Tài liệu Nghiên cứu ảnh hưởng của các thông số công nghệ đến cơ tính sản phẩm fdm

ĈҤI HӐC QUӔC GIA TP.HCM 75ѬӠ1*ĈҤI HӐC BÁCH KHOA 3+$1ĈӬC HIӄN NGHIÊN CӬU Ҧ1++ѬӢNG CӪA CÁC THÔNG SӔ CÔNG NGHӊ Ĉӂ1&Ѫ7Ë1+6ҦN PHҬM FDM Chuyên ngành: Kӻ thuұW&ѫNKt Mã sӕ : 8520103 LUҰ19Ă17+Ҥ&6Ƭ TP. HӖ CHÍ MINH, tháng 08 QăP &{QJWUuQKÿѭӧc hoàn thành tҥi: 7UѭӡQJĈҥi hӑc Bách Khoa ± Ĉ+4*± HCM Cán bӝ Kѭӟng dүn khoa hӑc: 1. PGS. TS. Bùi Trӑng HiӃu............... 2. ThS. HuǤnh Hӳu Nghӏ ................... Cán bӝ chҩm nhұn xét 1: TS. Tôn ThiӋQ3KѭѫQJ .............................. Cán bӝ chҩm nhұn xét 2: TS. NguyӉn Hӳu Thӑ ................................ LuұQYăQWKҥFVƭÿѭӧc bҧo vӋ tҥL7UѭӡQJĈҥi hӑF%iFK.KRDĈ+4*± TPHCM QJj\WKiQJQăP (trӵc tuyӃn). Thành phҫn HӝLÿӗQJÿiQKJLiOXұQYăQWKҥFVƭJӗm: 1. PGS. TS. NguyӉn Hӳu Lӝc ± Chӫ tӏch ± .KRD&ѫNKt ........... 2. TS. Bành Quӕc Nguyên ± 7KѭNê± Khoa &ѫNKt ............. 3. TS. Tôn ThiӋQ3KѭѫQJ ± Phҧn biӋn ± .KRD&ѫNKt ......... 4. TS. NguyӉn Hӳu Thӑ ± Phҧn biӋn ± .KRD&ѫNKt ......... 5. PGS. TS. PhҥP6ѫQ0LQK ± Ӫy viên ± .KRDFѫNKt ............. Xác nhұn cӫa Chӫ tӏch HӝLÿӗQJÿiQKJLi/9Yj7Uѭӣng Khoa quҧn lý chuyên ngành sau khi luұn YăQÿmÿѭӧc sӱa chӳa (nӃu có). CHӪ TӎCH HӜ,ĈӖNG PGS. TS. NGUYӈN HӲU LӜC 75ѬӢNG KHOA &Ѫ.+Ë i ĈҤI HӐC QUӔC GIA TP.HCM CӜNG HÒA XÃ HӜI CHӪ 1*+Ƭ$ VIӊT NAM 75ѬӠ1*ĈҤI HӐC BÁCH KHOA Ĉӝc lұp ± Tӵ do ± Hҥnh phúc NHIӊM VӨ LUҰN 9Ă17+ҤC 6Ƭ Hӑc viên thӵc hiӋn: PHAN ĈӬC HIӄN MSHV: 1970605 Ngày, tháng, QăP sinh: 08/01/1997 1ѫL sinh: 9ƭQK Long Chuyên ngành: Kӻ thuұt &ѫ khí Mã sӕ: 8520103 I. TÊN Ĉӄ TÀI Nghiên cӭu ҧnh Kѭӣng cӫa các thông sӕ công nghӋ ÿӃn Fѫ tính sҧn phҭm FDM II. NHIӊM VӨ VÀ NӜI DUNG 1. ;iFÿӏQKÿӕLWѭӧng, mөFWLrXSKѭѫQJSKiSQJKLrQFӭXYjFѫVӣ lý thuyӃt vӅ vҩn ÿӅ nghiên cӭu. 2. Khҧo sát, thӕQJNrÿiQKJLiҧQKKѭӣng cӫa các thông sӕ công nghӋ ÿӃQFѫ tínhcӫa sҧn phҭPYjFiFSKѭѫQJSKiSTX\KRҥch thӵc nghiӋm, tӕLѭXKyD thông sӕ cho quá trình chӃ tҥo sҧn phҭm bҵng công nghӋ FDM. 3. ;iFÿӏnh các thông sӕ công nghӋSKѭѫQJSKiSWKӵc hiӋn, xây dӵng quy trình thӵc nghiӋm, tiӃn hành chӃ tҥo, thí nghiӋm kéo mүu thӱ, thu thұp sӕ liӋu. 4. Quy hoҥch, xӱ lý sӕ liӋu, phân tích thӵc nghiӋm nhҵm xác ÿӏnh bӝ thông sӕ côngnghӋ tӕLѭXFKRÿӝ bӅn kéo cӫa sҧn phҭm FDM. III. NGÀY GIAO NHIӊM VӨ: 22/02/2021 IV. NGÀY HOÀN THÀNH NHIӊM VӨ: 05/12/2021 V. CÁN BӜ +ѬӞNG DҮN: 1. PGS. TS. Bùi Trӑng HiӃu 2. ThS. HuǤnh Hӳu Nghӏ Tp. H͛ Chí Minh, ngày 22 tháng 02 QăP 2021 CÁN BӜ +ѬӞNG DҮN CHӪ NHIӊM BӜ MÔN (Hӑ tên và chӳ ký) (Hӑ tên và chӳ ký) PGS. TS. Bùi Trӑng HiӃu ThS. HuǤnh Hӳu Nghӏ PGS. TS. Bùi Trӑng HiӃu 75ѬӢNG KHOA &Ѫ KHÍ (Hӑ tên và chӳ ký) ii LӠI CҦ0Ѫ1 Em xin gӱi lӡi cҧPѫQWӟL7UѭӡQJĈҥi hӑc Bách Khoa ± Ĉ+4Xӕc gia TP. HCM ÿmWҥRÿLӅu kiӋn cho em thӵc hiӋn LuұQYăQWӕt nghӋp. Em xin chân thành cҧPѫQ quý Thҫ\&{ÿһc biӋt là quý Thҫ\&{WURQJ.KRD&ѫNKtÿmWUX\Ӆn cҧm hӭng và giúp em trang bӏ nhӳng kiӃn thӭc, kӻ QăQJ Fҫn thiӃt trong quá trình theo hӑc tҥi WUѭӡng. Em xin chân thành cҧPѫQVӵ tұn tâm chӍ dҥ\YjKѭӟng dүn trӵc tiӃp cӫa PGS. TS Bùi Trӑng HiӃu và ThS. HuǤnh Hӳu Nghӏ trong suӕt quá trình thӵc hiӋn Luұn YăQ7ӕt nghiӋp. Em xin gӱi lӡi cҧPѫQÿӃQJLDÿuQKQJѭӡi thân và nhӳQJQJѭӡi bҥQÿmOX{QKӛ trӧÿӝQJYLrQYjÿӗng hành cùng em tӯ WUѭӟc tӟi nay, ngay cҧ trong nhӳng thӡLÿLӇm NKyNKăQQKҩt. Em rҩt mong nhұQÿѭӧc nhӳng lӡi nhұQ[pWÿyQJJySTXêEiXFӫa Thҫy, Cô nhҵm giúp em khҳc phөc nhӳng thiӃu sót, mӣ rӝng thêm kiӃn thӭc và giúp LuұQYăQ ÿѭӧc phҫn nào hoàn thiӋQKѫQ Em xin chân thành cҧPѫQWҩt cҧ! iii TÓM TҲT NGHIÊN CӬU Ҧ1++ѬӢNG CӪA CÁC THÔNG SӔ CÔNG NGHӊ Ĉӂ1&Ѫ7Ë1+6ҦN PHҬM FDM HiӋn nay, công nghӋ bӗLÿҳp vұt liӋu (Additive Manufacturing ± AM), vӟi tiӅm QăQJWROӟn cӫa mìnhÿDQJFyQKӳQJEѭӟc phát triӇn mҥnh mӁ, không chӍ ӭng dөng vào tҥo mүu nhanh PjFzQKѭӟQJÿӃn các sҧn phҭm trong công nghiӋp. Công nghӋ mô hình lҳQJÿӑng hӧp nhҩt (Fused Deposition Modeling ± FDM) là công nghӋ AM dӵDWUrQÿQYұt liӋu phә biӃn nhҩtĈLFQJYӟi phát triӇn là thách thӭc, mӝt trong nhӳng yêu cҫu quan trӑQJÿӕi vӟi chi tiӃt dùng trong công nghiӋSOjFѫWtQK trong khi ÿyFNJQJFKtQKOjÿLӇm yӃu cӫa công nghӋ FDM. Nguyên nhân chӫ yӃu là công nghӋ này có khá nhiӅu thông sӕ quan trӑQJWiFÿӝQJÿӃn chҩWOѭӧng sҧn phҭPQKѭ FiFÿһFWtQKFѫKӑc, thӡi gian chӃ tҥRÿӝ FKtQK[iFNtFKWKѭӟF«YjҧQKKѭӣng lүn QKDX 'R ÿy FiF QKj NKRD KӑF ÿm QJKLrQ Fӭu, sӱ dөng các kӻ thuұt thiӃt kӃ thӱ nghiӋPYjFiFSKѭѫQJSKiSSKkQWtFKNKiFQKDXYӟi mөFÿtFKWӕLѭXKyDFiFWK{QJ sӕ công nghӋ )'0ÿӇ sҧn phҭPÿҥWÿѭӧc chҩWOѭӧng tӕt nhҩt tùy theo mөFÿtFKVӱ dөng. Các kӻ thuұt này bao gӗPSKѭѫQJSKiS7DJXFKLJLҧi thuұt di truyӅn, phân tích quan hӋ [iPSKѭѫQJSKiSEӅ mһWÿiSӭng, thӵc nghiӋm nhân tӕ riêng phҫn, mҥng thҫn kinh nhân tҥo, logic mӡ«LuұQYăQQj\WUѭӟc tiên, xem xét các công trình nghiên cӭu vӅ ҧQKKѭӣng cӫa thông sӕ công nghӋ )'0ÿӃQFѫWtQKVҧn phҭm YjFiFSKѭѫQJSKiSNӻ thuұWÿѭӧc sӱ dөQJVDXÿytұp trung khҧo sát ҧQKKѭӣng cӫa các thông sӕ công nghӋ bao gӗm: bӅ dày lӟp, tӕFÿӝ ÿҫXÿQJyFQKӵa ÿQPұWÿӝ ÿLӅQÿҫy và nhiӋWÿӝ buӗng tҥo mүXÿӃQÿӝ bӅn kéo cӫa chi tiӃt chӃ tҥo bҵng vұt liӋu ABS. ThiӃt kӃ và phân tích thӵc nghiӋm ÿѭӧc tiӃn hành WKHRSKѭѫQJSKiSTX\KRҥch hӛn hӧp trung tâm và mҥng thҫn kinh nhân tҥo, tӯ ÿyÿiQKJLiÿѭӧc mӭFÿӝ ҧnh Kѭӣng cӫa các thông sӕ công nghӋÿӗng thӡLWuPÿѭӧc bӝ thông sӕ tӕLѭXÿӇ chi tiӃt ÿҥWÿѭӧFÿӝ bӅn kéo tӕt nhҩt. Tͳ khóa: Công ngh͏ b͛Lÿ̷p v̵t li͏u, công ngh͏ mô hình l̷QJÿ͕ng hͫp nh̭t, F˯WtQK, thông s͙ công ngh͏, quy ho̩ch h͟n hͫp trung tâm, m̩ng th̯n kinh nhân t̩o iv ABSTRACT RESEARCH ON THE EFFECTS OF PROCESS PARAMETERS ON MECHANICAL PROPERTIES OF FDM PRODUCTS In recent years, Additive Manufacturing technology (AM), with its great potential, is making strong development steps, and is not only being applied to rapid prototyping but also targeted at industrial products. Fused Deposition Modeling (FDM) technology is the most popular extrusion-based AM technology. Along with its development there is an inevitable challenge, mechanical properties are considered as ones of the important requirements for parts in industry, and these are also weaknesses of FDM technology. The main reason is that this technology has many important parameters that affect product quality (such as mechanical properties, manufacturing time, dimensional accuracy, ...) and influence each other. Therefore, scientists have studied and used design of experiments (DOE) techniques and different analysis methods to optimize FDM technology parameters to achieve the best quality products depending on the purpose of use. These techniques include the Taguchi method, genetic algorithm (GA), gray relational analysis (GRA), response surface method (RSM), fractional factorial, artificial neural networks (ANN), fuzzy logic, etc. This thesis, firstly, reviews the research works on the influence of process parameters of FDM technology on mechanical properties of the products, and the using methods as well as techniques. Then focuses on investigating the effects of parameters including layer thickness, extrusion speed, raster angle, infill density, and chamber temperature on the tensile strength of parts made of ABS material. Experimental design and analysis were carried out by the central composite design (CCD) and artificial neural network method, thereby, assessing the influence of process parameters, and finding the optimal set of parameters for the part to achieve the best tensile strength. Keywords: Additive manufacturing, fused deposition modeling, mechanical properties, process parameters, central composite design, artificial neural networks. v LӠ,&$0Ĉ2$1 Tôi xin cam ÿRDQ/XұQYăQ7KҥFVƭYӅ ÿӅ WjL³1JKLrQFӭu ҧQKKѭӣng cӫa các thông sӕ công nghӋ ÿӃQFѫWtQKVҧn phҭP)'0´OjF{QJWUuQKQJKLrQFӭu cá nhân cӫa tôi trong thӡLJLDQTXDÿѭӧc thӵc hiӋQGѭӟi sӵ Kѭӟng dүn khoa hӑc cӫa PGS. TS. Bùi Trӑng HiӃu và ThS. HuǤnh Hӳu Nghӏ. Mӑi sӕ liӋu sӱ dөng phân tích trong Luұn YăQYjNӃt quҧ nghiên cӭu là do tôi tӵ tìm hiӇu, phân tích mӝt cách khách quan, trung thӵc, có nguӗn gӕFU}UjQJYjFKѭDÿѭӧc công bӕ Gѭӟi bҩt kǤ hình thӭc nào. Tôi xin chӏu hoàn toàn trách nhiӋm nӃu có sӵ không trung thӵc trong thông tin sӱ dөng trong công trình nghiên cӭu này. 73+&0QJj\WKiQJQăP Hӑc viên thӵc hiӋn 3KDQĈӭc HiӅn vi MӨC LӨC NHIӊM VӨ LUҰN 9Ă17+ҤC 6Ƭ ..........................................................................i LӠI CҦ0Ѫ1 ............................................................................................................ii TÓM TҲT ................................................................................................................ iii ABSTRACT ..............................................................................................................iv LӠ,&$0Ĉ2$1 ...................................................................................................... v DANH MӨC BҦNG BIӆU ......................................................................................ix DANH MӨC HÌNH ҦNH ......................................................................................... x DANH MӨC CÁC TӮ VIӂT TҲT ........................................................................xii &+ѬѪ1* MӢ ĈҪU ............................................................................................. 1 1.1. Công nghӋ bӗi ÿҳp vұt liӋu ..............................................................................1 1.1.1. Giӟi thiӋu...................................................................................................1 1.1.2. Vai trò cӫa AM trong nӅn Công nghiӋp 4.0..............................................2 1.1.3. Ӭng dөng ...................................................................................................4 1.2. Các nhóm công nghӋ AM ..............................................................................10 1.2.1. Công nghӋ ÿQYұt liӋu ...........................................................................11 1.2.2. Công nghӋ phҧn ӭng quang hóa VAT ....................................................12 1.2.3. Công nghӋ kӃt hӧp vұt liӋu bӝt trong mһt phҷng ....................................13 1.2.4. Công nghӋ phun vұt liӋu .........................................................................14 1.2.5. Công nghӋ phun chҩt kӃt dính.................................................................15 1.2.6. Công nghӋ tҩm mӓng ..............................................................................16 1.2.7. Công nghӋ lҳQJÿӑQJQăQJOѭӧng trӵc tiӃp .............................................17 1.3. Công nghӋ FDM .............................................................................................18 1.3.1. Nguyên lý hoҥWÿӝng cӫa công nghӋ FDM .............................................18 1.3.2. Vұt liӋu ....................................................................................................20 vii 1.3.3. ThiӃt bӏ FDM ..........................................................................................21 1.3.4. Thông sӕ công nghӋ ................................................................................21 1.3.5. Lӧi ích cӫa công nghӋ FDM ...................................................................28 1.4. VҩQÿӅ ÿһt ra ..................................................................................................28 &+ѬѪ1* TӘNG QUAN ................................................................................... 30 2.1. Tình hình nghiên cӭu vӅ viӋc nâng cao chҩWOѭӧng sҧn phҭm FDM .............30 ĈѫQPөc tiêu ...........................................................................................35 ĈDPөc tiêu .............................................................................................39 2.2. Mөc tiêu nghiên cӭu.......................................................................................49 &+ѬѪ1* 3+ѬѪ1*3+È31*+,Ç1&ӬU .................................................. 52 3KѭѫQJSKiSEӅ mһWÿiSӭng (Response surface methodology ± RSM) ......55 3.1.1. TiӃn trình tӕLѭXKyD ................................................................................55 3.1.2. ĈiQKJLiPӭFÿӝ phù hӧp cӫa mô hình ..................................................56 3.1.3. Thí nghiӋm bӅ mһWÿiSӭng ....................................................................58 3KѭѫQJSKiSPҥng thҫn kinh nhân tҥo ..........................................................60 3.2.1. Khái niӋm ................................................................................................60 3.2.2. Các thành phҫQFѫEҧn ............................................................................61 3.2.3. Huҩn luyӋn mҥng ....................................................................................64 ĈiQh giá hiӋu quҧ huҩn luyӋn .................................................................65 &+ѬѪ1* QUY TRÌNH THӴC NGHIӊM VÀ PHÂN TÍCH ....................... 70 4.1. Lӵa chӑn thông sӕ ..........................................................................................70 4.2. ThiӃt kӃ, chӃ tҥo mүu thí nghiӋm ...................................................................72 4.3. Thӵc nghiӋm FCCCD ....................................................................................76 4.3.1. Thí nghiӋm khӣLÿҫu ...............................................................................77 4.3.2. Thí nghiӋm bӅ mһWÿiSӭng ....................................................................82 3KѭѫQJSKiSPҥng thҫn kinh nhân tҥo ..........................................................88 viii 4.4.1. Xây dӵng cҩu trúc mҥng .........................................................................88 4.4.2. KӃt quҧ và phân tích................................................................................91 4.5. So sánh giӳa RSM và ANN ...........................................................................93 &+ѬѪ1*5. KӂT LUҰ19¬Ĉӄ XUҨT ............................................................. 98 5.1. KӃt luұn ..........................................................................................................98 ĈӅ xuҩt ...........................................................................................................99 DANH MӨ&&Ð1*75Î1+Ĉ­&Ð1*%Ӕ ..................................................... 100 TÀI LIӊU THAM KHҦO .................................................................................... 102 ix DANH MӨC BҦNG BIӆU Bҧng 2.1. Các nghiên cӭu vӅ ҧQK Kѭӣng cӫa thông sӕ công nghӋ ÿӃQ FѫWtQK Vҧn phҭm FDM ................................................................................................................30 Bҧng 3.1. So sánh giӳDFiFSKѭѫQJSKiSTX\KRҥch thӵc nghiӋm và tӕLѭX>@ ...54 Bҧng 3.2. BҧQJÿiQKJLiPӭFÿӝ WѭѫQJTXDQ ..........................................................67 Bҧng 3.3. BҧQJÿiQKJLiPӕi liên hӋ WѭѫQJTXDQ ....................................................67 BiӇXÿӗ 4.1. Thӕng kê các thông sӕ ÿҫXYjRÿѭӧc sӱ dөng .....................................71 Bҧng 4.2. Thông sӕ và mӭc giá trӏ thí nghiӋm .........................................................71 Bҧng 4.3. Bҧng thuӝc tính vұt liӋu ABS [50] ...........................................................74 Bҧng 4.4. Cҩu hình thiӃt bӏ FDM .............................................................................74 Bҧng 4.5. Các nhân tӕ và mӭc giá trӏ .......................................................................77 Bҧng 4.6. Ma trұn thӵc nghiӋm và kӃt quҧ ...............................................................79 Bҧng 4.7. Các hӋ sӕ cӫDSKѭѫQJWUuQKKӗi quy bұc nhҩt ..........................................80 Bҧng 4.8. KӃt quҧ SKkQWtFKSKѭѫQJVDL ...................................................................81 Bҧng 4.9. Ma trұn quy hoҥch và kӃt quҧ thӵc nghiӋm .............................................82 Bҧng 4.10. Các hӋ sӕ cӫDSKѭѫQJWUuQKKӗLTX\ÿҫ\ÿӫ ...........................................84 Bҧng 4.11. HӋ sӕ cӫDSKѭѫQJWUuQKKӗi quy sau khi tính toán lҥi ............................85 Bҧng 4.12. KӃt quҧ SKkQWtFKSKѭѫQJVDL .................................................................85 Bҧng 4.13. Sӕ liӋu thӵc nghiӋm và dӵ ÿRiQFӫDSKѭѫQJSKiS560Wӯ Minitab.....94 Bҧng 4.14. Sai sӕ giӳa sӕ liӋu thӵc và dӵ ÿRiQWӯ ANN ..........................................96 x DANH MӨC HÌNH ҦNH Hình 1.1. Nguyên lý chӃ tҥo sҧn phҭm cӫa công nghӋ AM [1] .................................2 Hình 1.2. Ví dө vӅ NKX{QpSSKXQLQ'ÿѭӧc sҧn xuҩt bҵng ABS kӻ thuұt sӕ [4] ..5 Hình 1.3. Cánh máy bay trӵFWKăQJIWPjXQkXÿѭӧc phát triӇn bҵng công nghӋ FDM bӣi Automated Dynamics, chi phí dөng cө giҧm xuӕng 60-70% [5]................6 Hình 1.4. +ѫQEӝ phұQED\ÿmÿѭӧc in 3D trên HӋ thӕng sҧn xuҩt FDM cӫa 6WUDWDV\VFKR&KѭѫQJWUuQK$LUEXV$;:%>@ ...................................................7 Hình 1.5. 8QLWHG /DXQFK $OOLDQFH 8/$ ÿm Vӱ dөng công nghӋ AM dӵa trên 6WUDWDV\V)'0ÿӇ giҧm sӕ Oѭӧng các bӝ phұn lҳp ráp trên các ӕng dүQ$WODV9¶V(&6 tӯ KѫQ[Xӕng còn 16 [7] .......................................................................................7 Hình 1.6. Nguyên mүXÿҫ\ÿӫ chӭFQăQJFӫD[HÿLӋQ6WUHHW6FRRWHU&ÿѭӧc phát triӇn chӍ trong 12 tháng bҵng cách thay thӃ các quy trình sҧn xuҩt ô tô truyӅn thӕng bҵng công nghӋ in 3D Stratasys trong suӕWJLDLÿRҥn thiӃt kӃ [8] ..............................8 Hình 1.7. 6ѫÿӗ cӫa các hӋ thӕQJÿQYұt liӋu [9] ...................................................11 Hình 1.8. 6ѫÿӗ cӫa ba cách tiӃp cұQÿӕi vӟi quá trình phҧn ӭng quang hóa [9] ....13 Hình 1.9. 6ѫÿӗ cӫa quy trình SLS [9] .....................................................................14 Hình 1.10. 6ѫÿӗ cӫa hӋ thӕng in DOD [9] ..............................................................15 Hình 1.11. 6ѫÿӗ quy trình công nghӋ phun chҩt kӃt dính [9] .................................16 Hình 1.12. 6ѫÿӗ cӫa quy trình LOM [9] .................................................................17 Hình 1.13. 6ѫÿӗ cӫDTX\WUuQK'('ODVHUÿLӇn hình [9] .........................................17 Hình 1.14. Nguyên lý công nghӋ FDM ....................................................................19 Hình 1.15. +ѭӟng tҥo mүu .......................................................................................22 Hình 1.16. ҦQKKѭӣng cӫa bӅ dày lӟSÿӃn chҩWOѭӧng bӅ mһt cӫa sҧn phҭm ..........22 Hình 1.17. NhiӋWÿӝ ÿҫXÿQ ....................................................................................23 Hình 1.18. Liên kӃt giӳa các lӟp vұt liӋu trên ..........................................................24 Hình 1.19. Góc nhӵDÿQFӫa chi tiӃt .......................................................................25 Hình 1.20. ChiӅu cao lӟp và bӅ rӝQJÿѭӡQJÿQ .....................................................25 Hình 1.21. Mӝt chi tiӃt có 4 lӟp viӅn .......................................................................26 Hình 1.22. MұWÿӝ ÿLӅQÿҫy cӫa sҧn phҭm ...............................................................27 xi Hình 1.23. DҥQJÿLӅQÿҫy: (a) TuyӃQWtQKE.LPFѭѫQJF/өc giác [16] ........27 Hình 1.24. Khe hӣ giӳDFiFÿѭӡQJÿQ....................................................................27 Hình 2.1. BiӇXÿӗ [ѭѫQJFiWKӇ hiӋn các nguyên nhân ҧQKKѭӣQJÿӃn chҩWOѭӧng sҧn phҭm FDM ................................................................................................................50 Hình 3.1. Minh hӑa thiӃt kӃ thí nghiӋm FCCCD ba nhân tӕ ....................................60 Hình 3.2. MҥQJQѫURQYӟi hai lӟp ҭn .......................................................................61 Hình 3.3. Hàm sigmoid [47] .....................................................................................62 Hình 3.4. Hàm tansig [47] ........................................................................................63 Hình 3.5. Hàm purelin [47] ......................................................................................63 Hình 3.6. 0{KuQKFѫFKӃ hoҥWÿӝng cӫa ANN [47] ................................................64 Hình 3.7. KӃt thúc sӟm, thuұt toán huҩn luyӋn dӯng lҥi tҥi vòng lһp mà sai sӕ xác thӵFÿҥt giá trӏ nhӓ nhҩt [48] .....................................................................................69 Hình 4.1. /ѭXÿӗ quy trình thӵc nghiӋm và phân tích .............................................70 Hình 4.2. Mô hình 3D cӫa mүu thí nghiӋm ..............................................................73 Hình 4.3. Mүu thí nghiӋm theo tiêu chuҭn ASTM D638 ± 14 .................................73 Hình 4.4. Máy in FDM có buӗng nhiӋWÿӝ ...............................................................75 Hình 4.5. Mүu thí nghiӋm sau khi chӃ tҥo................................................................76 Hình 4.6. Quá trình kiӇm nghiӋPÿӝ bӅn kéo ..........................................................78 Hình 4.7. BiӇXÿӗ ӭng suҩt ± biӃn dҥng ...................................................................79 Hình 4.8. BiӇXÿӗ phҫQGѭSKkQSKӕi chuҭn (Ҧnh chөp tӯ Minitab) .......................86 Hình 4.9. BiӇXÿӗ thӇ hiӋn mӭFÿӝ ҧQKKѭӣng cӫa các thành phҫn (Ҧnh chөp tӯ Minitab) .....................................................................................................................87 Hình 4.10. Ĉӗ thӏ tӕLѭXFiFWK{QJVӕ (Ҧnh chөp tӯ Minitab) .................................87 Hình 4.11. BiӇXÿӗ so sánh tӕFÿӝ và yêu cҫu bӝ nhӟ giӳa các thuұt toán [49] ......90 Hình 4.12. Mô hình huҩn luyӋn cӫa mҥng ANN (Ҧnh chөp tӯ Matlab) .................91 Hình 4.13. Ĉӗ thӏ giá trӏ MSE cӫa 3 tұp sӕ liӋu trong huҩn luyӋn mҥng (Ҧnh chөp tӯ Matlab) ..................................................................................................................92 Hình 4.14. Ĉӗ thӏ hӗi quy cӫa ANN (Ҧnh chөp tӯ Matlab).....................................93 xii DANH MӨC CÁC TӮ VIӂT TҲT ABS Acrylonitrile butadiene styrene AM Additive manafacturing ANFIS Adaptive neuro-fuzzy inference system ANN Artificial neural networks ANOVA Analysis of variance ASA Acrylonitrile styrene acrylate ASTM American Society for Testing and Materials BFO Bacterial foraging optimization BJ Binder jetting CCD Central composite design CFRP Carbon fiber reinforced plastic CFRTPCs Continuous fibre reinforced thermoplastic composites DED Directed energy deposition DLF Directed light fabrication DLP Digital light processing DLS Digital light synthesis DMA Dynamic mechanical analysis DMD Digital micromirror device DMLS Direct metal laser sintering EBM Electron beam melting xiii FCCCD Face-centered Central composite design FDM Fused deposition modeling GA Genetic algorithm GMDH Group method of data handling HIPS High impact polystyrene HT Hybrid technology LENS Laser engineered net shaping LOM Laminated object manufacturing ME Meterial extrusion MJ Meterial jetting MSE Mean square error OFAT One-factor-at-a-time method PBF Powder bed fusion PC Polycarbonate PE Polyethylene PEEK Poly-ether-ether-ketone PEI Polyetherimide PETG Polyethylene terephthalate glycol PLA Polylactic acid PP Polypropylene PPSF Polyphenylsulfone PSO Particle swarm optimization xiv RP Rapid protyping RSM Response surface methodology SEM Scanning electron microscopy SHS Selective heat sintering SL Sheet lamination SLA Stereolithography SLM Selective laser melting SLS Selective laser sintering SSE Error sum of squares SSR Regression sum of squares SST Total sum of squares TPU Thermoplastic polyurethane UAM Ultrasonic additive manufacturing UTM Universal testing machine 1 &+ѬѪ1* MӢ ĈҪU 1.1. Công nghӋ bӗLÿҳp vұt liӋu 1.1.1. Giӟi thiӋu Công nghӋ bӗLÿҳp vұt liӋu (Additive Manufacturing ± AM) hay vӟi tên gӑi ban ÿҫu là công nghӋ tҥo mүu nhanh (Rapid Prototyping ± RP) là mӝt công nghӋ chӃ tҥo sҧn phҭm, tҥo ra sҧn phҭm bҵQJFiFKÿҳp dҫn vұt liӋu theo tӯng lӟp (layer by layer) và kӃt dính chúng lҥi vӟi nhau. VӅ mһt xã hӝi và truyӅn thông, theo nhiӅu khҧo sát gҫQÿk\FKRWKҩy thuұt ngӳ ³F{QJQJKӋ LQ'´'3ULQWLQJÿѭӧc sӱ dөng phә biӃn do sӵ quen thuӝc cӫDÿDVӕ QJѭӡi sӱ dөng vӟi công nghӋ in hai chiӅXQD\ÿѭӧc mӣ rӝng thêm chiӅu thӭ ba [1]. Cҫn phân biӋt sӵ khác nhau giӳa công nghӋ AM và công nghӋ in 3D. Theo tiêu chuҭn ISO / ASTM52900 - 15 cӫa HiӋp hӝi Thí nghiӋm và Vұt liӋu Hoa KǤ (American Society for Testing and Materials ± ASTM) thì bӗLÿҳp vұt liӋu (AM) là quá trình kӃt hӧp vұt liӋXÿӇ tҥo ra các chi tiӃt tӯ dӳ liӋXP{KuQK'WKѭӡng là tӯng lӟSWUiLQJѭӧc vӟLSKѭѫQJSKiSJLDF{QJFKӃ cҳt gӑt và biӃn dҥng tҥo hình kim loҥi. 7URQJNKLÿyLQ''3ULQWLQJOjVӵ chӃ tҥo các vұt thӇ thông qua viӋc lҳQJÿӑng vұt liӋu bҵng cách sӱ dөQJÿҫu in, vòi phun hoһc công nghӋ Pi\LQNKiFĈһt vào ngӳ cҧnh phi kӻ thuұt thì thuұt ngӳ Qj\WKѭӡQJÿѭӧc sӱ dөQJÿӗng nghƭa vӟi bӗLÿҳp vұt liӋXFKRÿӃn thӡLÿLӇm hiӋn tҥi thuұt ngӳ Qj\ÿһc biӋWÿѭӧc liên kӃt vӟi các máy có giá thành và / hoһc khҧ QăQJWәng thӇ cҩp thҩS&NJQJWKHRWLrXFKXҭn này, thuұt ngӳ )XVHGILODPHQWIDEULFDWLRQ)))ÿѭӧc sӱ dөng vӟLêQJKƭDWѭѫQJWӵ. Công nghӋ AM chӃ tҥo sҧn phҭm trӵc tiӃp tӯ dӳ liӋu thiӃt kӃ sӕ ba chiӅu vӟi sӵ hӛ trӧ cӫa hӋ thӕng máy tính (3D ± CAD) mà không cҫn phҧi lұp quy trình công nghӋ, TXiWUuQKÿzLKӓi sӵ phân tích cҭn thұn hình dáng hình hӑc cӫa chi tiӃWÿӇ [iFÿӏnh thӭ tӵÿһFÿLӇm, các dөng cө hay lӵa chӑn quy trình cҫn sӱ dөng. Công nghӋ AM chӃ tҥo sҧn phҭm bҵng cách thêm và liên kӃt vұt liӋu theo tӯng lӟp, mӛi lӟp là mӝt mһt cҳt mӓng cӫa mӝt vұt thӇ cҫn chӃ tҥo bҳt nguӗn tӯ dӳ liӋu CAD gӕc. Mӛi lӟp có 2 mӝt bӅ dày hӳu hҥn và GRÿyVҧn phҭm chӃ tҥo ra sӁ là mӝt kӃt quҧ xҩp xӍ cӫa các dӳ liӋXEDQÿҫu [1]. Mô hình cҳt lӟp Mô hình chi tiӃt 3D 4XiWUuQKÿҳp dҫn tӯng lӟp vұt liӋu lên nhau Chi tiӃt hoàn chӍnh Hình 1.1. Nguyên lý chӃ tҥo sҧn phҭm cӫa công nghӋ AM [1] Công nghӋ $0QJj\FjQJÿѭӧc ӭng dөng nhiӅu trong công nghiӋp và chӭng tӓ ÿѭӧFѭXWKӃ Yѭӧt trӝi trong quá trình tҥo mүu vұWOêÿӇ nghiên cӭXÿiQKJLiWKLӃt kӃ WUѭӟc khi chӃ tҥo sҧn phҭm. 1.1.2. Vai trò cӫa AM trong nӅn Công nghiӋp 4.0 Công nghiӋp 4.0 ± nӅn sҧn xuҩt kӃt nӕi và thông minh, bѭӟc tiӃn tiӃp theo cӫa cuӝc cách mҥng công nghiӋp ± ÿDQJFyVӭc lan tӓa ngày càng lӟn. Mөc tiêu chính cӫa cuӝc cách mҥng này là tùy chӍnhWăQJFѭӡQJÿәi mӟi, lӧi nhuұn, hiӋu quҧ, hiӋu suҩt và quҧn lý an toàn tӕWKѫQ&{QJQJKLӋp 4.0 sӱ dөng tӵ ÿӝng hóa bҵng cách sӱ dөng các máy móc và công nghӋ kӻ thuұt sӕ NKiFQKDXQKѭLQ',QWHUQHWYҥn vұt (Internet of Things ± ,R7ÿLӋQWRiQÿiPPk\SKkQWtFKQkQJFDRKӋ thӕng vұt lý mҥng, v.v [2]. 3 Mӝt trong nhӳng vҩQÿӅ quan trӑng cҫQÿѭӧc thӵc hiӋn trong cuӝc Công nghiӋp 4.0 là sҧn phҭm mang tính cá nhân hóa cao, tùy biӃn theo yêu cҫu cӫa tӯng khách hàng và tӗn kho sҧn phҭm ҧo. Vӟi tiӅPQăQJFӫa mình, công nghӋ bӗLÿҳp vұt liӋu là mӝt yӃu tӕ quan trӑng, mӝWEѭӟFÿӝWSKiÿӇ hoàn thiӋn yêu cҫXÿһt ra. Nó là sӵ tích hӧp cӫa phҫn mӅm thiӃt kӃ YjPi\LQ'ÿӇ hoàn thành viӋc chӃ tҥo sҧn phҭm, mӝt kӻ thuұt sҧn xuҩt thiӃt yӃXÿHPOҥi kӃt quҧ mang tҫm thӃ giӟi. AM có thӇ giúp cҧi thiӋn khҧ QăQJW\FKӍnh, giҧm thiӇu chҩt thҧi, khӕLOѭӧng, thӇ tích sҧn phҭPWăQJ khҧ QăQJWiLFKӃ, rút ngҳn chuӛi cung ӭng, chi phí thҩp. Công nghӋ Qj\FNJQJFXQJ cҩp mӝt quy trình sҧn xuҩt sáng tҥRWURQJÿyKjQJWӗQNKRÿѭӧFOѭXWUӳ Gѭӟi dҥng kӻ thuұt sӕ và có thӇ ÿiSӭQJÿҫ\ÿӫ các nhiӋm vө sҧn xuҩWNKLÿѭӧc yêu cҫXĈyOj mӝt cách tiӃp cұn linh hoҥWÿӕi vӟi quá trình phát triӇn sҧn phҭPYjWKD\ÿәi toàn bӝ quy trình sҧn xuҩt. Trong quá trình này, viӋc sҧn xuҩWÿѭӧc thӵc hiӋn tӵ ÿӝng bҵng FiFKÿѭDUDOӋnh thông qua phҫn mӅm và giҧm bӟt công sӭc cӫDFRQQJѭӡLĈӕi vӟi FiFQKjPi\WK{QJPLQKWURQJWѭѫQJOai, AM có khҧ phát huy hӃt nhӳng tiӅPQăQJ to lӟn cӫa nó [2, 3]. Các bài nghiên cӭu công bӕ vӅ các ӭng dөng cӫa công nghӋ bӗLÿҳp vұt liӋu trong Công nghiӋSÿmYjÿDQJÿѭӧc thӵc hiӋn. Bҵng cách tìm kiӃm các tӯ khóa "công nghӋ bӗLÿҳp vұt liӋu " và "Công nghiӋSWD[iFÿӏQKÿѭӧc 116 bài báo ÿDQJÿѭӧc xuҩt bҧQFKRÿӃQWKiQJQăP1ăPEjLEiRQJKLrQFӭXÿҫu WLrQÿѭӧc xuҩt bҧQEjLEiRYjRQăPYjEjLEiRYjRQăP7URQJQăP 2018, có sӕ Oѭӧng xuҩt bҧQWăQJQKDQKWURQJQăPQD\EjLEiRYjQăP bài báo nghiên cӭXÿѭӧc xuҩt bҧQFKRÿӃQQD\YjEjLEiRÿѭӧc xuҩt bҧQYjRQăP 2020 [2]. /ƭQKYӵFÿyQJJySQKLӅu nhҩt trong các nghiên cӭu vӅ công nghӋ bӗLÿҳp vұt liӋu trong Công nghiӋp 4.0 là Kӻ thuұt (Engineering) (38%), xӃp phía sau lҫQOѭӧt là Khoa hӑc máy tính (Computer science) (20%), Kinh doanh, Quҧn lý và KӃ toán (Business, Management and Accounting) (9%), Khoa hӑc Vұt liӋu (Materials Science) (7%), Khoa hӑc QuyӃWÿӏnh (Decision sciences) (6%), VұWOêYj7KLrQYăQ hӑc (Physics and Astronomy) (4%), Khoa hӑF0{LWUѭӡng (Environmental Science) 4 (3%), Toán hӑc (Mathematics) (3%), Kӻ thuұt hóa hӑc (Chemical Engineering) (3%), Khoa hӑc xã hӝi (Social Sciences) (2%). Ngoài ra còn có sӵ ÿyQJJySFӫa các FiFOƭQKYӵc khác, bao gӗm Hóa hӑF&KHPLVWU\1ăQJOѭӧng (Energy), Khoa hӑc Nông nghiӋp và Sinh hӑc (Agricultural and Biological Science), Kinh tӃ (Economics), Kinh tӃ Oѭӧng và Tài chính (Econometrics and Finance), Y hӑc (Medicine) và Tâm lý hӑc (Psychology) [2]. Tӯ dӳ liӋu Scopus, ta thҩy ӭng dөng cӫa công nghӋ bӗLÿҳp vұt liӋu trong Công nghiӋSQJj\FjQJWăQJYjFiFQJKLrQFӭXFNJQJÿDQJSKiWWULӇQWURQJOƭQKYӵc này. Vӟi tiӅPQăQJSKiWWULӇn to lӟQQKѭYұy, viӋc thӵc hiӋn nghiên cӭu vӅ công nghӋ AM là rҩt cҫn thiӃt. 1.1.3. Ӭng dөng Trong nhӳQJQăPYӯa qua, nhu cҫu chӃ tҥo mүu và các sҧn phҭm ӣ dҥng loҥt nhӓ liên tөc phát triӇQWX\QKLrQFiFSKѭѫQJSKiSFKӃ tҥo mүu truyӅn thӕng mҩt khá nhiӅu thӡi gian. Vì vұy, cҫn có mӝWSKѭѫQJSKiSPӟi có thӇ chӃ tҥo nhanh các sҧn phҭPÿѫQFKLӃc, có hình dҥng phӭc tҥp nhҵPÿiSӭng nhanh cho chuӛi cung ӭng thӏ trѭӡng. Công nghӋ LQ'OjSKѭѫQJSKiSVҧn xuҩt mӟi có hiӋu quҧ cao, nó có thӇ chӃ tҥo nhӳng sҧn phҭm có hình dҥng phӭc tҥS Pj FiF SKѭѫQJ SKiS JLD F{QJ WUX\Ӆn thӕng gһS NKy NKăQ KRһc thұm chí không thӇ chӃ tҥR ÿѭӧF QKѭ Fy Vҧn phҭm có khoang rӛng kín, nhӳng chi tiӃt mang tính chҩt trӯXWѭӧng. Ngày nay, cuӝc chҥ\ÿXDF{QJQJKӋ giӳDFiFQѭӟc trên thӃ giӟLÿDQJGLӉn ra ngày càng mҥnh mӁ. Nhҵm mөFÿtFKQkQJFDRKLӋu quҧ sҧn xuҩt và tҥo sӵ ÿӝt phá WURQJWăQJWUѭӣng, tiӅPQăQJFӫa công nghӋ LQ'ÿDQJÿѭӧc chú trӑng khai thác và ӭng dөQJYjRFiFOƭQKYӵc khác nhau. 1.1.3.1. Công nghi͏p s̫n xṷt, ch͇ t̩o Công nghӋ in 3D bҳWÿҫXÿѭӧc sӱ dөng rӝQJUmLWURQJP{LWUѭӡng công nghiêp do nó cho phép chӃ tҥo các sҧn phҭm vӟi sӕ Oѭӧng ít, hình dҥng phӭc tҥp, giҧm phӃ liӋu, tӯ ÿy JyS phҫQ ÿҭy nhanh quá trình thӱ nghiӋm sҧn phҭP ÿһc biӋt là trong WUѭӡng hӧp chӃ tҥo mүXÿ~FYuQKӳng lý do sau: