Bài giảng Các phương pháp gia công đặc biệt - Chương 10: Công nghệ tạo mẫu nhanh

Nội dung text: Bài giảng Các phương pháp gia công đặc biệt - Chương 10: Công nghệ tạo mẫu nhanh

1. TRƯỜNG CAO ĐẲNG KỸ THUẬT CAO THẮNG KHOA CƠ KHÍ CÁC PHƯƠNG PHÁP GIA CÔNG ĐẶC BIỆT Chương 10: CÔNG NGHỆTẠO MẪU NHANH
2. DANH SÁCH THÀNH VIÊN ⚫ BÙI TẤN PHÁT MSSV: 301091186 ⚫ TÔ HOÀNG SANG MSSV: 09207771 ⚫ TRẦN THANH PHONG MSSV: 09095501 ⚫ LÊ VĂN DƯƠNG MSSV: 07702911 ⚫ NGUYỄN VĂN TÌNH MSSV: 07700141 ⚫ NGUYỄN ĐỨC VƯƠNG MSSV: 07700541
3. Rapid Prototyping (RP) - What???
4. ⚫ Vật liệu chế tạo (Additive Fabrication) Vật liệu được thêm vào và liên kết với nhau để tạo thành mẫukhông phải là cắt gọt vật liệu như các phương pháp gia côngtruyền thống (phay, tiện, bào ) ⚫ Trực tiếp chế tạo từ CAD (Direct fabrication from CAD data) Trực tiếp tạo ra các mẫu thực từ mô hình CAD ⚫ Lớp sản xuất (Layered Manufacturing) Mẫu được tạo theo lớp (lớp sau được tạo thành trên nền của lớp trước)
5. ⚫Có thể hiểu tạo mẫu nhanh là quá trình tạo mẫu sản phẩm giúp cho nhà sản xuất quan sát nhanh chóng sản phẩm cuối cùng. Quá trình này nhờ các thiết bị RP như những máy in ba chiều cho phép người thiết kếchuyển những dữ liệu CAD 3D thành những mẫu thực một cách nhanh chóng.
6. ❖ Sự phát triển của tạo mẫu nhanh có quan hệ mật thiết với sự phát triển ứng dụng của máy tính trong công nghiệp ❖Việc gia tăng sử dụng máy tính đã thúc đẩy dự tiến bộ trong nhiều lĩnh vực liên quan đến máy tính bao gồm Thiết kế (CAD–Computer Aided Design) Chế tạo (CAM–Computer Aided Manufacturing). Gia công điều khiển số nhờ máy tính (CNC – Computer Numerical Control).
7. ⚫Sự nổi lên của hệ thống RP không thể thiếu sự hiện diện của CAD ⚫Nhiều công nghệ và nhiều sự tiến bộ khác như các hệ thống chế tạo và vật liệu cũng có tính quyết định đến sự phát triển của hệ thống RP.
8. ⚫ Tùy thuộc vào kích thước và độ phức tạp của mẫu mà thời gian để tạo ra một mẫu mới mất khoảng từ 3 – 72 giờ, thậm chí ít hơn. (nhanh hơn nhiều so với các phương pháp tạo mẫu truyền thống). ⚫ Do mất ít thời gian nên RP giúp cho nhà sản xuất nhanh chóng đưa sản phẩm ra thị trường và giảm chi phí sản xuất. Đó cũng là ưu điểm nổi bật của quá trình tạo mẫu nhanh.
9. Ba thời kỳ của quá trình tạo mẫu ⚫ Thời kỳ đầu : tạo mẫu bằng tay ⚫ Thời kỳ thứ hai :Phần mềm tạo mẫu hay tạo mẫu ảo ⚫ Thời kỳ thứ ba : Quá trình tạo mẫu nhanh
10. Nền tảng của quá trình tạo mẫu nhanh ⚫ Mẫu hay một bộ phận chi tiết được thiết kế trên hệ thống CAD/CAM. ⚫ Mô hình dạng khối hay mô hình bề mặt sẽ được chuyển sang file định dạng “. STL” (StereoLithography) ⚫ Máy tính phân tích file“.STL” để xác định rõ ràng mô hình cho sản xuất và các lớp mỏng trên mặt cắt ngang.
11. Quy trình tạo mẫu trong RP Tạo mô hình CAD của mẫu Chuyển mô hình CAD sang Định dạng STL (*.stl) Cắt mẫu thành những lớp mỏng Trên mặt cắt ngang Hoàn chỉnh mẫu và Chuyển dữ liệu tới máy RP Tạo mẫu theo lớp Làm sạch và xử lý mẫu
12. Tạo mô hình mẫu ⚫ Tạo trực tiếp bằng CAD
13. Sử dụng phương pháp chụp cắt lớp(CT,μCT,MRI, )
14. Dùng máy đo tọa độ, bút vẽ laser,
15. Chuyển sang định dang STL ⚫ STL biểu diễn xấp xỉ các bề mặt dưới dạng các mặt cạnh. ⚫ STL file là một danh sách chứa dữ liệu các mặt cạnh. Mỗi mặt cạnh được xác định bởi toạ độ 3 đỉnh của một tam giác và một pháp tuyến ngoài đơn vị của tam giác đó
16. ⚫ Mỗi tam giác chỉ tiếp giáp qua hai điểm với tam giác kề hay nói cách khác mỗi đỉnh của tam giác không thể nằm trên cạnh của tam giác khác ⚫ Một vật thể hợp lệ sẽ nên có:  - Số mặt phải là số chẵn  Số cạnh phải là bội số của  - 2* Số cạnh = 3 * Số mặt  - Số mặt - Số cạnh + Số đỉnh = 2 * Số khối rắn riêng lẻ Hai tam giác nằm đè lên nhau Tạo ra khoảng hở giữa Các bề mặt
17. Cắt lớp vật thể ⚫ Vật thể 3D định dạng .stl sẽ được cắt thành những lớp mỏng 2D thông qua một phần mềm cắt lớp chuyên dụng
18. Hoàn thiện mẫu và chuyển dữ liệu đến RP ⚫ Thêm các phần đỡ trong trường hợp tạo mẫu kém cứng vững ⚫ Hình thành đường chạy, xác định các chế độ tạo mẫu ⚫ Chuyển dữ liệu tới máy RP dưới dạng code GussetsGussets Island ceiling CeilingCeiling withing within an an arch arch
19. Tạo mẫu theo lớp bằng RP ⚫ Tạo mẫu theo nguyên tắc lớp sau chồng lên lớp trước ⚫ Vật liệu có thể bằng nhựa, giấy, bột kim loại, ceramic tuỳ từng phương pháp tạo mẫu nhanh
20. Làm sạch và xử lý mẫu ⚫ Tháo mẫu ra khỏi máy ⚫ Tách bỏ các bộ phận đỡ ⚫ Rửa sạch các vật liệu ban đầu ⚫ Xử lý lưu hoá với các mẫu làm bằng vật liệu cảm quang
21. ⚫ Sự phát triển của quá trình tạo mẫu nhanh được thể hiện qua các mặt cơ bản:  Dữ liệu vào. Phương pháp tạo mẫu nhanh. ❖Xử lý quang hóa (Photo-curing) ❖Cắt và dán liên kết (Cutting and Glucing/Joining) ❖Nóng chảy và đông đặc (Melting and Solidifying/Fusing) Vật liệu.
22. Phân loại ⚫- Dựa trên cơ sở vật liệu dạng lỏng. ⚫- Dựa trên cơ sở vật liệu dạng khối. ⚫- Dựa trên cơ sở vật liệu dạng bột.
23. Dựa trên cơ sở vật liệu dạng lỏng. ⚫ Quá trình tạo mẫu là một quá trình lưu hóa, vật liệu chuyển đổi từ trạng thái lỏng sang trạng thái rắn. Sau đây là một số phương pháp tạo mẫu nhanh dựa trên cơ sở vật liệu dạng lỏng: 1. Thiết bị tạo mẫu lập thể SLA của 3D Systems 2. Thiết bị xử lý dạng khối SGC của Cubital 3. Thiết bị tạo mẫu dạng khối SCS của Sony 4. Thiết bị in sử dụng tia tử ngoại tạo vật thể dạng khối SOUP của Misuibish 5. Thiết bị tạo ảnh nổi của EOS 6. Thiết bị tạo ảnh khối của Teijin Seiki 7. Thiết bị tạo mẫu nhanh của Meiko cho ngành công nghiệp đồ trang sức. 8. Thiết bị tạo mẫu nhanh SLP của Denken. 9. Thiết bị tạo mẫu nhanh COLAMM của Mitsui. 10. Thiết bị tạo mẫu nhanh LMS của Fockele và Schwarze. 11. Thiết bị điêu khắc bằng ánh sáng 12. Thiết bị hai chùm tia laser
24. ⚫ Hệ thống tạo mẫu nhanh công nghệ SLA của 3D System
25. Dựa trên cơ sở vật liệu dạng khối ⚫ các hệ thống tạo mẫu nhanh với vật liệu cơ bản dạng khối có liên quan đến tất cả các hình thức vật liệu dạng khối bao gồm các dạng: dây, cuộn, dát mỏng và dạng viên . ⚫ Một số phương pháp tạo mẫu nhanh tượng trưng cho phương pháp này: 1. Thiết bị tạo lớp mỏng LOM của Helisys 2. Thiết bị phun nhiều lớp FDM của Stratasys 3. Thiết bị dập nóng có sử dụng chất liên kết SAHP (của KiRa. 4. Thiết bị tạo mẫu nhanh của Kinergy. 5. Thiết bị tạo mẫu nhiều đầu phun MJM của 3D System 6. Hệ thống tạo mẫu nhanh RPS của IBM. 7. Thiết bị tạo mẫu MM-6B của công ty Sanders Prototype 8. Thiết bị tạo mẫu nhanh Hot Plot của Sparx AB’s 9. Thiết bị tạo mẫu nhanh Laser CAMM của Scale Model Unlimited
26. ⚫ Máy tạo mẫu LOM
27. Dựa trên cơ sở dạng bột 1. Thiết bị thiêu kết bằng laser SLS của DTM 2. Thiết bị đúc khuôn vỏ mỏng trực tiếp DSPC của Soligen 3. Thiết bị định hình nhiều giai đoạn hoá cứng MJS của Fraunhofer 4. Hệ thống các thiết bị EOSINT của EOS. 5. Thiết bị in phun (Ink-Jet) hay còn gọi là BPM của BPM Technology 6. Thiết bị in ba chiều 3DP của MIT
28. Hệ thống tạo mẫu công nghệ SLS của 3D system
29. Ứng dụng của RP ⚫ Design review and functional testing  Cho phép chế tạo nhanh và với hiệu quả kinh tế cao các mẫu giúp cho nhiều quá trình kiểm định sản phẩm như là tối ưu hoá thiết kế, kiểm tra chức năng sản phẩm trong quá trình phát triển sản phẩm ⚫ Scientific or topological visualization  Cho phép hình dụng dễ dàng những mô hình có kết cấu và hình dạng phức tạp trong toán, nghệ thuật, kiến trúc mà không thể gia công bằng phương pháp cắt gọt thông thường ⚫ Rapid tooling  Tạo vật mẫu trung gian trong công nghệ làm khuôn (indirect tooling)  Tạo trực tiếp dụng cụ cắt (direct tooling) ⚫ Rapid manufacturing  Chế tạo, sản xuất nhanh các chi tiết phức tạp với số lượng nhỏ ứng dụng trong y học hay các ngành chế tạo khác
30. Ứng dụng của RP - Rapid tooling
31. Ứng dụng của RP - Indirectly Rapid tooling
32. Các ví dụ về mẫu gia công bằng RP
33. Các ví dụ về mẫu gia công bằng RP (Selective Laser Sintering)
34. Skinks Compass Points acrylic aluminum 9 inches 52 inches Ball and Chain Paradise nylon, SLS stainless steel 6 inches 9 inches Dragonflies Deep Sea Tango wood acrylic plastic 7.5 inches 13 cm
35. Five-Legged-Bee Yin and Yang Hive walnut and 3D printing basswood 3" 7" diameter Battered The Plastic Tableware Moonlight of Damocles paper mache over 180 plastic knives steel 26 inches 21 inches Echinodermania III Gazmogenesis copper nylon, SLS,dyed 12 inches 4 inches
36. Các ví dụ về mẫu gia công bằng RP
37. NGUYÊN LÝ CỦA SLA - STEREOLITHOGRAPHY
38. Đặc điểm ⚫ Ưu điểm  Quá trình tạo mẫu được tự động hoàn toàn. Một khi đã khởi động quá trình thì không cần phải can thiệp cho đến khi chi tiết được hoàn thành  Độ chính xác của chi tiết khá cao, có thể đạt được +/- 0.1mm  Bề mặt hình thành có độ bóng cao ⚫ Nhược điểm  Bị cong vênh ở những vị trí thành mỏng  Hạn chế về vật liệu  Cần quá trình sau gia công  Chi phí sử dụng và bảo trì cao nhất là đầu và nguồn laser ⚫ Phạm vi ứng dụng  Tạo các mô hình  Dùng kiểm tra cho quá trình lắp ráp  Dùng cho công nghệ làm khuôn kim loại
39. Nguyên lý của SLS – Selective Layer Sintering
40. Đặc điểm ⚫ Ưu điểm Có thể tạo được các chi tiết cứng hơn so với các mẫu tạo bằng các phương pháp tạo mẫu nhanh khác Không cần có bộ phận hỗ trợ Nhiều loại vật liệu có thể được sử dụng (hầu hết các loại nhựa, sáp, kim loại, ceramic ) Thời gian tạo mẫu ngắn, Không yêu cầu lưu hoá sau khi tạo mẫu ⚫ Phạm vi ứng dụng Làm cực cho EDM hoặc các mẫu cho đúc khuôn Trực tiếp tạo các khuôn kim loại Làm các mô hình hoặc các chi tiết phục vụ cho khâu kiểm tra chức năng
41. NGUYÊN LÝ CỦA FDM - FUSED DEPOSITION MANUFACTURING
42. ⚫ Ưu điểm Có thể vận hành trong môi trường văn phòng, an toàn về môi trường Quá trình sạch, đơn giản, dễ vận hành và không sinh ra chất thải Có thể tạo nhanh các chi tiết dạng chai, dạng lỗ rỗng Chi phí vừa phải Vật liệu thông dụng ⚫ Nhược điểm Độ chính xác không được cao Khó tạo hình những chi tiết phức tạp Độ bền theo phương thẳng đứng thấp Chế tạo những chi tiết lớn chậm ⚫ Phạm vi ứng dụng Tạo các mô hình Sử dụng được nhiều dạng vật liệu sinh học
43. NGUYÊN LÝ CỦA LOM - LAMINATED OBJECT MANUFACTURING
44. Đặc điểm ⚫ Ưu điểm Tạo mẫu rất nhanh Sau khi hoàn thành có thể đem ra sử dụng ngay Không cần phần hỗ trợ Dễ sử dụng, không gây ảnh hưởng đến môi trường ⚫ Nhược điểm Bị giới hạn về độ phức tạp tạo hình Khó lấy những phần thừa bên trong ra Nhiệt độ trong buồng làm việc nếu tăng cao sẽ rất nguy hiểm ⚫ Phạm vi ứng dụng Tạo các mô hình Thích hợp cho việc tạo mẫu trong khuôn cát (wooden- like characteristics)
45. NGUYÊN LÝ CỦA 3D PRINTING -Nguồn cấp chất kết dính -Cơ cấu nâng -Thanh cán -Vật liệu dạng bột
46. NGUYÊN LÝ CỦA SGC - SOLID GROUND CURING
47. Đặc điểm ⚫ Ưu điểm Có thể tạo ra những chi tiết có độ phức tạp cao Không cần bộ phận hỗ trợ Qúa trình có thể can thiệp để sửa những lớp bị hỏng ⚫ Nhược điểm Qúa trình phức tạp đòi hỏi người có chuyên môn theo dõi Giá thành khá cao (trên $500.000)