêu chuẩn dùng để triển khai những hệ thống theo mô đun:
1. Mối quan hệ giữa cấu trúc thiết kế theo chức năng và cấu trúc thiết kế theo
cụm chi tiết;
2. Mức độ tƣơng tác giữa các bộ phận là không đáng kể (các bộ phận trong sản
phẩm độc lập với nhau).

38. 28
Nhóm các đối tƣợng (bộ phận, chi tiết hay hệ thống) hình thành dựa trên những
đặc điểm của các đối tƣợng đã đƣợc thực hiện sử dụng những phương pháp tạo
nhóm. Các thành phần tƣơng tự nhau có thể đƣợc nhóm lại thành họ nhóm mẫu và
những mẫu mới có thể đƣợc chế tạo bằng cách hiệu chỉnh một mẫu bộ phận hiện có
trong cùng họ nhóm.
Triết lý của phƣơng pháp tạo nhóm là một ý tƣởng quan trọng trong thiết kế
những hệ thống sản xuất tiên tiến. Phƣơng pháp tạo nhóm là một kỹ thuật quản lý để
tiêu chuẩn hóa thiết kế, chế tạo và loại trừ sự dƣ thừa. Phƣơng pháp tạo nhóm phân
loại và mã hóa những bộ phận, gán chúng vào những họ nhóm khác nhau dựa trên
đặc điểm giống nhau của chúng ở những thuộc tính thiết kế (hình dạng vật lý, kích
cỡ, dung sai và kích thƣớc hình học…) và những thuộc tính chế tạo (trình tự gia công,
dung sai và kích thƣớc hình học…).
Nhóm những bộ phận thành những họ nhóm là một nhiệm vụ không hấp dẫn.
Phƣơng pháp để nhóm các bộ phận thành họ nhóm có hiệu quả và đáng tin cậy nhất là
phân loại và mã hóa. Trong phƣơng pháp này, mỗi bộ phận đƣợc kiểm tra từng cái
một phù hợp với những đặc điểm thiết kế và chế tạo của nó. Mã số của một bộ phận
có thể đánh theo số hoặc kí tự.
a. Phƣơng pháp tạo nhóm
Phƣơng pháp tạo nhóm khởi đầu bằng cách xây dựng ma trận liên thuộc. Ma trận
này mô tả mối quan hệ giữa các chi tiết với nhau hay giữa chi tiết và máy. Sau khi
xây dựng ma trận, ta sẽ sử dụng một số thuật toán sắp xếp các giá trị của ma trận
thành một dạng khối theo đƣờng chéo. Thí dụ một ma trận liên thuộc chi tiết-máy
đƣợc xây dựng nhƣ (hình 2.14)
Hình 2-15. Ma trận liên thuộc chi tiết-máy

39. 29
Ma trận liên thuộc trên đƣợc xây dựng gồm 5 chi tiết đƣợc đánh số lần lƣợt
1,2,3,4,5 và 4 máy cũng đánh số lần lƣợt 1,2,3,4. Nhƣ vậy ta có ma trận chi tiết-máy
aij (i=5, j=4) trong đó chi tiết nào trong các chi tiết ở trên có thể gia công trên một
máy tƣơng ứng sẽ đƣợc biểu thị số 1, ngƣợc lại chi tiết không thể gia công trên máy
tƣơng ứng sẽ đƣợc biểu thị số 0 hay để trống.
Có nhiều phƣơng pháp phân loại sử dụng nhóm các chi tiết với nhau hoặc chi tiết
và máy nhƣng phƣơng pháp hiệu quả nhất là thuật toán nhận dạng nhóm (CIA).
Thuật toán đƣợc thực hiện đối với ma trận liên thuộc theo các bƣớc nhƣ sau:
Bƣớc 1: Chọn dòng i bất kỳ của ma trận liên thuộc và vẽ đƣờng ngang hi xuyên
qua nó.
Bƣớc 2: Đối với mỗi giá trị 1 gạch bởi đƣờng ngang hi vẽ đƣờng thẳng đứng vj.
Bƣớc 3: Đối với mỗi giá trị 1 gạch chỉ một lần bởi một đƣờng thẳng đứng vj vẽ
một đƣờng ngang hi.
Bƣớc 4: Lặp lại các bƣớc trên cho đến khi không còn các giá trị gạch nhiều hơn
một lần đƣợc để lại.
Tất cả các giá trị gạch hai lần đƣợc nhóm trong một khối và gỡ bỏ khỏi ma trận.
Bƣớc 5: Quá trình trên đƣợc lặp lại đối với các giá trị còn lại trong ma trận cho
đến khi tất cả các giá trị đƣợc nhóm lại.
Thí dụ: Trong quá trình bố trí các máy để gia công các chi tiết, ngƣời quản lý sản
xuất đã lên đƣợc kế hoạch sơ bộ để bố trí các máy gia công các chi tiết nhƣng họ
chƣa có đƣợc sự bố trí hợp lý, tối ƣu và hiệu quả cụ thể nhƣ sau:
Chi tiết của họ cần gia công gồm 8 chi tiết đƣợc đánh số lần lƣợt là 1,2,3,4,5,6,7,8
và các máy để gia công gồm 7 máy cũng đƣợc đánh số lần lƣợt 1,2,3,4,5,6,7.

40. 30
Xét thấy chi tiết 4 đƣợc bố trí gia công trên máy 1,5,7 do đó đƣợc biểu thị số 1,
ngƣợc lại chi tiết 4 không đƣợc gia công trên máy 2,3,4,6 nên bị bỏ trống. Tƣơng tự
các chi tiết còn lại đƣợc áp dụng tƣơng tự, ta có ma trận bố trí trên. Trong ma trận bố
trí trên rất khó cho ngƣời quản lý sản xuất bố trí có hợp lý và có hiệu quả. Để có thể
tìm ra cách bố trí tối ƣu, ta sử dụng thuật toán nhận dạng nhóm (CIA) để sắp xếp lại
ma trận trên:
Bƣớc 1: Dòng 3 của ma trận đƣợc chọn bất kỳ và vẽ đƣờng ngang h3 xuyên qua
nó.
Bƣớc 2: Có 3 giá trị 1 bị gạch xuyên qua bởi đƣờng h3, ta vẽ 3 đƣờng thẳng đứng
v2, v6, v7 xuyên qua các giá trị trên.
Bƣớc 3: Trong các giá trị 1 chỉ bị gạch có một lần sẽ đƣợc gạch thêm một đƣờng
nữa, có một đƣờng gạch ngang là h6.

41. 31
Bƣớc 4: Các giá trị gạch 2 lần đƣợc nhóm trong một khối và gỡ bỏ khỏi ma trận.
Vì vậy, các chi tiết 2,6,7 và các máy 3,6 đƣợc nhóm trong một khối.
Các chi tiết và máy đƣợc nhóm lại và tách khỏi ma trận
Bƣớc 5: Quá trình trên đƣợc lặp lại đối với các giá trị còn lại trong ma trận cho
đến khi các giá trị đƣợc nhóm lại.
Ta thu đƣợc ma trận sau cùng:

42. 32
Nhìn vào ma trận trên ngƣời quản lý sản xuất có thể dễ dàng lên kế hoạch bố trí
hiệu quả cao hơn so với ban đầu.
Tóm lại, sử dụng thuật toán nhận dạng nhóm (CIA) có thể dùng để nhóm các chi
tiết hay bộ phận thành các mô đun và có thể dùng để tối ƣu hóa việc bố trí quy trình
gia công chi tiết và máy.
Nhƣ vậy, hai khía cạnh quan trọng để triển khai hệ thống tạo mẫu nhanh theo
mô đun là phân tích và kết hợp. Phƣơng pháp tạo nhóm đã giới thiệu thuật toán nhận
dạng nhóm (CIA) để dùng nhóm các bộ phận thành các mô đun hoặc giúp ngƣời quản
lý sản xuất bố trí quy trình gia công hợp lý và hiệu quả.
2.6. Phân tích đối tƣợng thiết kế
2.6.1. Nguyên liệu bột thiêu kết
Nguyên liệu bột : là dạng bột nhựa, dạng bột kim loại
a) Bột thiêu kết thành phần chính là bột nhựa đƣợc dùng nhiều nhất hiện
nay, ở Việt Nam hiện nay chƣa sản xuất đƣợc nên phải nhập khẩu. Các kích thƣớc
của hạt nhựa thiêu kết lớn hơn 10µm.
Hình 2-16. Bột thiêu kết và sản phẩm mẫu dạng nhựa [12]

43. 33
b) Bột thiêu kết là dạng bột kim loại thành phần chính cũng là kim loại
Hình 2-17. Sản phẩm thiêu kết dạng kim loại
2.6.2. Mẫu sau khi gia công
Mẫu sau gia công là các giai đoạn của quá trình hậu xử lý phun cát làm sạch
bề mặt đạt độ bóng theo yêu cầu: Nếu chỉ dùng với chức năng là mẫu sản phẩm, thì
hoàn toàn có thể sử dụng ngay hoặc nếu muốn tăng độ bóng bề mặt thì cần xử lý
phun cát. Chỉ khi muốn tăng độ cứng gần nhƣ sản phẩm thật thì mới cần tăng mật độ
vật chất bằng cách xử lý lƣu hoá.
2.7. Phƣơng án thiết kế sơ bộ
2.7.1. Sơ đồ động của máy tạo mẫu nhanh SLS
Hình 2-18. Sơ đồ động của máy tạo mẫu nhanh SLS
Sản phẩm đƣợc chia thành các lát cắt từ file định dạng .STL tạo một lớp bằng
cách trải các lớp bột, thiêu kết bằng nguồn laser CO2 theo các bƣớc sau:
Bƣớc 1: Một lớp vật liệu bột nóng chảy đƣợc đặt vào buồng chứa sản phẩm
Bƣớc 2: Lớp vật liệu bột đầu tiên đƣợc quét bằng tia laser CO2 và đông đặc lại.
Vật liệu bột không đƣợc xử lý sẽ đƣợc đƣa trở về thùng chứa liệu.

44. 34
Bƣớc 3: Khi lớp thứ nhất đã hoàn thành thì lớp vật liệu bột thứ hai đƣợc cấp vào
thông qua con lăn cơ khí chuẩn bị cho quá trình quét lớp thứ hai.
Bƣớc 4: Bƣớc hai và bƣớc ba đƣợc lặp lại cho đến khi sản phẩm đƣợc hoàn
thành.
Sau khi quá trình kết thúc, sản phẩm đƣợc lấy ra khỏi buồng xử lý và có thể qua
giai đoạn hậu xử lý hoặc đánh bóng lại nhƣ phun cát tùy từng ứng dụng của sản
phẩm.
2.7.2. Sơ đồ hệ thống điều khiển
Computer
Driver stepper
motor
Lái motor bước
card PCL 839+
Card PCL 818
DAS
DAC 7226
Card PCLD 782
Cách ly tín hiệu đưa về máy
tính bằng OPTO
Card PCLD 785
Relay output
Tần công suất
Inverter Panasonic
M1D042W1X
Đông cơ
Ac 3pha
Stepper
motor
nâng hạ
các thùng
bột
Công tắc hành trình,
proximity
Bộ đo nhiệt độ
SWP C80
Điều khiển nhiệt độ
Công tắc hành trình bảo
vệ, cắt nguồn cấp cho
driver khi chạy hết giới
hạn
Thermocup
Card HC/2 Laser scanner
Hình 2-19. Sơ đồ hệ thống điều khiển máy tạo mẫu nhanh SLS
Các thiết bị điều khiển của máy tạo mẫu nhanh SLS sử dụng các thiết bị công
nghiệp cung cấp với độ ổn định và chính xác cao của các hãng sản xuất có uy tín
(Advantech, GSI Group, Leadshine Technology …). Các thiết bị này đƣợc kết nối với
nhau và đƣợc điều khiển thông qua 1 máy tính.

45. 35
Chƣơng 3 XÂY DỰNG QUY TRÌNH THIẾT KẾ THEO MÔĐUN, THIẾT
KẾ HỆ THỐNG, LỰA CHỌN CÁC MÔĐUN
Theo “Phƣơng pháp phát triển sản phẩm theo mô đun” (Modular Product
Development – MPD ), quy trình thiết kế theo mô đun tổng quát gồm các bƣớc (Hình
3.1) :
Phân tích
nhiệm vụ thiết kế
Lập kế hoạch
thực hiện
Xác định
yêu cầu kỹ thuật
Đƣa ra ý tƣởng
bài toán thiết kế
Đánh giá ý tƣởng,
chọn phƣơng án thiết kế
Xác định
đặc tính hệ thống (SLS)
Xác định ảnh hƣởng của
SLS & GFR
Thiết lập
ma trận đồng dạng
Xác định hệ số
tầm quan trọng của GFR
Hình thành mô đun
Mô đun 1 Mô đun 2 Mô đun n
Thiết kế mô đun 1 Thiết kế mô đun 2 Thiết kế mô đun n
Đánh giá mô đun 1 Đánh giá mô đun 2 Đánh giá mô đun n
Hoàn chỉnh
thiết kế sản phẩm
Hình 3-1. Quy trình thiết kế theo mô đun tổng quát

46. 36
Từ đó, tác giả xin áp dụng xây dựng Quy trình tính tóan thiết kế theo mô đun
cho các hệ thống tạo mẫu nhanh SLS gồm các bƣớc nhƣ sau:
3.1. Phân tích nhiệm vụ thiết kế
3.1.1. Thành lập nhóm thiết kế
Thành lập nhóm thiết kế là nhiệm vụ tƣơng đối quan trọng, nó góp phần vào sự
thành công của 1 dự án thiết kế. Để thành lập nhóm thiết kế, ta thực hiện các bƣớc
sau:
Bƣớc 1: Tìm hiểu tính cách của từng thành viên trong nhóm (thông qua bản kê
khai cá nhân gồm sở thích, tính cách…).
Bƣớc 2: Dựa vào tính cách của từng thành viên, ta phân công mỗi thành viên sẽ
đảm nhận một hay nhiều vai trò phù hợp với tích cách của họ (các vai trò trong nhóm
thiết kế gồm: ngƣời điều phối, ngƣời sáng tạo, ngƣời khám phá, ngƣời lập kế hoạch,
ngƣời giám sát – đánh giá, ngƣời chăm sóc nhóm, ngƣời thực thi, ngƣời hoàn chỉnh
sau cùng).
Để nhóm làm việc có hiệu quả thì cần có 8 vai trò ( mỗi ngƣời đảm nhận ít nhất
một vai trò ) :
1/ Người điều phối
2/ Người sáng tạo
3/ Người khám phá
4/ Người lập kế hoạch
5/ Người giám sát – đánh giá.
6/ Người chăm sóc nhóm
7/ Người thực thi
8/ Người hoàn chỉnh sau cùng
3.1.2. Phát biểu bài toán thiết kế hệ thống tạo mẫu nhanh SLS
Trong quá trình thiết kế các mẫu của sản phẩm ở các xí nghiệp, máy tạo mẫu
nhanh đóng vai trò quan trọng trong quy trình công nghệ sản xuất liên tục hay sản
xuất độc lập.

47. 37
Máy tạo mẫu nhanh thực hiện các công đoạn đầu tiên của giai đoạn thiết kế sản
phẩm mới hoặc cải tiến sản phẩm cũ theo quy trình công nghệ sản xuất của các xí
nghiệp khác nhau.
Các máy tạo mẫu nhanh đƣợc lắp đặt và vận hành trong các phòng Thí nghiệm
hoặc phòng nghiên cứu và phát triển sản phẩm, khu công nghệ cao. Máy tạo mẫu
nhanh là một công nghệ còn mới mẻ đối với Việt Nam, nó đƣợc sử dụng rất nhiều
trong các nƣớc có nền công nghiệp tiên tiến và ngày càng phát triển do các ƣu điểm
nổi bật của nó về năng suất cao, thời gian nhanh nhất và tính hiệu quả. Từ đó, công
tác nghiên cứu thiết kế các hệ thống tạo mẫu nhanh trong sản xuất công nghiệp, trong
phòng nghiên cứu và phát triển sản phẩm luôn đƣợc quan tâm, đặc biệt là đối với
công nghệ thiêu kết bột, có thể thiêu kết đƣợc bột sắt, chi tiết mẫu có thể sử dụng
đƣợc ngay trong các ngành công nghiệp đòi hỏi sự linh hoạt khi thay thế sửa chữa và
lắp đặt hiện nay.
3.2. Lập kế hoạch thực hiện – biểu đồ thanh cho dự án thiết kế hệ thống tạo mẫu
nhanh SLS
Để thực hiện lập kế hoạch cho dự án thiết kế hệ thống tạo mẫu nhanh SLS, ta
tiến hành theo các bƣớc sau:
Bƣớc 1: Xác định nhiệm vụ ban đầu khi thiết kế hệ thống tạo mẫu nhanh SLS.
Bƣớc 2: Phát biểu mục tiêu cho mỗi nhiệm vụ con:
- Nhiệm vụ 1: Xác định nhu cầu khách hàng
- Nhiệm vụ 2: Lập kế hoạch
- Nhiệm vụ 3: Phân tích nhiệm vụ thiết kế
- Nhiệm vụ 4: Xác định các yêu cầu kỹ thuật
- Nhiệm vụ 5: Đƣa ra ý tƣởng thiết kế
- Nhiệm vụ 6: Đánh giá ý tƣởng, chọn phƣơng án thiết kế
- Nhiệm vụ 7: Tính toán thiết kế sản phẩm
- Nhiệm vụ 8: Đánh giá sản phẩm
Bƣớc 3: Ƣớc tính số nhân công, thời gian và các nguồn lực khác cần thiết để
hoàn thành nhiệm vụ.
Bƣớc 4: Sắp xếp trình tự công việc.

48. 38
Bƣớc 5: Ƣớc tính chi phí thiết kế hệ thống tạo mẫu nhanh SLS.
3.3. Xác định các yêu cầu kỹ thuật
3.3.1. Xác định yêu cầu khách hang đối với hệ thống tạo mẫu nhanh SLS
Qua kết quả khảo sát khách hàng ta rút ra các yêu cầu khách hàng đối với các hệ
thống tạo mẫu nhanh SLS chủ yếu nhƣ sau:
- Dễ sử dụng
- Ít ồn
- Năng suất cao
- Thiêu kết bột dễ dàng
- Dễ bảo trì, sửa chữa
- An toàn, đảm bảo các yêu cầu vệ sinh môi trƣờng
- Tuổi thọ cao, dễ thay thế phụ kiện
- Kết cấu có thẩm mỹ cao
- Giá thành thấp
Ngoài ra, có thể có các yêu cầu đặc biệt khác của khách hàng đối với hệ thống
tạo mẫu nhanh SLS tùy thuộc vào nhu cầu khách hàng…
3.3.2. Xác định các yêu cầu kỹ thuật của hệ thống tạo mẫu nhanh SLS
Sau khi xây dựng ngôi nhà chất lƣợng dựa trên các yêu cầu khách hàng, khả
năng cạnh tranh và tầm quan trọng của các yêu cầu khách hàng, ta nhận đƣợc các yêu
cầu kỹ thuật cho hệ thống tạo mẫu nhanh SLS nhƣ sau:
- Công suất chùm tia Laser CO2 : N (W)
- Chiều dài theo trục x: X = a (mm)
- Chiều rộng theo trục y : Y = b (mm)
- Chiều cao theo trục z : Z = c (mm)
- Đƣờng kính chùm tia Laser : d (mm)
- Đoạn dịch chuyển khi cấp bột : e = l2(mm)
- Đoạn dịch chuyển khi hạ mẫu theo trục Z: e = l1 (mm)
- Vận tốc chiếu tia Laser theo trục X,Y: v = g (m/s)
- Công suất đèn gia nhiệt : H(kW)
- Diện tích quét tia Laser CO2 : S = F (mm2
)

49. 39
- Giá thành: h(USD)
3.4. Đƣa ra ý tƣởng
3.4.1. Phân tích chức năng
1/ Tìm ra chức năng chung
Yêu cầu chung của thiết kế là làm sao cho máy SLS nâng đỡ mẫu, trải bột thiêu
kết đƣợc nhịp nhàng và bề mặt gia công phẳng mịn, yêu cầu cụ thể tùy thuộc vào bài
toán cần thiết kế. Từ đó, các yếu tố tác động và các bộ phận cần thiết để thực hiện
chức năng chung đƣợc thể hiện nhƣ sau:
2/ Phân tích chức năng con
Từ những chức năng chung đã đƣa ra đi phân tích thành những chức năng nhỏ
hơn, góp phần thực hiện chức năng chung đã định.
Mẫu
gia công
đƣợc định
vị chính
xác, ổn
định khi xê
dịch tới
các vị trí
gia công.
Vật liệu thiêu
kết
Lăn trải bột
Động cơ
Gia nhiệt
Bộ phận truyền
động
Laser CO2
Vật liệu thiêu
kết
Lăn trải bột
Động cơ
Gia nhiệt
Bộ phận truyền
động
Laser CO2

50. 40
3.4.2. Đƣa ra ý tƣởng
Ý tƣởng 1: (Hình 3.2)
Hệ thống tạo mẫu nhanh SLS đƣợc đỡ bằng hai cụm cấp và đỡ bột hình trụ tròn.
Hai động cơ dẫn để hệ thống họat động. Trục dẫn đƣợc nối với động cơ thông
qua hộp giảm tốc.
Hình 3-2. Hệ thống tạo mẫu nhanh SLS
Ý tƣởng 2: (Hình 3.3)
Mẫu gia công đƣợc định vị
chính xác, ổn định khi xê dịch tới
các vị trí gia công.
Để thực hiện đƣợc cần có
các bộ phận
Động
cơ
bƣớc
Bộ
phận
dẫn
động
Bộ
phận
cấp bột
Bộ phận
đỡ và di
chuyển
mẫu
Gia
nhiệt
Bộ phận
chiếu Laser
Bộ truyền
Bộ
phận
trải
bột

51. 41
Hệ thống SLS dạng hai thùng cấp bột hình hộp chữ nhật đƣợc gắn hai bên của
cụm đỡ mẫu là hình trụ.
Trục dẫn đƣợc nối với động cơ thông qua hộp giảm tốc và bộ truyền phụ ( đai
hoặc xích).
Hình 3-3. Hệ thống tạo mẫu nhanh SLS
Ý tƣởng 3: (Hình 3.4)
Hệ thống SLS dạng hai thùng cấp bột và hai thùng hồi bột hình hộp, giúp cho
viêc gạt bột hồi bột không bị gián đoạn. Thùng đỡ mẫu gia công cùng là hình hộp.
Kết cấu khung đỡ đƣợc chế tạo thành giàn đỡ.
Các trục dẫn vít me bi nâng đỡ các thùng đƣợc nối với các động cơ bƣớc thông
qua bộ truyền đai răng.
Hình 3-4. Hệ thống cấp bột gia công SLS
Ý tƣởng 4: (Hình 3.5)

52. 42
Hệ thống SLS dạng hai thùng cấp bột và hai thùng hồi bột hình hộp, giúp cho
viêc gạt bột hồi bột không bị gián đoạn. Thùng đỡ mẫu gia công cùng là hình hộp.
Kết cấu khung đỡ đƣợc chế tạo thành giàn đỡ, giàn trên đƣợc gắn với hệ thống gia
nhiệt.
Các trục dẫn vít me bi, pít tông nâng đỡ các thùng đƣợc nối với các động cơ
bƣớc thông qua bộ truyền đai răng.
Hình 3-5. Hệ thống cấp bột và gia nhiệt
3.5. Đánh giá ý tƣởng
Từ nguyên lý gia công mẫu của hệ thống công nghệ tạo mẫu nhanh SLS cho kết
cấu chung của máy bao gồm các phƣơng án lựa chọn dƣới đây:

53. 43
Hình 3-6. Sơ đồ động máy SLS
- Cụm định vị nâng đỡ mẫu gia công Z.
- Cụm cấp bột thiêu kết.
- Cụm lăn trải bột.
- Hệ thống gia nhiệt.
- Cụm đầu laser.
a) Phƣơng án 1: Cụm định vị nâng đỡ mẫu gia công Z. Một thùng chứa mẫu và
cụm cấp bột hình ống trụ điều khiển hành trình piston nâng bột, hạ mẫu. Con lăn trải

54. 44
bột và hồi bột bằng các cơ cấu động cơ bƣớc, bộ truyền đai qua trục vít me. Phía trên
mẫu là hệ thống gia nhiệt cho mẫu gia công.
Hình 3-7. Sơ đồ hệ thống kết cấu chung máy SLS theo phương án 1
Nguyên lý: Ở trạng thái ban đầu bột nguyên liệu đƣợc cấp bằng tay vào đầy xi
lanh. Piston sẽ thực hiện hành trình đẩy lên để bột nguyên liệu cao hơn mặt trải bột.
Sau đó piston sẽ dừng lại chờ con lăn gạt và cấp bột cho mẫu gia công, hệ thống gia
nhiệt sẽ làm gia tăng nhiệt cho mẫu và bột, kết thúc một hành trình. Tiếp tục lặp lại
hành trình khác cho tới khi dừng gia công.
Ƣu điểm
Chế tạo đơn giản.
Giá thành hợp lý.
Nhƣợc điểm
Độ tin cậy không cao.
b) Phƣơng án 2: Cụm định vị nâng đỡ mẫu gia công Z. Một thùng chứa mẫu và
hai cụm cấp bột hình hộp điều khiển hành trình piston nâng bột, hạ mẫu. Con
lăn trải bột và hồi bột có hành trình đi và về không bị gián đoạn. bằng các cơ
cấu động cơ bƣớc, bộ truyền đai qua trục vít me. Phía trên mẫu là hệ thống gia
nhiệt cho các thùng cấp bột và mẫu gia công.

55. 45
Hình 3-8.Sơ đồ hệ thống kết cấu chung máy SLS theo phương án 2
Nguyên lý: Ở trạng thái ban đầu bột nguyên liệu đƣợc cấp bằng tay vào đầy xi
lanh. Piston sẽ thực hiện hành trình đẩy lên để bột nguyên liệu cao hơn mặt trải bột.
Sau đó piston sẽ dừng lại chờ con lăn gạt và cấp bột cho mẫu gia công, hệ thống gia
nhiệt sẽ làm gia tăng nhiệt cho mẫu và bột, kết thúc một hành trình. Tiếp tục lặp lại
hành trình khác cho tới khi dừng gia công.
Ƣu điểm
Chế tạo đơn giản.
Thao tác dễ dàng.
Độ tin cậy cao.
Nhƣợc điểm
Giá thành cao hơn so với phƣơng án 1.
c) So sánh các phƣơng án
Bảng 3-1. So sánh phương án thiết kế cụm định vị nâng Z
TT
Tiêu chí so sánh
Các phƣơng án
Phƣơng án 1 Phƣơng án 2
1 Cấu tạo Đơn giản Đơn giản
2 Vận hành Dễ dàng Dễ dàng
3 Độ ổn định Tƣơng đối Cao
4 Giá đầu tƣ Thấp Cao

56. 46
3.6. Lựa chọn phƣơng án thiết kế cụm cấp bột
a) Phƣơng án 1: Xi lanh chứa bột hình ống trụ và điều khiển hành trình
piston đẩy bột lên bằng cơ cấu động cơ bƣớc, bộ truyền đai qua trục vít
me.
Hình 3-9. Sơ đồ nguyên lý cấp bột nguyên liệu theo phương án 1
Nguyên lý: Ở trạng thái ban đầu bột nguyên liệu đƣợc cấp bằng tay vào đầy xi
lanh. Piston sẽ thực hiện hành trình đẩy lên để bột nguyên liệu cao hơn mặt trải bột.
Sau đó piston sẽ dừng lại chờ con lăn gạt phần bột nhô lên kết thúc một hành trình.
Tiếp tục lặp lại hành trình khác piston xê dịch dần lên cho tới khi dừng gia công.
Ƣu điểm
Chế tạo đơn giản.
Giá thành hợp lý.
Nhƣợc điểm
Độ tin cậy không cao.
b) Phƣơng án 2: Xi lanh chứa bột hình hộp và điều khiển hành trình
piston đẩy bột lên bằng cơ cấu động cơ bƣớc, bộ truyền đai răng qua
trục vít me và đai ốc bi.

57. 47
Hình 3-10. Sơ đồ nguyên lý cấp bột nguyên liệu theo phương án 2
Nguyên lý: Ở trạng thái ban đầu bột nguyên liệu đƣợc cấp bằng tay vào đầy xi
lanh. Piston sẽ thực hiện hành trình đẩy lên để bột nguyên liệu cao hơn mặt trải bột.
Sau đó piston sẽ dừng lại chờ con lăn gạt phần bột nhô lên kết thúc một hành trình.
Tiếp tục lặp lại hành trình khác piston xê dịch dần lên cho tới khi dừng gia công.
Ƣu điểm
Chế tạo đơn giản.
Thao tác dễ dàng.
Độ tin cậy cao.
Nhƣợc điểm
Giá thành cao hơn so với phƣơng án 1.
c) So sánh các phƣơng án
Bảng 3-2. So sánh phương án thiết kế cụm cấp bột nguyên liệu
TT
Tiêu chí so sánh
Các phƣơng án
Phƣơng án 1 Phƣơng án 2
1 Cấu tạo Đơn giản Đơn giản
2 Vận hành Dễ dàng Dễ dàng
3 Độ ổn định Tƣơng đối Cao
4 Giá đầu tƣ Thấp Cao

58. 48
3.7. Lựa chọn phƣơng án thiết kế bàn nâng Z
a) Phƣơng án 1: Xi lanh chứa bột hình ống trụ và điều khiển hành trình
piston hạ mẫu và bột định vị mẫu đi xuống bằng cơ cấu động cơ bƣớc,
bộ truyền đai qua trục vít me.
Hình 3-11. Sơ đồ nguyên lý hạ bàn Z theo phương án 1
Nguyên lý: Bột nguyên liệu đƣợc cấp vàoxi lanh vừa đủ để làm nền định vị cho
vị trí gia công lớp đầu tiên. Ban đầu Piston ở vị trí gần mặt trải bột, khi bắt đầu gia
công nó thực hiện hành trình hạ xuống để bột nguyên liệu thấp hơn mặt trải bột. Sau
đó piston sẽ dừng lại chờ con lăn gạt bột cấp đầy và tạo mặt phẳng gia công, chờ
Laser thiêu kết hóa rắn một lớp bột. Kết thúc một hành trình, tiếp tục lặp lại hành
trình khác piston xê dịch dần xuống từng lớp cho tới khi gia công xong chi tiết mẫu.
Ƣu điểm
Chế tạo đơn giản.
Thao tác dễ dàng.
Giá thành hợp lý.
Nhƣợc điểm
Độ tin cậy tƣơng đối thấp.
b) Phƣơng án 2: Xi lanh chứa bột hình hộp và điều khiển hành trình
piston hạ mẫu và bột định vị mẫu đi xuống bằng cơ cấu động cơ bƣớc,
bộ truyền đai răng qua trục vít me bi.

59. 49
Hình 3-12. Sơ đồ nguyên lý bàn nâng Z theo phương án 2
Nguyên lý: Bột nguyên liệu đƣợc cấp vào xi lanh vừa đủ để làm nền định vị cho
vị trí gia công lớp đầu tiên. Ban đầu Piston ở vị trí gần mặt trải bột, khi bắt đầu gia
công nó thực hiện hành trình hạ xuống để bột nguyên liệu thấp hơn mặt trải bột. Sau
đó piston sẽ dừng lại chờ con lăn gạt bột cấp đầy và tạo mặt phẳng gia công, chờ
Laser thiêu kết hóa rắn một lớp bột. Kết thúc một hành trình, tiếp tục lặp lại hành
trình khác piston xê dịch dần xuống từng lớp cho tới khi gia công xong chi tiết mẫu.
Ƣu điểm
Chế tạo đơn giản.
Thao tác dễ dàng.
Độ tin cậy tƣơng đối cao
Nhƣợc điểm
Giá thành hợp cao hơn so với phƣơng án 1.
c) So sánh các phƣơng án
Bảng 3-3. So sánh phương án thiết kế bàn nâng Z
TT
Tiêu chí so sánh
Các phƣơng án
Phƣơng án 1 Phƣơng án 2
1 Cấu tạo Đơn giản Đơn giản
2 Mức độ ổn định Thấp Cao

60. 50
3 Giá đầu tƣ Thấp Cao
3.8. Lựa chọn phƣơng án và thiết kế hệ thống gia nhiệt
a) Phƣơng án 1: Hệ thống gia nhiệt ở phía trên mẫu theo phƣơng thẳng đứng
truyền nhiệt xuống mẫu bằng bốn đèn Halogen.
Ƣu điểm
Độ tin cậy cao.
Thao tác dễ dàng.
Giá thành hợp lý.
Nhƣợc điểm
Chỉ gia nhiệt đƣợc cho mẫu.
Hình 3-13. Sơ đồ nguyên lý và hệ thống gia nhiệt cho mẫu theo phương án 1
b) Phƣơng án 2: Hệ thống gia nhiệt ở phía trên mẫu theo phƣơng thẳng đứng
truyền nhiệt xuống mẫu bằng bốn đèn Halogen, hai đèn bên trái và hai đèn bên phải
thành hệ thống gia nhiệt cho bột và gia nhiệt cho mẫu gia công.
Ƣu điểm
Tăng năng suất thiêu kết.
Độ tin cậy cao.
Nhƣợc điểm
Giá thành cao.