Tiểu luận Hệ thống sản xuất tiên tiến

CÔNG NGHỆ TẠO MẪU NHANH BẰNG PHƯƠNG PHÁP IN 3D GVHD: PGS.TS ĐẶNG VĂN NGHÌN HVTH: TRẦN HOÀNG PHONG – MSHV: 11040395 Công nghệ in 3D ( Three Dimensional Printing (3DP) ) đã được phát triển tại học viện công nghệ Massachusetts ( MIT ) vào năm 1993. Đây là một trong những phương pháp tạo mẫu nhanh, vật thể được tạo ra bằng cách thiêu kết các lớp vật liệu bột lại với nhau bằng cách thiêu kết lớp vật liệu tại vị trí cần thiết. 3DP là một quá trình tạo mẫu nhanh cực kì hữu dụng và đa chức năng, nó có thể tạo ra những vật thể có biên dạng và kết cấu phức tạp đáp ứng nhu cầu của nhiều lĩnh vực khác nhau. Ngày nay, 3DP không chỉ ứng dụng được đối với polymer mà còn có thể ứng dụng trên nhiều loại vật liệu khác nhau, kể cả hợp kim. 3DP hoạt động theo nguyên lý phân lớp vật thể cần in thành từng lớp đồng thời kết dính các lớp vật liệu lại với nhau (layer by layer) nhờ vào đầu thiêu kết vật liệu. Thay vì in lên giấy như công nghệ in 2D, 3DP thực hiện quá trình in bằng cách quét đầu in qua một lớp bột in nằm bên dưới và thực hiện quá trình thiêu kết lớp bột này theo đúng tiết diện mặt cắt ngang của chi tiết cần in được xuất ra từ máy tính. Phương pháp này rất giống với phương pháp kết tinh laser chọn lọc (SLS), chỉ khác là tia laser được thay thế bằng một đầu phun (Ink-Jet Head). Đầu phun nhiều tia (A) phun một dung dịch hỗn hợp chất kết dính lên trên mặt của lớp nền bột vật liệu chế tạo chi tiết (B). Những phần tử bột sẽ liên kết với nhau ở những miền có chất kết dính. Hình 6.19 Nguyên lý làm việc của 3DP. Khi một lớp đã hoàn thành, piston (C) sẽ dịch chuyển xuống dưới bằng độ dày một lớp. Giống như SLS, hệ thống cung cấp bột vật liệu (E) sẽ cung cấp cho xylanh chế tạo. Trong trường hợp này, piston cung cấp vật liệu bột di chuyển lên trên để tăng lượng bột cung cấp cho quá trình; trục lăn (D) sẽ trải và ép bột lên trên xylanh chế tạo. Quá trình được lặp lại đến khi toàn bộ vật thể được chế tạo xong trong nền bột. Sau khi hoàn thành, chi tiết được nâng lên và bột dư được quét ra khỏi chi tiết. Bước 1: Đầu in sẽ phủ lên bàn in một lớp bột Bước 2: Đầu in thực hiện quá trình thiêu kết vật liệu theo tiết diện mặt cắt của vật thể Bước 3: Bàn in (chứa bột in ) sẽ di chuyển đi xuống, đầu in tiếp tục phủ lên bàn in một lớp bột Quá trình tiếp tục lặp lại bước 2 và bước 3 cho tới khi hoàn thành chi tiết. Đầu in di chuyển theo phương X, Y thực hiện quá trình phủ và thiêu kết các lớp bột in, bàn in di chuyển đi xuống theo phương Z để tạo layer mới. VIDEO MINH HỌA  3DP có thể thực hiện trên nhiều loại vật liệu khác nhau: nhựa, gốm, kim loại….. ( hình 5a, 5b, 5c) Hình 5b: Bình bằng gốm. Hình 5a: Nắp thùng xăng bằng nhôm. Hình 5c: Ghế bành bằng muose xốp.  Có thể tạo ra các chi tiết có hình dáng từ đơn giản tới phức tạp một cách dễ dàng (hình 6). Hình 6:Mô hình vỏ hộp giảm tốc có biên dạng phức tạp được tạo ra bằng phương pháp 3DP. Có thể tạo ra các sản phẩm có tính dẻ dai và nhiều màu sắc ( hình 7a, 7b) Hình 7a: Giày thể thao Hình 7b: Đế giày Có thể tạo ra các sản phẩm có cả nhãn – mác đồng thời trên sản phẩm ( hình 8) Hình 8: Các sản phẩm có nhãn – mác đồng thời trong quá trình in 3D Có thể dễ dàng trực tiếp tạo ra sản phẩm đúc hoặc khuôn đúc sản phẩm (hình 9). Hình 9: Sản phẩm và khuôn đúc được tạo ra bằng công nghệ 3DP Lợi ích của công nghệ 3DP: Là một quá trình tạo mẫu nhanh có giá thấp hơn các phương pháp tạo mẫu nhanh khác. Cho phép tạo ra các sản phẩm đa dạng trong thiết kế. Rút ngắn quá trình thiết kế sản phẩm: in 3D giúp phát hiện sớm các lỗi trong sản phẩm và giúp việc điều chỉnh thiết kế được linh hoạt hơn. Máy in 3D thường có kích thước nhỏ gọn và hợp túi tiền người sử dụng. Đáp ứng nhanh nhu cầu của thị trường: không cần chế tạo khuôn hay đồ gá….. Ứng dụng của 3DP: • Tạo ra các sản phẩm mẫu với thời gian ngắn và chi phí thấp cho các chiến dịch marketing sản phẩm của các công ty. • Ứng dụng trong việc nghiên cứu và phát triển các sản phẩm mới. • Ứng dụng trong y học: chế tạo vỏ hộp sọ của bệnh nhân. • Ứng dụng trong chế tạo các mô hình phục vụ cho học tập và nghiên cứu. • Ứng dụng trong việc xây dựng các mô hình mẫu trong lĩnh vực xây dựng và kiến trúc.