Đồ án Thiết kế và chế tạo máy in 3D cơ cấu song song (Phần 1)

Nội dung text: Đồ án Thiết kế và chế tạo máy in 3D cơ cấu song song (Phần 1)

1. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM KHOA CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT CƠ ĐIỆN TỬ THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MÁY IN 3D CƠ CẤU SONG SONG GVHD: PGS.TS. NGUYỄN TRƯỜNG THỊNH SVTH: TRỊNH HOÀNG VIỆT MSSV: 11146274 S K L 0 0 4 2 1 9 Tp. Hồ Chí Minh, tháng 1/2016
2. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HỒ CHÍ MINH  BỘ MÔN CƠ ĐIỆN TỬ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Đề tài: THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MÁY IN 3D CƠ CẤU SONG SONG Giảng viên hướng dẫn: PGS.TS. NGUYỄN TRƯỜNG THỊNH Sinh viên thực hiện: TRỊNH HOÀNG VIỆT MSSV: 11146274 Lớp: 111463A Khoá: 2011 - 2015 Tp. Hồ Chí Minh, tháng 01 năm 2016
3. LỜI CÁM ƠN Chúng tôi không thể theo đuổi và hoàn thành đề tài này nếu không có sự tạo điều kiện và giúp đỡ của những ngƣời thân, bạn bè và thầy cô. Vì vậy, chúng tôi vô cùng biết ơn và trân trọng những giúp đỡ dành cho chúng tôi trong thời gian qua. Chúng tôi xin gửi lời cảm ơn đến những ngƣời thân trong gia đình, bạn bè xung quanh đã hết lòng quan tâm, giúp đỡ để chúng tôi có đƣợc điều kiện tốt nhất hoàn thành đồ án. Chúng tôi cũng xin đƣợc trân trọng gửi lời cảm ơn chân thành và sâu sắc đến thầy Nguyễn Trƣờng Thịnh ngƣời đã truyền đạt những kiến thức, kinh nghiệm quý báu, đã hết sức tạo điều kiện, tận tình hƣớng dẫn và theo dõi sát sao tiến trình đề tài, từ đó thầy đóng góp những ý kiến kịp thời cũng nhƣ động viên chúng tôi trong suốt quá trình nghiên cứu thực hiện đề tài. Chúng tôi xin chân thành cảm ơn đến tất cả quý thầy cô Khoa Cơ khí Chế tạo máy, Bộ môn Cơ điện tử và quý thầy cô các khoa thuộc trƣờng Ðại học Sƣ phạm Kỹ thuật TP.HCM đã trang bị cho chúng tôi những kiến thức cơ bản, những kinh nghiệm thực tiễn và những kiến thức chuyên môn cũng nhƣ đã nhiệt tình hƣớng dẫn giúp đỡ chúng tôi trong suốt khóa học và nhất là trong thời gian thực hiện đề tài. Thành phố Hồ Chí Minh, ngày tháng năm Trịnh Hoàng Việt Trang 1
4. TÓM TẮT ĐỒ ÁN In 3D trong công nghiệp đƣợc gọi là TMN (tạo mẫu nhanh), là một trong những ngành công nghệ mới đang phát triển mạnh mẽ. Công nghệ in 3D tạo ra sản phẩm thật, vật thể thật mà ta có thể cầm trên tay, sờ mó, quan sát một cách chính xác giúp ta có thể cảm nhận chúng dễ dàng hơn mà chúng ta không cần phải suy nghĩ mơ hồ, tƣởng tƣợng ra nó. Trên thế giới, tầm ảnh hƣởng của in 3D trên thị trƣờng công nghệ ngày càng tăng, với việc các ứng dụng của in 3D xuất hiện ngày càng nhiều trong các lĩnh vực khác nhau nhƣ: y học, sản xuất, chế tạo công cụ Hiện tại ở Việt Nam, in 3D cũng đang dần đƣợc phổ biến trong giới nghiên cứu về TMN và vì thế việc tự nghiên cứu thiết kế chế tạo máy in 3D cũng ngày càng đƣợc quan tâm hơn bởi các nhóm nghiên cứu. Trên thế giới, các ứng dụng này đã xuất hiện và bắt đầu đƣợc tiêu thụ rộng rãi trên thị trƣờng, cùng lúc với sự xuất hiện của những công ty chuyên ngành, đã và đang phát triển không ngừng. Đề tài này đƣợc thực hiện trong bối cảnh ngành công nghệ in 3D trong nƣớc và trên thế giới đang phát triển mạnh mẽ, nhiều trƣờng đại học và các công ty lớn đã tự chế tạo, sản xuất đƣa ra thị trƣờng sử dụng ngày càng rộng rãi và đƣợc ứng dụng nhiều trong các ngành thiết kế. Ở đề tài này, nhóm đặt ra mục tiêu thiết kế và chế tạo một máy in 3D hoàn chỉnh in đƣợc vật thật với yêu cầu là phải thiết kế đƣợc phần cứng cơ khí với độ chính xác cao khắc phục đƣợc các nhƣợc điểm của các nhóm đi trƣớc. Tìm hiểu phƣơng pháp TMN FDM và áp dụng vào máy in 3D. Trang 2
5. ABSTRACT Industrial 3D printing technology called RAP (rapid prototyping) is one of the new technologies which is growing tremendously. 3D printing technology create real products, real objects which we can hold hands, touch, observe accurately that can help us feel easy that we do not need to think or visualize about it. Worldwide, the effect of 3D printing technology in the market is increasing. There are more and more applications of 3D printing in various fields such as medicine, manufacturing, toolmaking Currently in Vietnam, 3D printing is gradually gaining its popularity of researchers on RAP. Therefore, the study of self-design and manufacturing of 3D printing is more and more concerned by the groups of researchers. Worldwide, these applications which have been available and widely consumed in the market, together with availability of the specialized companies, has been developing constantly. This project is studied in the scenario of 3D printing technology in the country and around the world that it is strongly developed. Many universities and large companies have self-manufactured many 3D printers and launched them to the market. They are widely used and applied in various kinds of design. On this project, our group sets the goal to design and manufacture a complete 3D printer to print real objects. The request is to design mechanical hard wares with high precision to overcome the weaknesses of those previous groups. Study the methods and apply RAP FDM into 3D printers. Trang 3
6. MỤC LỤC Trang LỜI CÁM ƠN 1 TÓM TẮT ĐỒ ÁN 2 ABSTRACT 3 DANH MỤC BẢNG BIỂU 8 DANH MỤC HÌNH ẢNH 9 CHƢƠNG I. GIỚI THIỆU 12 1.1 Tính cấp thiết của đề tài. 12 1.2 Ý nghĩa khoa học và thực tiển đề tài. 12 1.3 Mục tiêu nghiên cứu của đề tài. 12 1.4 Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu. 12 1.4.1 Đối tƣợng nghiên cứu. 12 1.4.2 Phạm vi nghiên cứu. 13 1.5 Phƣơng pháp nghiên cứu. 13 1.5.1 Cơ sở phƣơng pháp luận. 13 1.5.2 Các phƣơng pháp nghiên cứu cụ thể. 13 1.6 Kết cấu của ĐATN. 14 CHƢƠNG II. TỔ NG QUAN NGHIÊN CƢ́ U ĐỀ TÀ I 15 2.1 Giới thiệu về công nghệ TMN. 15 2.1.1 Nguyên lí chung. 15 2.1.2 Đặc điểm. 15 2.2 Sự ra đời và phát triển của phƣơng pháp TMN. 15 2.2.1 Thời kỳ đầu: tạo mẫu bằng tay. 15 2.2.2 Thời kỳ thứ hai: phần mềm tạo mẫu hay tạo mẫu ảo. 16 2.2.3 Thời kỳ thứ ba: quá trình TMN. 16 2.3 Ứng dụng của TMN. 17 2.3.1 Phát triển sản phẩm mới. 17 2.3.2 Kiểm tra chức năng làm việc của sản phẩm. 17 Trang 4
7. 2.3.3 Tạo khuôn nhanh ( Rapid Tooling). 18 2.3.4 Ứng dụng trong y học. 19 CHƢƠNG III. CƠ SỞ LÝ THUYẾT 20 3.1 Một số phƣơng pháp tạo mẫu nhanh. 20 3.1.1 Phƣơng pháp SLA (Stereo lithographyapparatus). 20 3.1.2 Phƣơng pháp SGC (Solid Ground Curing). 21 3.1.3 Phƣơng pháp LOM (Laminated Object Manufacturing). 22 3.1.4 Phƣơng pháp SLS (Selective Laser Sintering). 23 3.1.5 Phƣơng pháp in 3D FDM (Fused Deposition Manufacturing). 24 3.2 Phân loại Phƣơng pháp gia công nhanh dựa trên vật liệu in. 25 3.2.1 Dạng lỏng. 25 3.2.2 Dạng khối. 25 3.2.3 Dạng bột. 26 3.3 Phân tích phƣơng pháp in 3D FDM. 26 3.3.1 Lý do để lựa chọn FDM. 26 3.3.2 Nguyên lý hoạt động. 26 3.3.3 Hỗ trợ. 27 3.3.4 Độ chính xác và chất lƣợng bề mặt. 27 3.3.5 Vật liệu. 27 3.3.6 Tốc độ. 27 3.3.7 Lựa chọn sử dụng. 28 3.3.8 Lƣu ý công nghệ. 28 3.9 Cấu trúc Robot song song ứng dụng trong đề tài. 28 3.9.1 Giới thiệu chung về robot song song. 28 3.9.2 Cấu trúc cơ cấu: 29 3.9.3 Một số ƣu nhƣợc điểm của Robot song song. 30 CHƢƠNG IV. PHƢƠNG HƢỚNG VÀ CÁC GIẢI PHÁP THIẾT KẾ 31 4.1 Phân tích một số yếu tố cần thiết của một máy in 3D. 31 4.2 Đƣa ra phƣơng án thiết kế từ những yêu cầu đƣa ra. 31 Trang 5
8. 4.3 Phân tích lựa chọn thiết kế khung giàn. 34 4.4 Phân tích lựa chọn hệ thống truyền động. 34 4.5 Phân tích lựa chọn vật liệu in. 36 4.6 Đầu phun vật liệu. 38 4.6.1 Cấu tạo đầu phun vật liệu in 3D. 39 4.6.2 Ảnh hƣởng của nhiệt độ đến hoạt động của đầu in. 40 CHƢƠNG V. TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ 44 5.1 Xét cấu trúc robot song song để tìm ra số bậc tự do của cơ cấu 45 5.2 Lựa chọn cơ cấu truyền động. 45 5.3 Các thành phần cơ khí. 48 5.4 Tính toán động học cho tay máy. 51 5.4.1 Phân tích cấu hình robot delta lăng trụ. 51 5.5 Thuật toán cắt lớp mô hình 3D (*.stl)[3] 54 5.5.1 Stl file. 54 5.5.2 Định dạng và thông số kỹ thuật. 54 5.5.3 Thuật toán cắt lớp file *.stl 57 5.6 Hệ thống diều khiển. 59 5.6.1 Sơ đồ khối bộ điều khiển. 59 5.6.2 Bộ điều khiển. 60 5.7 Thuật toán nội suy. 64 5.7.1 Nội suy đoạn thẳng AB. 64 Nội suy dƣờng tròn. 64 5.7.3 Giản đồ vận tốc hình thang 65 5.8 Giải thuật điều khiển. 67 5.8.1 Chuyển đổi dữ liệu từ CAD sang Gcode. 67 5.8.2 Đọc và xử lý dữ liệu Gcode. 68 5.8.3 Điều khiển động cơ. 68 5.8.4 Điều khiển nhiệt độ. 69 5.8.5 Thực hiện thí nghiệm và điều khiển nhiệt độ theo thuật toán PID. 70 Trang 6
9. 5.9 Phần mềm KISSLICER (xuất G - CODE cho 3D PRINTING DELTA ROBOT) 72 5.9.1 Giới thiệu chung. 72 CHƢƠNG VI. THỰC NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ 75 6.1 Một số mẫu in thực nghiệm. 75 6.2 Đánh giá, khắc phục lỗi. 76 6.2.1 Hiện tƣợng sản phẩm bị cong vênh. 76 6.2.2 Hiện tƣợng hở mặt trên. 77 6.2.3 Hiện tƣợng hở giữa các lớp. 77 6.2.4 Một số lƣu ý trƣớc khi in mẫu 78 6.3 Các sai số trong quá trình tạo mẫu FDM, tối ƣu thông số công nghệ ảnh hƣởng tới độ chính xác của mẫu. 80 6.4 Tối ƣu thông số công nghệ ảnh hƣởng tới độ chính xác của mẫu 80 6.4.1 Xác định độ chính xác của mẫu đƣợc tạo bởi máy in 3D dựa trên cấu hình song song. 80 6.5 Đo sai số chiều cao của đầu phun với mặt bàn in. 82 6.5.1 Thực nghiệm đo sai số của mẫu đƣợc in. 83 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 86 Kết luận: 86 Kiến Nghị: 87 TÀI LIỆU THAM KHẢO 88 Trang 7
10. DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1: Sai số đầu phun với mặt bàn in. 82 Bảng 2: Mẫu đƣợc thực nghiệm trên máy in có các thông số kĩ thuật sau. 84 Bảng 3: Giá trị các thông số thực nghiệm. 85 Trang 8
11. DANH MỤC HÌNH ẢNH Trang Hình 1-1Kết cấu thực tế máy in 3D. 14 Hình 2-1Một hộp số động cơ xe đƣợc in bằng máy in 3D. 17 Hình 2-2Một động cơ máy bay đƣợc in 3D để kiểm tra lỗi. 18 Hình 2-3Tạo khuôn bằng công nghệ in 3D. 18 Hình 2-4Các khớp xƣơng đƣợc tạo từ máy in 3D để thay thế cho các bệnh nhân thoái hóa khớp. 19 Hình 3-1Nguyên lí phƣơng pháp tạo mẫu SLA. 20 Hình 3-2Nguyên lí phƣơng pháp tạo mẫu SGC. 21 Hình 3-3Nguyên lí phƣơng pháp tạo mẫu LOM. 22 Hình 3-4Nguyên lí phƣơng pháp tạo mẫu SLS. 23 Hình 3-5Nguyên lí phƣơng pháp tạo mẫu FDM. 24 Hình 4-1Cấu hình Robot song song cấu trúc tịnh tiến. 32 Hình 4-2Phần nhôm dạng lá giúp phần trên đầu in tản nhiệt tốt hơn. 33 Hình 4-3Cấu tạo đầu phun vật liệu in 3D. 39 Hình 4-4So sánh phân bố nhiệt độ giữa đầu phun không và có tản nhiệt tốt. 40 Hình 4-5Kẹt vật liệu tại vị trí tiếp xúc hai vùng nhiệt. 41 Hình 4-6Thêm vật liệu tại vị trí chuyển tiếp nhiệt. 41 Hình 4-7Thêm vật liệu tại vị trí chuyển tiếp nhiệt. 42 Hình 4-8Bộ đầu phun J Head Nozzle. 42 Hình 4-9Bộ đầu phun Buda nozzle. 43 Hình 5-1Cấu trúc đơn giản robot song song cấu trúc tịnh tiến. 44 Hình 5-2Động cơ bƣớc. 46 Hình 5-3Bánh răng mô tơ pulley GT2 47 Hình 5-4Thông số kĩ thuật bánh răng mô tơ pulley GT2. 47 Hình 5-5Đai gá động cơ. 48 Hình 5-6Đế chứa đầu phun. 48 Hình 5-7Bệ di động (đầu công tác của máy). 49 Hình 6-1Mô hình nhân vật game và tƣợng phật in bằng nhựa PLA. 75 Hình 6-2Mô hình lắp bắnh răng và hộp số. 75 Hình 6-3Hiện tƣợng sản phẩm bị cong vênh. 76 Hình 6-4Hiện tƣợng hở mặt trên. 77 Hình 6-5Hiện tƣợng hở giữa các lớp. 78 Hình 6-6Vật mẫu phức tạp sử dụng thêm các chi tiết hỗ trợ khi in. 79 Trang 9
12. Hình 6-7Biểu đồ ảnh hƣởng của các thông số công nghệ đến chất lƣợng sản phẩm 81 Hình 6-8Biểu đồ sai số chiều cao của đầu phun. 82 Hình 6-9Các kích thƣớc mẫu đo thực nghiệm 83 Hình 6-10Thƣớc kẹp Mitutoyo sai số 0.02mm. 84 Hình 6-11Kết quả đo thực nghiệm. 84 Trang 10
13. DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT ABS Acrylonnitrile Butadiene Styrene CAD Computer Aided Design CAE Computer-aided engineering CAM Computer-aided manufacturing CMM Coordinate Measuring Machine FDM Fused Deposition Manufacturing LOM Laminated Object Manufacturing PLA Polylactic Acid FDM Fused Deposition Manufacturing RP Rapid prototyping STL Stereolithography SLA Stereo lithographyapparatus SGC Solid Ground Curing SLS Selective Laser Sintering SLS Selective Laser Sintering TMN tạo mẫu nhanh Trang 11
14. CHƢƠNG I. GIỚI THIỆU 1.1 Tính cấp thiết của đề tài. Trên thế giới hiện nay, các ứng dụng của việc tạo hình nhanh, đáp ứng nhu cầu thực thực tiễn là nền tảng cho việc phát triển các máy móc TMN (in 3D – 3D printer). Khả năng ứng dụng trong nhiều lĩnh vực nhƣ sản xuất mô hình sản phẩm, y tế, giáo dục, kiến trúc Công nghệ in 3D phát triển sẽ giúp cho quá trình sản xuất cũng nhƣ khâu thiết kế rút bớt thời gian tạo ra sản phẩm, việc đƣa ý tƣởng thành vật thật để phân tích dễ dàng hơn giúp cho ngƣời thiết kế linh hoạt, sáng tạo hơn khi đƣa ra ý tƣởng mà không phải sợ làm sao tạo ra đƣợc sản phẩm đó và mất bao lâu để tạo thành nó. Vì vậy in 3D là công cụ TMN tốt nhất. 1.2 Ý nghĩa khoa học và thực tiển đề tài. Nhằm mục đích học tập và nghiên cứu lĩnh vực in 3D nhóm đã chọn đề tài “Thiết Kế và Chế Tạo máy in 3D cơ cấu song song” với các mục tiêu: - Tham gia nghiên cứu và tìm hiểu công nghệ TMN in 3D. - Ứng dụng in 3D trong thực tế. - Nghiên cứu sản phẩm đáp ứng nhu cầu thƣơng mại. 1.3 Mục tiêu nghiên cứu của đề tài. - Tìm hiểu và tính toán động học của máy (robot song song). - Thiết kế bản vẽ và chế tạo phần cứng của máy. - Phát triển máy in 3D dựa trên cơ cấu robot song song theo phƣơng pháp in 3D FDM. - Tìm hiểu một số lỗi in của phƣơng pháp in 3D và đƣa ra giải pháp khắc phục dựa trên thực nghiệm. 1.4 Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu. 1.4.1 Đối tƣợng nghiên cứu. Robot song song cấu trúc tịnh tiến. Phƣơng pháp in 3D FDM (Fused Deposition Manufacturing), sử dụng dạng sợi nhựa PLA để tạo ra mẫu. Trang 12
15. 1.4.2 Phạm vi nghiên cứu. Nghiên cứu và chế tạo đƣợc máy in 3D cấu trúc song song. In đƣợc các vật mẫu có kích thƣớc lớn nhất với đƣờng kính là 150mm và chiều cao là 220mm. Vật liệu in là sợi nhựa PLA và ABS. 1.5 Phƣơng pháp nghiên cứu. 1.5.1 Cơ sở phƣơng pháp luận. Chọn phƣơng pháp phân tích và tổng kết kinh nghiệm là chủ yếu ngoài ra còn phƣơng pháp nghiên cƣ́ u thƣc̣ tiêñ và nghiên cƣ́ u tài liêụ để đƣa ra kết quả chính xác. 1.5.2 Các phƣơng pháp nghiên cứu cụ thể. * Thƣc̣ hiêṇ : tƣ̀ thƣc̣ tiêñ nghiên cƣ́ u và tìm hiểu đƣa ra nhƣ̃ng cách thƣ́ c thiết kế chế tạo, sƣ̉ a chƣ̃a của hê ̣thống. - Bƣớc 1: Tìm hiểu các phƣơng pháp TMN trên mạng internet, sách báo. - Bƣớc 2: Phân tích lựa chọn phƣơng pháp TMN khả thi và tiến hành thiết kế qua việc so sánh các ƣu nhƣợc điểm của các phƣơng pháp tạo mẫu. - Bƣớc 3: Tìm hiểu quy trình TMN và viết thuật toán điều khiển máy in 3D. Trang 13
16. 1.6 Kết cấ u củ a ĐATN. Hình 1-1: Kết cấu thực tế máy in 3D. Trang 14
17. CHƢƠNG II. TỔ NG QUAN NGHIÊN CƢ́ U ĐỀ TÀI 2.1 Giới thiệu về công nghệ TMN. TMN (Rapid prototyping) là một phƣơng pháp chế tạo ra mô hình sản phẩm nhanh chóng từ dữ liệu 3D bằng cách xây dựng theo từng lớp dƣới sự kiểm soát máy tính. TMN còn đƣợc biết với tên gọi khác nhau nhƣ sản xuất theo lớp (Layered Manuafacturing), công nghệ bồi đắp vật liệu (Additive Manuafacturing) hoặc in 3D (3D Printing). [1] Công nghệ TMN còn có thể hiểu là một loại công nghệ có thể trực tiếp tạo ra một vật thể ba chiều với thời gian rất ngắn, thƣờng chỉ qua 1 nguyên công. Với sự hỗ trợ của các gói phần mềm CAD tạo ra các mô hình vật thể làm cơ sở dữ liệu cho máy TMN. Vật thể mô hình đó đƣợc tạo ra bằng một loại vật liệu thích hợp tùy vào phƣơng pháp của máy TMN. In 3D là một trong số những phƣơng pháp TMN tạo nên một vật thể 3D bằng cách xếp chồng từng lớp vật chất lên nhau cho đến khi tạo hình hoàn chỉnh vật thể đó. Mỗi lớp là một lát vật chất mỏng và nằm ngang. 2.1.1 Nguyên lí chung. Vật liệu đƣợc thêm vào (bồi đắp) và liên kết với nhau để tạo thành mẫu không phải là cắt gọt vật liệu nhƣ các phƣơng pháp gia công truyền thống mà mẫu đƣợc tạo ra theo mẫu theo lớp, lớp sau đƣợc tạo ra trên nền của lớp trƣớc. 2.1.2 Đặc điểm. Cho phép tạo mẫu các vật thể có hình dạng phức tạp mà không thể gia công bằng các phƣơng pháp gia công cắt gọt thông thƣờng. Giảm đáng kể thời gian gia công. Tạo hình trực tiếp từ dữ liệu CAD. Cho phép tạo mẫu các vật thể có hình dạng phức tạp. 2.2 Sự ra đời và phát triển của phƣơng pháp TMN. Quá trình tạo mẫu đƣợc phân ra làm ba thời kỳ. Hai thời kỳ sau chỉ mới ra đời trong khoảng 20 năm trở lại đây. Tƣơng tự nhƣ quá trình tạo mẫu trên máy vi tính, tính chất vật lý của mẫu chỉ đƣợc nghiên cứu phát triển trong thời kỳ thứ ba. 2.2.1 Thời kỳ đầu: tạo mẫu bằng tay. Thời kỳ đầu tiên ra đời cách đây vài thế kỷ. Trong thời kỳ này, các mẫu điển hình không có độ phức tạp cao và chế tạo một mẫu trung bình mất khoảng 4 tuần. Phƣơng Trang 15
18. pháp tạo mẫu phụ thuộc vào tay nghề và thực hiện công việc một cách cực kỳ nặng nhọc. Cho đến ngày nay phƣơng pháp tạo mẫu thủ công này vẫn còn sử dụng khá phổ biến, trong các trƣờng ĐH về mỹ thuật có ngành Tạo Dáng, thì vẫn sử dụng phƣơng pháp này. 2.2.2 Thời kỳ thứ hai: phần mềm tạo mẫu hay tạo mẫu ảo. Thời kỳ thứ hai của tạo mẫu phát triển rất sớm, khoảng giữa thập niên 70. Thời kỳ này đã có phần mềm tạo mẫu hay tạo mẫu ảo. Việc ứng dụng CAD/CAE/CAM đã trở nên rất phổ biến. Phần mềm tạo mẫu sẽ phát họa trên máy vi tính những suy tƣởng, ý tƣởng mới. Các mẫu này nhƣ là một mô hình vật lý: đƣợc kiểm tra, phân tích cũng nhƣ đo ứng suất và sẽ đƣợc hiệu chỉnh cho phù hợp nếu chúng chƣa đạt yêu cầu. Thí dụ nhƣ phân tích ứng suất và sức căng bề mặt chất lỏng có thể dự đoán chính xác đƣợc bởi vì có thể xác định chính xác các thuộc tính và tính chất của vật liệu. Hơn nữa, các mẫu trong thời kỳ này trở nên phức tạp hơn nhiều so với thời kỳ đầu (khoảng trên hai lần). Vì thế, thời gian yêu cầu cho việc tạo mẫu có khuynh hƣớng tăng lên khoảng 16 tuần, tính chất vật lý của mẫu vẫn còn phụ thuộc vào các phƣơng pháp tạo mẫu cơ bản trƣớc. Tuy nhiên, việc vận dụng các máy gia công chính xác đã cải thiện tốt hơn các tính chất vật lý của mẫu. Cùng với sự tiến bộ trong lĩnh vực TMN trong thời kì thứ ba, có sự trợ giúp rất lớn của quá trình tạo mẫu ảo. Tuy nhiên, vẫn còn những tranh cải về những giới hạn của công nghệ TMN nhƣ: sự giới hạn về vật liệu (hoặc bởi vì chi phí cao hoặc cách sử dụng cho từng vật liệu không giống nhau để tạo chi tiết). 2.2.3 Thời kỳ thứ ba: quá trình TMN. Tính chất vật lý từng phần của sản phẩm trong quá trình TMN cũng đƣợc biết đến. Quá trình tạo mẫu rỗng thích hợp cho việc sản xuất trên bàn nâng hay công nghệ sản xuất lớp. Công nghệ này thể hiện quá trình phát triển tạo mẫu trong thời kỳ thứ ba. Việc phát minh ra các thiết bị TMN là một phát minh quan trọng. Những phát minh này đã đáp ứng đƣợc yêu cầu của giới kinh doanh trong thời kỳ này: giảm thời gian sản xuất, độ phức tạp của mẫu tăng, giảm chi phí. Ở thời điểm này ngƣời tiêu dùng yêu cầu các sản phẩm cả về chất lƣợng lẫn mẫu mã, nên mức độ phức tạp của chi tiết cũng tăng lên, gấp ba lần mức độ phức tạp mà các chi tiết đã đƣợc làm vào những năm của thập niên 70. Nhƣng nhờ vào công nghệ TMN nên thời gian trung bình để tạo thành một chi tiết chỉ còn lại 3 tuần so với 16 tuần ở thời kỳ thứ hai. Năm 1988, hơn 20 công nghệ TMN đã đƣợc nghiên cứu. Ta thấy rằng nhu cầu tạo nên mẫu sản phẩm ban đầu là một nhu cầu thiết yếu trong quá trình sản xuất, trƣớc khi sản xuất hàng loạt một sản phẩm nào cũng phải cần tạo mẫu sản phẩm trƣớc để kiểm tra tính hiện thực và khả thi. Trang 16
19. Nếu mẫu sản phẩm càng chính xác bao nhiêu, càng nhanh bao nhiêu thì sẽ càng tránh đƣợc những lỗi mắc phải trong quá trình sản xuất sau này và càng tiết kiệm đƣợc chi phí sản xuất bấy nhiêu. Nên “công nghệ TMN” mang toàn bộ ý nghĩa của nó, “công nghệ”: đảm bảo độ chính xác, “TMN” đảm bảo thời gian nhanh chóng. 2.3 Ứng dụng của TMN. 2.3.1 Phát triển sản phẩm mới. Đây là ứng dụng quan trọng nhất của TMN, trong quá trình phát triển sản phẩm mới, nó cho ta thấy đƣợc hiện tƣợng vật lí của các mẫu thiết kế mà ta không thể quan sát trên mô hình máy tính, bao gồm các khía cạnh thiết kế, giúp cho các nhà thiết kế đánh giá đƣợc sản phẩm một cách tốt nhất trƣớc khi đƣa vào thiết kế hàng loạt. 2.3.2 Kiểm tra chức năng làm việc của sản phẩm. Dựa vào mô hình 3D rất khó để đảm bảo sản phẩm khi sản xuất ra có thể đáp ứng đƣợc các yêu cầu về thao tác làm việc, lắp ghép đặc biêt với các chi tiết bánh răng, hộp số, cam, trục lệch tâm hay khớp nối, cần điều khiển TMN sẽ giúp các kỹ sƣ và nhà thiết kế xử lý những vấn đề đó. Công nghệ TMN hiện nay có thể “in 3D” các chi tiết lắp ghép, thậm chí với nhiều màu sắc khác nhau. Hình 2-1: Một hộp số động cơ xe được in bằng máy in 3D. Trang 17
20. Hình 2-2: Một động cơ máy bay được in 3D để kiểm tra lỗi. 2.3.3 Tạo khuôn nhanh ( Rapid Tooling). TMN đƣợc ứng dụng rất mạnh mẽ trong việc chế tạo các chi tiết làm khuôn đúc silicon, composite, tạo hình chân không Quá trình làm khuôn truyền thống rất là phức tạp tốn thời gian và chi phí cao, làm tăng thời gian từ khâu thiết kế đến khâu sản xuất, việc ứng dụng công nghệ TMN này vào lĩnh vực này sẽ tạo một động lực chính cho sự phát triển của công nghệ tạo khuôn, mang hiệu quả kinh tế cao đối với ngành công nghiêp này. Hình 2-3: Tạo khuôn bằng công nghệ in 3D. Trang 18
21. 2.3.4 Ứng dụng trong y học. Trong lĩnh vực y học, công nghệ TMN đƣợc dùng để chế tạo các mô hình y học, các bộ phận cấy ghép thay thế xƣơng và các công cụ trợ giúp phẫu thuật. Xƣơng nhân tạo: Có những vụ tai nạn gây vỡ một phần xƣơng trên cơ thể và không thể phục hồi. Yêu cầu đặt ra là phải tái tạo lại đƣợc phần xƣơng tƣơng ứng để cấy ghép với độ chính xác cao. Để làm đƣợc điều đó, ngƣời ta sử dụng đến kỹ thuật ngƣợc. Công nghệ TMN cũng đƣợc sử dụng rộng rãi trong nha khoa. Hình 2-4: Các khớp xương được tạo từ máy in 3D để thay thế cho các bệnh nhân thoái hóa khớp. Trang 19
22. S K L 0 0 2 1 5 4