Tài liệu Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến độ bền kéo mẫu fdm

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ---o0o--- TRẦN NHƯ LÂM NGHIÊN CỨU CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN ĐỘ BỀN KÉO MẪU FDM Chuyên ngành: CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY Mã số ngành: 60 52 04 LUẬN VĂN THẠC SĨ TP. HỒ CHÍ MINH, Tháng 07 Năm 2014 LUẬN VĂN THẠC SĨ [i] GVHD: PGS.TS THÁI THỊ THU HÀ Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến độ bền kéo mẫu FDM Công trình được hoàn thành tại: Trường Đại học Bách Khoa - ĐHQG TP. HCM Cán bộ hướng dẫn khoa học: PGS. TS Đặng Văn Nghìn Cán bộ chấm nhận xét 1: TS .Võ Tường Quân Cán bộ chấm nhận xét 2: TS. Nguyễn Thanh Hải Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG TP. HCM ngày 17 tháng 07 năm 2014. Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm: 1. PGS.TS Trương Tích Thiện 2. TS. Lương Hồng Sâm 3. TS. Nguyễn Tường Long 4. TS. Nguyễn Thanh Hải 5. TS. Võ Tường Quân Xác nhận của Chủ tịch hội đồng đánh giá luận văn và Trưởng khoa quản lý chuyên ngành sau khi luận văn đã được sửa chữa (nếu có). CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG HVTH : Trần Như Lâm TRƯỞNG KHOA i GVHD : PGS.TS Đặng Văn Nghìn Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến độ bền kéo mẫu FDM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA PHÒNG ĐÀO TẠO SĐH CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự do - Hạnh phúc Tp. HCM, ngày . . . . tháng . . . . năm 20…. NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên: TRẦN NHƯ LÂM Phái: NAM Ngày, tháng, năm sinh: 10/08/1985 Nơi sinh: QUẢNG NGÃI Chuyên ngành: Công Nghệ Chế Tạo Máy MSHV: 11044538 I- TÊN ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN ĐỘ BỀN KÉO MẪU FDM II- NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: - Nghiên cứu tổng quan về công nghệ tạo mẫu nhanh FDM. - Nghiên cứu các thông số công nghệ của qui trình FDM. - Nghiên cứu tổng quan về quy hoạch thực nghiệm. - Tiến hành thực nghiệm. - Xử lý số liệu. - Đánh giá, khảo sát sự ảnh hưởng của các nhân tố đến độ bền kéo mẫu. III- NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 24/06/2013 IV- NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 20/06/2014 V- CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: PGS.TS Đặng Văn Nghìn CÁN BỘ HƯỚNG DẪN CHỦ NHIỆM BỘ MÔN TRƯỞNG KHOA (Họ tên và chữ ký) (Họ tên và chữ ký) (Họ tên và chữ ký) HVTH : Trần Như Lâm ii GVHD : PGS.TS ĐặngVăn Nghìn Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến độ bền kéo mẫu FDM LỜI CẢM ƠN Lời đầu tiên, em xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành và sâu sắc đến thầy PGS.TS Đặng Văn Nghìn và cô PGS.TS Thái Thị Thu Hà đã tận tình hướng dẫn cũng như hỗ trợ và giúp đỡ em vượt qua nhiều khó khăn trong suốt quá trình thực hiện luận văn. Em cũng xin gởi lời cảm ơn đến gia đình đã hỗ trợ em về mặt kinh phí, ủng hộ em về mặt tinh thần và tạo mọi điều kiện thuận lợi nhất cho em hoàn thành luận văn này. Em cũng xin được gởi lời cảm ơn đến: – Ban giám hiệu trường Đại Học Bách Khoa TPHCM – Quý thầy, cô khoa cơ khí trường ĐHBK – Quý thầy, cô và các bạn công tác viên ở phòng thí nghiệm trọng điểm quốc gia. – Quý thầy, cô phòng quản lý sau đại học trường ĐHBK Cuối cùng, em xin gởi lời cảm ơn đến các bạn đồng nghiệp, các bạn lớp cao học công nghệ chế tạo máy K2011 của trường ĐHBK, các bạn ở viện cơ học và tin học ứng dụng đã có những ý kiến đóng góp cho em trong thời gian thực hiện luận văn này. TP Hồ Chí Minh, ngày 20 tháng 06 năm 2014 TRẦN NHƯ LÂM HVTH : Trần Như Lâm_ 11044538 iii GVHD: PGS.TS Đặng Văn Nghìn Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến độ bền kéo mẫu FDM TÓM TẮT LUẬN VĂN FDM là hệ thống tạo mẫu nhanh tạo ra sản phẩm thật trực tiếp từ nguồn dữ liệu CAD. Trong tất cả quá trình tạo mẫu nhanh, FDM sử dụng sợi nhựa nhiệt dẻo đùn ra từ đầu đùn ở nhiệt độ môi trường chuẩn để xây dựng mẫu theo phương pháp bồi đắp theo từng lớp. Chất lượng của mẫu được sản xuất từ quá trình FDM thì phụ thuộc đáng kể vào các thông số công nghệ của quá trình. Tối ưu hóa thông số công nghệ của máy FDM để xác định các thông số công nghệ hợp lý để tiến tới sản xuất sản phẩm hơn chỉ là sản xuất mẫu. Mục tiêu của luận văn này là nghiên cứu ảnh hưởng của hai thông số công nghệ: độ dày lớp, góc đường đùn đến độ bền kéo mẫu. Để đánh giá , cải thiện, nâng cao độ bền kéo mẫu ta sử dụng phương pháp phân tích phương sai ANOVA và phương pháp bình phương nhỏ nhất để tiến hành thực nghiệm. Sử dụng phần mềm R 3.0 để khảo sát, đánh giá. HVTH : Trần Như Lâm_ 11044538 iv GVHD: PGS.TS Đặng Văn Nghìn Nghiên cứu các yếu tố ảnh hƣởng đến độ bền kéo mẫu FDM ABSTRACT Fused Deposition Modelling (FDM) is a rapid prototyping system that produces physical models directly from the computer aided design CAD data sources. Out of all commercially available RP processes, fused deposition modeling (FDM) uses heated thermoplastic filament which are extruded from the tip of nozzle in a prescribed manner in a temperature controlled environment for building the part through a layer by layer deposition method. The quality of FDM produced parts is significantly affected by various parameters used in the process. This dissertation work aims to study the effect of two main process parameters such as Layer thickness, Raster angle on tensile strength of the part. In order to improving tensile strength of the part , a process improvement strategy through analysis of variance (ANOVA) and method of least squares in design of experiments are employed and with the assistance of software R3.0. HVTH : Trần Nhƣ Lâm_ 11044538 viii GVHD: PGS.TS Đặng Văn Nghìn Nghiên cứu các yếu tố ảnh hƣởng đến độ bền kéo mẫu FDM LỜI CAM KẾT Tôi tên: TRẦN NHƢ LÂM Học viên lớp: Cao học công nghệ chế tạo máy K2011 Mã số học viên: 11044538 Theo quyết định giao đề tài luận văn cao học của phòng Đào tạo Sau đại học, Đại học Bách khoa Tp.HCM, tôi đã thực hiện luận văn cao học với đề tài “ Nghiên cứu các yếu tố ảnh hƣởng đến độ bền kéo mẫu FDM ” dƣới sự hƣớng dẫn của PGS.TS Đặng Văn Nghìn từ ngày 24/06/2013 đến 20/06/2014. Tôi xin cam kết đây là luận văn tốt nghiệp cao học do tôi thực hiện. Tôi đã thực hiện luận văn đúng theo quy định của phòng đào tạo sau đại học, trƣờng Đại Học Bách Khoa TP.HCM và theo sự hƣớng dẫn của PGS.TS Đặng Văn Nghìn. Tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm với những lời cam kết trên đây. Nếu có sai phạm trong quá trình thực hiện luận văn, tôi xin hoàn toàn chịu các hình thức xử lý của phòng đào tạo sau đại học và Ban Giám Hiệu Trƣờng Đại Học Bách Khoa TP. Hồ Chí Minh. Học viên Trần Nhƣ Lâm HVTH : Trần Nhƣ Lâm vi GVHD : PGS.TS Đặng Văn Nghìn Nghiên cứu các yếu tố ảnh hƣởng đến độ bền kéo mẫu FDM MỤC LỤC NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SỸ ii LỜI CẢM ƠN ii TÓM TẮT LUẬN VĂN iv LỜI CAM KẾT vi HÌNH ẢNH DÙNG TRONG THUYẾT MINH ix BẢNG BIỂU DÙNG TRONG THUYẾT MINH xi CHƢƠNG 1 . GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI 1 1.1. Giới thiệu chung về công nghệ tạo mẫu nhanh 1 1.1.1. Khái niệm công nghệ tạo mẫu nhanh. 1 1.1.2. Tầm quan trọng của công nghệ tạo mẫu nhanh. 2 1.1.3. Các phƣơng pháp tạo mẫu nhanh. 2 1.2. Giới thiệu chung về công nghệ tạo mẫu nhanh FDM 3 1.2.1. Nguyên lý chung của tạo mẫu theo công nghệ FDM 3 1.2.2. Ƣu, nhƣợc điểm và phạm vi ứng dụng của công nghệ FDM. 6 1.3. Tính cấp thiết của đề tài . 12 1.4. Mục tiêu của luận văn. 13 1.5. Nội dung thực hiện của luận văn. 13 1.6. Phƣơng pháp nghiên cứu. 13 CHƢƠNG 2 . TỔNG QUAN 14 2.1. Giới thiệu các thông số công nghệ trong tạo mẫu nhanh FDM 14 2.2. Tình hình nghiên cứu trong nƣớc 19 2.3. Tình hình nghiên cứu trên thế giới 20 2.4. Nhận xét và đánh giá. 31 2.5. Lựa chọn các yếu tố nghiên cứu 32 CHƢƠNG 3 . NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM 3.1. Mẫu thực nghiệm. HVTH : Trần Nhƣ Lâm 34 34 vii GVHD : PGS.TS Đặng Văn Nghìn Nghiên cứu các yếu tố ảnh hƣởng đến độ bền kéo mẫu FDM 3.2. Thiết bị thực nghiệm. 35 3.3. Vật liệu tạo mẫu. 38 3.4. Cơ sở lý thuyết 40 3.5. Các thông số công nghệ trong thực nghiệm. 46 3.6. Kết quả thực nghiệm. 49 CHƢƠNG 4 . XỬ LÝ KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM 51 4.1. Xử lý kết quả thực nghiệm. 51 4.2. Phân tích hậu định đánh giá ảnh hƣởng của các thông số 58 CHƢƠNG 5 . KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 62 5.1. Kết luận 62 5.2. Kiến nghị 62 TÀI LIỆU THAM KHẢO 63 PHỤ LỤC 65 HVTH : Trần Nhƣ Lâm_ 11044538 viii GVHD: PGS.TS Đặng Văn Nghìn Nghiên cứu các yếu tố ảnh hƣởng đến độ bền kéo mẫu FDM HVTH : Trần Nhƣ Lâm viii GVHD : PGS.TS Đặng Văn Nghìn Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến độ bền kéo mẫu FDM HÌNH ẢNH DÙNG TRONG THUYẾT MINH Hình 1.1: Quy trình tạo mẫu nhanh cơ bản Hình 1.2: Cấu tạo và nguyên lý làm việc của hệ thống FDM Hình 1.3: Mô hình STL của một vật thể mẫu Hình 1.4: Mẫu ứng dụng trong y học Hình 1.5: Ứng dụng trong kiến trúc và xây dựng Hình 1.6.: Vỏ động cơ được làm từ nhựa Polycarbonate Hình 1.7: Vỏ bọc động cơ đã được sơn được làm từ nhựa Polycarbonate được gắn trực tiếp vào xe máy. Hình 2.1: Các thông số chung trong quá trình tạo mẫu FDM Hình 2.2: Góc Raster Hình 2.3: Hai dạng góc Raster (dạng 0/90 độ và dạng +45/-45 độ) Hình 2.4: Các dạng Air Gap có thể xuất hiện khi tạo mẫu Hình 2.5: Bề rộng đường bao Hình 2.6: Bề rộng đường đùn Hình 2.7: Các hướng tạo mẫu khác nhau Hình 2.8: Mối quan hệ giữa hướng tạo mẫu và cách tạo vật liệu đỡ Hình 2.9: Khe hở hình bên trái quá lớn, khe hở hình bên phải quá nhỏ Hình 2.10: Khe hở khác nhau cho sợi nhựa khác nhau Hình 2.11: Biểu đồ xương cá mô tả các thông số ảnh hưởng đến độ bền kéo Hình 2.12: Mẫu thực nghiệm Hình 2.13: Mô hình thực nghiệm Hình 2.14: Mẫu sau khi thử kéo Hình 2.15: Biểu đồ so sánh độ bền kéo với Air gap = 0 và các hướng khác nhau Hình 2.16: Biểu đồ so sánh độ bền kéo với Air gap =-0.003 inch và các hướng khác nhau Hình 2.17: Các thông số được đánh giá thực nghiệm Hình 2.18: Mẫu thực nghiệm Hình 2.19: (a) Máy kiểm tra độ bền kéo ; (b) Mẫu sau khi kiểm tra kéo HVTH : Trần Như Lâm_ 11044538 ix GVHD: PGS.TS Đặng Văn Nghìn Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến độ bền kéo mẫu FDM Hình 2.20: Mẫu thực nghiệm Hình 2.21: Biểu đồ thể hiện ảnh hưởng các thông số đến độ bền Hình 2.22: Độ dày lớp (Layer Thickness) Hình 2.23: Góc đường đùn (a. Góc đùn -450/450; b. Góc đùn 00/00; c. Góc đùn 900/900) Hình 3.1: Mô hình 3D của mẫu thiết kế bằng phần mềm Pro E 5.0 Hình 3.2: Máy tạo mẫu nhanh Flashforge Creator Hình 3.3: Giao diện làm việc Hình 3.4: Máy đo độ bền kéo Satec- Instron – khoa Công Nghệ Vật Liệu- Đại Học Bách Khoa Tp.HCM Hình 3.5: Gá đặt mẫu lên máy và kết quả đo Hình 3.6: Nhựa ABS Hình 3.7: Độ dày lớp ( Layer Thickness) Hình 3.8: Góc đường đùn ( a. Góc đùn -450/450, b. Góc đùn 00/00, c. Góc đùn 900/900) Hình 3.9: Mẫu thực nghiệm Hình 3.10: Mẫu sau khi thử kéo Hình 4.1: Biểu đồ sự tương tác giữa các nhân tố Hình 4.2: Biểu đồ giá trị trung bình độ bền kéo của các nhóm Hình 4.3: Biểu đồ thể hiện sự khác biệt trong nhóm góc đường đùn Hình 4.4: Biểu đồ thể hiện sự khác biệt trong nhóm độ dày lớp HVTH : Trần Như Lâm_ 11044538 x GVHD: PGS.TS Đặng Văn Nghìn Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến độ bền kéo mẫu FDM CÁC BẢNG BIỂU DÙNG TRONG THUYẾT MINH Bảng 2.1: Các thông số và mức giá trị trong tạo mẫu thực nghiệm Bảng 2.2: Giá trị các thông số trong tạo mẫu thực nghiệm Bảng 2.3: Kết quả thực nghiệm Bảng 2.4: Thông số tối ưu Bảng 2.5: Thông số thực nghiệm Bảng 2.6: Mô hình thực nghiệm Bảng 2.7: Thông số tối ưu Bảng 3.1: Đặc điểm của nhựa ABS Bảng 3.2: Mô hình phân tích ANOVA hai yếu tố có lặp Bảng 3.3: Bảng tính phương sai Bảng 3.4: Bảng tính toán tiêu chuẩn kiểm định F (F thực nghiệm) Bảng 3.5: Giá trị các thông số cần nghiên cứu Bảng 3.6: Các thông số không đổi trong suốt quá trình tạo mẫu Bảng 3.7: Bảng mô hình thực nghiệm Bảng 3.8: Kết quả thực nghiệm độ bền kéo Bảng 4.1: Kết quả thực nghiệm Bảng 4.2: Ma trận thực nghiệm với các nhân tố được mã hóa Bảng 4.3: Giá trị các hệ số phương trình hồi quy Bảng 4.4: Bảng kết quả thực nghiệm Bảng 4.5: Bảng tính toán phương sai Bảng 4.6: Bảng phân tích ANOVA HVTH : Trần Như Lâm_ 11044538 xi GVHD: PGS.TS Đặng Văn Nghìn Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến độ bền kéo mẫu FDM HVTH : Trần Như Lâm viii GVHD : PGS.TS Đặng Văn Nghìn Nghiên cứu các yếu tố ảnh hƣởng đến độ bền kéo mẫu FDM Chương 1 : Giới Thiệu Đề Tài 1. Giới thiệu chung về công nghệ tạo mẫu nhanh 1.1. Giới thiệu chung về công nghệ tạo mẫu nhanh. 1.1.1. Khái niệm về công nghệ tạo mẫu nhanh. Theo bài báo cáo của Woler 2002, tạo mẫu nhanh đƣợc định nghĩa nhƣ kỹ thuật gia công đặc biệt tạo ra mô hình sản phẩm nhanh chóng và những mẫu chi tiết từ dữ liệu 3D đƣợc sử dụng để tạo nên mô hình vật thể thật. Hệ thống tạo mẫu nhanh cho phép xây dựng mô hình vật thể bằng cách đắp dần vật liệu theo từng lớp ,do đó, những mô hình phức tạp và khó khăn hơn vẫn có thể đƣợc tạo nên với hệ thống tạo mẫu nhanh [1]. Một mặc khác, tạo mẫu nhanh là một trong những kỹ thuật phổ biến cho phép sản phẩm đƣợc tạo nên mà không cần tốn kém cho những công cụ gia công thông thƣờng cho đối tƣợng đầu tiên và không cần triển khai các dịch vụ rèn luyện kỹ năng cho thợ sản xuất khuôn mẫu. Khác với công nghệ truyền thống là hớt bớt vật liệu đi, bản chất của công nghệ tạo mẫu nhanh là tạo hình và gia công các mô hình, các chi tiết sản phẩm trên cơ sở bồi đắp và dính kết vật liệu từng lớp với nhau bằng các phƣơng pháp nhƣ xử lý nhiệt, quang, cắt dán, nóng chảy và đông đặc v.v… 1.1.2. Tầm quan trọng của công nghệ tạo mẫu nhanh. Công nghệ tạo mẫu nhanh có rất nhiều ƣu điểm nổi bậc so vơi phƣơng pháp gia công truyền thống, đó cũng là tầm quan trọng của công nghệ này. sau đây là một số ƣu điểm của công nghệ tạo mẫu nhanh: Hình dung ra sản phẩm tốt hơn bản vẽ. Tăng khả năng quan sát của chi tiết, ngƣời thiết kế sau khi thiết kế vài giờ sẽ tạo ra sản phẩm thật 3 chiều, có thể quan sát sản phẩm rất nhanh chóng mà không cần qua quá trình gia công phức tạp. Giúp nhà thiết kế đƣa sản phẩm ra thi trƣờng nhanh chóng kip thời với nhu cầu xã hội. Kiểm tra đƣợc độ chính xác của khuôn mẫu trƣớc khi đƣa vào sản xuất hàng loạt. Giảm đƣợc thời gian và chi phí trong việc thiết kế và tìm ra sản phẩm mới. Chế tạo đƣợc những sản phẩm phức tạp nhờ vào phƣơng pháp đắp dần vật liệu. HVTH : TRẦN NHƢ LÂM Trang 1 Nghiên cứu các yếu tố ảnh hƣởng đến độ bền kéo mẫu FDM Phƣơng pháp tạo mẫu nhanh đã tạo một kênh thông tin hiệu quả giữa các nhà thiết kế với nhau, giữa nhà thiết kế với nhà sản xuất và ngƣời tiêu dùng, nhằm thỏa mãn tốt nhất nhu cầu của thị trƣờng. 1.1.3. Các phương pháp trong công nghệ tạo mẫu nhanh. Trên thế giới hiện nay có khoảng hơn 30 công nghệ chế tạo mẫu nhanh đang đƣợc sử dụng và thƣơng mại hoá. Trong đó, nhiều công nghệ có những đặc điểm chung về vật liệu sử dụng, nguồn năng lƣợng, phƣơng pháp tạo mẫu. – Phân loại theo vật liệu sử dụng để tạo mẫu nhanh. +Vật liệu lỏng: SLA +Vật liệu bột: SLS, 3D printer + Vật liệu tấm rắn: LOM +Vật liệu nhựa nhiệt dẻo : FDM – Phân loại nguyên lí tạo vật thể: + Lắng đọng vật chất: SLA. +Thiêu kết vật liệu bột:SLS. + Đùn vật liệu nhựa nóng chảy chẳng hạn nhƣ FDM. + Xếp dán các mặt biên dạng cắt lớp, chẳng hạn nhƣ LOM. – Phân loại theo vật liệu hỗ trợ: + Không cần thêm vào vật liệu hỗ trợ, chẳng hạn nhƣ SLS, LOM, 3DP. + Cần có vật liệu hỗ trợ, chẳng hạn nhƣ FDM. – Phân loại theo tính chất kết nối vật liệu: tính chất hóa học hay tính chất vật lí. Vật liệu tạo mẫu nhanh, dựa vào sự thay đổi tính chất hóa học của vật liệu tạo hình để tạo ra thay đổi hóa học SL, SGC. Nhƣ vậy quá trình tạo mẫu nhanh dựa trên việc chiếu tia mang năng lƣợng cao (Laser) vào vật liệu, vật liệu tạo mẫu sẽ thay đổi tính chất hóa học do laser gây ra. HVTH : TRẦN NHƢ LÂM Trang 2 Nghiên cứu các yếu tố ảnh hƣởng đến độ bền kéo mẫu FDM Dựa trên các hiệu ứng vật lý nhƣ khuếch tán, liên kết phân tử, hấp phụ, chuyển động vật chất mà giúp cho sự liên kết của các thành phần phân tử của vật chất lại với nhau, giúp cho quá trình tạo mẫu nhanh đƣợc thực hiện, mặc dù các phân tử hóa học có dịch chuyển nhƣng nó chỉ là sự thay đổi tính chất vật lí của vật liệu chứ không ảnh hƣởng đến tính chất hóa học của vật liệu. Tạo mẫu nhanh dựa vào phƣơng pháp liên kết dính vật liệu. Quá trình tạo mẫu nhanh của phƣơng pháp liên kết dính là dựa vào một chất keo dính để các lớp vật liệu đƣợc nối kết lại với nhau trong quá trình tạo mẫu nhanh, ví dụ nhƣ công nghệ LOM, SLS, 3DP. Sự kết nối vật liệu dựa vào hiện tƣợng hóa lỏng rồi đông đặc lại thƣờng đƣợc dùng trong công nghệ FDM 3D Plotting, MJS, CC, SLS [2] 1.2. Giới thiệu chung về công nghệ tạo mẫu nhanh FDM . 1.2.1. Nguyên lý chung của tạo mẫu nhanh theo công nghệ FDM. Nguyên lý làm việc của của tạo mẫu nhanh theo công nghệ FDM đƣợc mô tả ở hình 1.1. FDM là một trong những công nghệ tạo mẫu nhanh bằng phƣơng pháp đùn nhựa nóng chảy rồi hóa rắn từng lớp tạo nên cấu trúc mẫu. Vật liệu ban đầu đƣợc cấp từ cuộn dây cấp liệu, vật liệu dây sẽ đƣợc kéo bởi hệ thống các con lăn. Các con lăn có nhiệm vụ kéo và đƣa vật liệu vào hệ thống đầu đùn, trong quá trình di chuyển đến miệng vòi đùn, vật liệu sẽ đi qua bộ phận gia nhiệt và đƣợc gia nhiệt và hóa dẻo, sau đó đƣợc đùn ra ngoài bởi một áp lực sao cho tốc độ ra và tốc độ hóa dẻo tƣơng ứng với nhau, cùng với quá trình đùn vật liệu ra khỏi vòi đùn thì đầu đùn cũng di chuyển theo hai phƣơng X và Y tạo ra biên dạng 2D tƣơng ứng với lớp cắt chi tiết trên mô hình ảo. Sau đó bàn máy sẽ hạ xuống một khoảng đúng bằng chiều dày lớp để tiếp tục tạo lớp thứ hai. Cứ nhƣ vậy, quá trình tiếp tục cho đến khi tất cả các biên dạng đƣợc đùn ra hết. Trong tài liệu Rapid Prototyping Principles and Applications của Giáo sƣ Chee Chua Kai [5] trƣờng Đại học quốc gia Nanyang , Singapore. HVTH : TRẦN NHƢ LÂM Trang 3 Nghiên cứu các yếu tố ảnh hƣởng đến độ bền kéo mẫu FDM Hình 1.1 Quy trình tạo mẫu nhanh cơ bản Quy trình tạo mẫu nhanh đƣợc qua các bƣớc: CAD Model : Tạo mô hình 3D Tạo mô hình trên phần mềm hỗ trợ CAD (mô hình dạng khối, hoặc mặt cong tự do). Pre- Process : Tiền xử lý Tạo dữ liệu trung gian STL file, tạo phần đỡ cho quá trình xây dựng mô hình, tạo cắt lớp. HVTH : TRẦN NHƢ LÂM Trang 4 Nghiên cứu các yếu tố ảnh hƣởng đến độ bền kéo mẫu FDM RP Process : Quá trình tạo mẫu trên máy tạo mẫu nhanh. Post- Process : Quá trình hậu xử lý. Quá trình tạo mẫu nhanh có thể nhận các dữ liệu đầu vào là file STL hoặc một định dạng tƣơng tự, có thể là dữ liệu từ phần mềm Cad, có thể là các đám mây điểm, những dữ liệu cuối cùng luôn luôn là dữ liệu các lớp cắt 2D. Trong luận văn còn mô tả quá trình tạo mẫu nhanh trên máy tạo mẫu nhanh FDM 1600 của Stratasys Theo đó, dữ liệu Cad đƣợc đƣa vào phần mềm QuickSlice, đƣợc cắt thành từng lớp. Sau đó, các thông số tạo mẫu đƣợc thiết lập, dữ liệu đƣợc chuyển sang các đoạn mã ASCII, trong lúc đó, đầu đùn và lồng máy đƣợc gia nhiệt. Các đoạn mã ASCII đƣợc chuyển vào máy FDM 1600, máy sẽ nhận đƣợc dữ liệu và truyền chuyển động cho đầu đùn di chuyển tạo mẫu. Tổng quát, quy trình FDM bao gồm các bƣớc cơ bản để tạo ra mô hình chi tiết nhƣ hình 1.2: thiết kế mô hình CAD, chuyển đổi mô hình CAD sang định dạng STL(Stereolithography), máy tính phân tích file .STL để xác định rõ ràng mô hình cho sản xuất và cắt lớp trên mặt cắt ngang, tạo thành mẫu theo từng lớp chồng lên nhau, làm sạch và hoàn thành [3]. Hình 1.2 Cấu tạo và nguyên lý làm việc của hệ thống FDM HVTH : TRẦN NHƢ LÂM Trang 5 Nghiên cứu các yếu tố ảnh hƣởng đến độ bền kéo mẫu FDM Hình 1.3 Mô hình STL của một vật thể mẫu 1.2.2. Ưu, nhược điểm và phạm vi ứng dụng của công nghệ tạo mẫu nhanh FDM. Quá trình FDM có những ƣu điểm bao gồm sử dụng vật liệu đa dạng, dễ dàng thay đổi vật liệu, chi phí bảo trì thấp và có khả năng sản xuất những chi tiết mỏng, không gia công, không có vật liệu độc hại. Mặt khác, nó tồn tại một vài nhƣợc điểm nhƣ là có đƣờng gân giữa những lớp, đầu đùn phải di chuyển liên tục hoặc vật liệu va đụn, có thể cần phần hỗ trợ, nhiệt độ dao động trong suốt quá trình sản xuất có thể dẫn đến tách tấm [4]. Ƣu điểm: - Tạo ra đƣợc một số sản phẩm thực tế (không phải là tạo ra mẫu) : Với vật liệu ABS, phƣơng pháp FDM có thể tạo ra đƣợc chi tiết có độ bền bằng 85% sản phẩm đƣợc tạo ra bằng phƣơng pháp chế biến nhựa truyền thống. - Công nghệ chế tạo đầu đùn dễ hơn đầu phun Sự mô hình hóa các khái niệm làm cho đánh giá hiệu quả hơn, những thông số và giao tiếp của ngƣời thiết kế. Nó có chia sẽ những thiết kế mới của sản phẩm với quản lý, khách hàng, ngƣời mua, thị trƣờng và sự chế tạo. - Chức năng của mẫu FDM sử dụng nhựa dẻo công nghiệp. Đây là một thuận lợi là có thể cho phép ngƣời sử FDM để kiểm tra môi trƣờng thật và đƣa đến quyết định chi phí sản xuất của sản phẩm. - Giá thành của máy rẻ hơn so với các công nghệ tạo mẫu nhanh khác nhƣ những máy sử dụng tia lazer. HVTH : TRẦN NHƢ LÂM Trang 6