Các phương pháp gia công tiên tiến Các phương pháp gia công tiên tiến Công nghệ tạo mẫu nhanh 1 Các phương pháp gia công tiên tiến I. SƠ LƯỢC VỀ LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN I. 1 . Giới thiệu: Việc chế tạo máy tính, nổi bật là máy tính cá nhân (PC) và máy tính mini đã làm thay đổi các phương thức làm việc ở xí nghiệp. Đặc biệt là máy tính đã được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực như: thiết kế (CAD-Computer Aided Design) ,chế tạo (CAM- Computer Aided Manufacturing), gia công điều khiển số nhờ máy tính (CNC- Computer Numerical Control). Và hệ thống tạo mẫu nhanh ra đời với sự tạo mẫu trên môi trường CAD. Bảng 1 dưới đây chỉ ra lịch sử của nhiều công nghệ khác nhau từ việc đánh giá bắt đầu các giai đoạn. Bảng 1 I. 2. Khái niệm chung về tạo mẫu nhanh: Tạo mẫu nhanh (Rapid Prototyping –RP) là công nghệ thiết kế mẫu tự động nhờ quá trình CAD (thiết kế với sự trợ giúp của máy tính). Với những máy in ba chiều cho phép người thiết kế tạo ra những mấu hữu hình, truyền ý tưởng thiết kế của họ đến công nhân hoặc khách hàng , ngoài ra tạo mẫu nhanh còn được sử dụng thiết kế thử những sản phẩm mới. Tất nhiên “nhanh” là một thời gian tương đối. thong thường, thời gian tạo ra một mẫu mới mất khoảng 3 -72 giờ phụ thuộc vào độ phức tạp của mẫu. So với việc tạo mẫu bằng máy truyên thống thì mất nhiều tuần đến nhiều tháng thì việc tạo mẫu ở đây là nhanh hơn nhiều.Vì vậy, RP giúp các nhà sản xuất nhanh chóng đưa sản phẩm ra thị trường và giảm chi phí sản xuất.đó là ưu điểm nổi bật của quá trình tạo mẫu nhanh. Công nghệ tạo mẫu nhanh Năm Công nghệ 1770 1946 1952 1960 1961 1963 1988 Cơ giới hoá Máy tính đầu tiên Máy gia công điều khiển kỹ thuật số tự động Đầu tiên thương mại hoá thiết bị laser Đầu tiên thương mại hoá robot Hệ thống sơ đồ tác động tự động Hệ thống tạo mẫu nhanh tự động 2 Các phương pháp gia công tiên tiến I. 3. Ba thời kì của quá trình tạo mẫu nhanh: Mục đích của công nghệ này là mô hình hoá các ý tưởng thiết kế.như vậy mẫu được làm theo yêu cầu ban đầu của người thiết kế trước khi bắt đầu quá trình sản xuất thực. Các hình thức tạo mẫu như:hớt vật liệu, gia công cắt gọt, tạo mẫu khuôn,…với nhiều loại vật liệu như:kẽm, urethanes,… Do đó , trong phạm vi thí nghiệm thì tạo mẫu nhanh là thích hợp nhất. Bảng tóm tắt các thời kỳ tạo mẫu và tạo mô hình: Mô hình hình học Quá trình tạo mẫu Thời kỳ 1:khung tạo toạ độ 2D • Giữa thập niên 60 • Khuynh hướng: -Sơ đồ mạch đưa ra trong các bo mạch -Qua sát kế hoạch cho từng thành phần kỹ thuật. • Kỹ thuật tạo mẫu có trong tự nhiên. Thời kỳ 1: tạo mẫu thô sơ • Thực hiện cách đây nhiều thế kỷ. • Thực hiện tạo mẫu xem như một nghề khéo léo: -Mẫu được làm theo truyền thống và làm bằng tay. -Dùng vật liệu truyền thống để tạo ra mẩu. • Công nghệ tạo mâu rất tự nhiên. Thời kỳ 2: mô hình mặt và đường cong 3D. • Giữa thập niên 70. • Gia tăng mức độ phức tạp. • Thể hiện nhiều thong tin cấp độ chính xác về tạo dáng, kích thước và đường viền bề mặt của từng chi tiết. Thời kỳ 2: phần mềm hay quá trình tạo mẫu ảo. • Giữa thập niên 70. • Gia tăng mức độ phức tạp. • Phần mềm có thể cung cấp ứng suất, có thể mô phỏng và kiểm tra vớ các thiết bị chính xác và các tính chất đặc trưng khác. Thời kỳ 3: mô hình dạng khối. • Từ những năm đầu của thập niên 80. • Các góc, các bề mặt, lỗ được lien kết với nhau tạo thành chi tiết. • Từ bên ngoài máy tính có thể tính chính xác các các bộ phận bên trong của chi tiết. tuy nhiên vấn đề là nó không còn dấu vết trên bề mặt và các phần giao của bề mặt và gốc. • Mô hình vẫn chưa được rõ rang nhưng có độ chính xác cao. Thời kỳ 3: tạo mẫu nhanh. • Từ những năm đầu của thập niên 80. • Lợi ích của việc tạo mẫu nhanh là thực hiện việc tạo mẫu trong thời gian rất ngắn, đây là ưu điểm nổi bật của phương pháp này. • Sản phẩm của tạo mẫu nhanh có thể dung để kiểm tra các mẫu được sản xuất bằng các phương pháp khác. • Thiết bị có thể trợ giúp mẫu trong quá trình sản xuất. I. 3. a :Thời kỳ 1: tạo mẫu bằng tay: Ra đời cách đây vài thế kỷ , các mẫu điển hình không có độ phức tạp cao và chế độ tạo mẫu mất khoảng 4 tuần. Phương pháp tạo mẫu phụ thuộc vào tay nghề và thực hiện công việc một cách cực kỳ nặng nhọc. I.3.b:Thời kỳ 2: phần mềm tạo mẫu hay tạo mẫu ảo. Công nghệ tạo mẫu nhanh 3 Các phương pháp gia công tiên tiến Khoảng đầu 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 hoạ trên máy vi tính những suy tưởng , ý tưởng mới.các mẫu này như là một mô hình vật lý: được kiểm tra, phân tích cũng như đo ứng suất và sẽ được hiệu chỉnh cho phù hợp nếu chúng chưa đạt yêu cầu. Thí dụ nhu phân tích ứng suất và sức căng bề mặt chất lỏng có thể dự đoán bởi vì có thể xác định chính xác các thuộc tính và tính chất của vật liệu. Các mẫu trong thời kỳ này trở nên phức tạp hơn rất nhiều so với thời kỳ đầu khoảng trên 2 lần, tức khuynh hướng cho việc tạo mẫu tăng lên khoảng 16 tuần.Việc vận dụng tốt hơn các máy gia công chính xác đã cải thiện tốt hơn các tính chất vật lý của mẫu. Sự tiến bộ trong lĩnh vực tạo mẫu nhanh trong thời kỳ 3 có sự trợ giúp rất lớn của quá trình tạo mẫu ảo nhưng vẫn còn những giới hạn tồn tại so với công nghệ tạo mẫu nhanh. Các vấn đề đó bao gồm:  Sự giới hạn về vật liệu (bởi vì các chi phí và cách sử dụng cho từng vật liệu không giống nhau để tạo chi tiết).  Không có khả năng thực hiện quá tình như những gì ghi trên bản thảo.  Có thể độ tin cậy dữ liệu thấp hay không có. Những vấn đề này được tập hợp từ qui trình công nghệ tạo mẫu nhanh đến quá trình phân tích giới hạn các bộ phận cấu tạo.trong ứng dụng phân tích động học và động lực học, phần mềm sẽ phân tích các tính chất vật lý của nhiều oại vật liệu khác nhau như: thép, nước đá, nhựa, đất sét, hay một số vật liệu truyền thống khác. Phần mềm sẽ tính toán như là trên một mô hình thật sự, điều này có ý nghĩa rất lớn cho quá trình sản xuất- hạn chế phế phẩm. I.3. c :Thời kỳ 3: quá trình tạo mẫu nhanh: 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 3. Việc phát minh ra các thiết bị tạo mẫu nhanh là một phát minh quan trọng, đã đáp ứng yêu cầu của giới kinh doanh trong thời kỳ này: giảm thời gian sản xuất, độ phức tạp của mẫu tăng, giảm chi phí. Mức độ phức tạp của chi tiết tăng lên gấp ba lần mức độ phức tạp mà các chi tiết đã được làm vào những năm của thập niên 70 do người tiêu dung đòi hỏi cao về chất lượng lẫn mẫu mã, Nhờ vào công nghệ tạo mẫu nhanh nên thời gian trung bình để tạo thành một chi tiết chỉ còn lại 3 tuần so với 16 tuần ở thời kỳ thứ 2. Năm 1988, hơn 20 công nghệ tạo mẫu nhanh đã được đưa vào sử dụng. Nền tảng của quá trình tạo mẫu nhanh: Các phương pháp tạo mẫu nhanh khác nhau nhưng thường có chung một nền tảng cơ sở như sau:  Mẫu hay một bộ phận chi tiết được thiết kế trên những phần mềm cad và gia công bằng kỹ thuật số. Mẫu phải thể hiện đấy đủ lý tính để có thể sản xuất và phải thể hiện như một mặt kín với kích thước giới hạn rõ ràng. Đó là các dữ liệu bên trong, bên ngoài và cả phạm vi giới hạn của mẫu.  Mô hình dạng khối hay mô hình bề mặt dung để tạo ra lớp kế tiếp có thể thay đổi được ở file kích thước “.STL” mà các file này khở đầu các hệ thống 3D. file kích thước “ .stl” có kích thước gần đúng các bề mặt của mô hình đa giác. Các mặt cong bậc cao phải dùng nhiều mô hình đa giác , điều này có nghĩa là các file .stl dùng cho các chi tiết mặt cong phải có dung lượng rất lớn. Tuy nhiên có một vài hệ thống tạo mẫu nhanh chỉ chấp nhận các dữ liệu IGES để cung cấp chính xác các đặc tính. Công nghệ tạo mẫu nhanh 4 Các phương pháp gia công tiên tiến  Máy tính phân tích file .stl để xác định rõ ràng mô hình cho sản xuất và các lớp mỏng trên mặt cắt ngang. Bề mặt cắt ngang được tạo ra theo phương pháp hạ dần xuống trong suốt quá trình hoá cứng của chất lỏng hay bột và sau đó hợp thành mẫu 3D. Một khả năng khác là bề mặt cắt ngang có thể là lớp mỏng hay ở dạng khối, những lớp mỏng có thể được liên kết với nhau để hình thành nên một mẫu 3D. Các phương pháp tạo mẫu tương tự khác cũng có thể dung cho công việc tạo mẫu. Tóm lại, sự phát triển của quá trình tạo mẫu nhanh được thể hiện qua 4 vấn đề quan trọng: cung cấp dữ liệu, các phương pháp, vật liệu và các ứng dụng.  Cung cấp dữ liệu : Dữ liệu 3D cung cấp được chuyển đến bằng các tín hiệu điện tử theo yêu cầu để mô tả các vấn đề có lien quan đến vật thể. Có 2 vấn đề quan trọng: mô hình trên máy hay một mô hình vật thể. Hệ thống cad đã tạo ra mô hình trên máy tính, mô hình này có thể ở dạng mặt phẳng hay dạng khối. không phải tất cả các mô hình vật thể đều đơn giản, nó yệu cầu thu thập dữ liệu để đưa ra một phương pháp đối lập.trong công nghệ đối lập này được trang bị đầy đủ như các thiết bị đo toạ độ (cmm) và bộ mã hoá laser.  Các phương pháp : Hiện nay đã có hơn 20 nhà sản xuất hệ thống tạo mẫu nhanh, ta có thể phân tích thành một số cấp bậc sau: xử lý quang hoá (chùm laser đơn, chùm laser đôi và đèn mạ), gia công và dán lien kết, sự nung nóng và sự hoá rắn/sự hoá lỏng và sự lien kết sự bó buộc.  Vật liệu: Vật liệu có thể ở dạng khối (rắn), dạng lỏng và dạng bột. ở dạng khối có các hình thức khác nhau như: viên , dây hay phiến mỏng. một số vật liệu đang sử dụng hiện nay là giấy, nilon, sáp, kim loại và đất sét.  Các ứng dụng: Các ứng dụng có thể phân chia thành từng nhóm như: (1) thiết kế, (2) công nghệ, phân tích và lập kế hoạch, (3) gia công cắt gọt và sản xuất. tạo mẫu nhanh đem lại lợi nhuận khổng lồ trong các lĩnh vực như: vũ trụ không gian, tự động hoá, y-sinh học, điện-điện tử,…. Lợi thế của công nghệ tạo mẫu nhanh: Các hệ thống tạo mẫu nhanh hiện nay đều là tự động, không gia công, không cần khuôn mẫu mà vẫn có thể chế tạo trực tiếp các chi tiết trong khả năng chất lượng giới hạn. các chi tiết được chế tạo từ phương pháp này có độ chính xác cao nhưng chất lượng bề mặt rất kém vì không được gia công đến nguyên công cuối. vì thế, các sản phẩm này thường được gia công tinh lại bằng phương pháp gia công khác. Công nghệ tạo mẫu nhanh rút ngắn thời gian chế tạo một chi tiết rất nhiều và các dữ liệu thiết kế vẫn có thể sử dụng lại nên lợi nhuận từ công nghệ này rất khổng lồ: lợi nhuận trực tiếp và lợi nhuận gián tiếp. Lợi nhuân trực tiếp từ người thiết kế chế tạo, từ máy gia công và kỹ sư chế tạo.lợi nhuận gián tiếp từ bộ phận tiếp thị và từ khách hàng II. PHÂN LOẠI TẠO MẪU NHANH: Dựa trên cơ sở vật liệu sản xuất có thể chia thành các ba loại:  Dựa trên cơ sở chất lỏng.  Dựa trên cơ sở dạng khối.  Dựa trên cơ sở dạng bột. II.1 : TẠO MẪU NHANH DỰA TRÊN CƠ SỞ CHẤT LỎNG: Công nghệ tạo mẫu nhanh 5 Các phương pháp gia cơng tiên tiến II.1.1: Khái niệm chung: Q trình tạo mẫu dựa trên cơ sở chất lỏng là một q trình lưu hố, vật liệu chuyển đổi từ trạng thái lỏng sang trạng thái rắn. một số phương pháp tạo mẫu nhanh dựa trên cơ sở chất lỏng: 1. Thiết bị tạo mẫu lạp thể SLA. 2. Thiết bị xử lý dạng khối cubital (SGC). 3. Thiết bị tạo mẫu dạng khối sony (SCS). 4. Thiết bị laser- tử ngoại tạo vật thể dạng khối misuibishi (SOUP). 5. Thiết bị tạo ảnh nổi của EOS. 6. Thiết bị tạo ảnh khối của Teijin Seikils. 7. Thiết bị tạo mẫu nhanh của Meiko cho ngành cơng nghệ đồ trang sức. 8. SLP của Denken. 9. COLAMM của Misui. 10. LMS của Fockele và Schwarze. 11. Thiết bị điêu khắc bằng ánh sang. 12. Thiết bị hai chùm laser. II.1.2: Phương pháp tạo mẫu lập thể (SLA): a. Ngun lý hoạt động: Đầu tiên người ta đặt thiết bị nâng cách bề mặt chất lỏng một khoảng bằng với độ dày của lớp vật liệu đầu tiên (tức là lớp nằm dưới cùng). Sau đó, chùm tia laser sẽ qt bề mặt theo những đường viền của mặt cắt, bên trong đường viền được vạch dấu bằng những vạch song song bằng cách dùng một mẫu vạch. Chất lỏng polime sao chép khi bị tác động của chùm tia laser tử ngoại sẽ rắn lại hoặc là được xử lý. Bộ phận nâng được dịch chuyển xuống phía dưới, và các lớp sau đó được chế tạo tương tự như vậy. các lớp liên kết lại với nhau thành khối. Cuối cùng vật thể được lấy ra từ thùng đụng chất lỏng và chất lỏng còn lại thong thường được sử lý trong lò nung đặc biệt. Chùm tia laser làm rắn chất lỏng là HeCd-laser được cho thấy ở góc bên trái của hình 4 dưới đây. Chùm laser được dùng để đảm bảo bề mặt của chất lỏng ở vị trí đúng. Thanh qt phá sức căng bề mặt giảm tối đa thời gian chế tạo mỗi lớp. Bởi vì chi tiết được tạo thành trong mơi trường chất lỏng và bên trong vật thể còn chứa chất lỏng polymer, do đó cần thiết phải thêm các kết cấu trợ giúp để tăng độ cứng chi tiết và để tránh cho phần chi tiết đã được tạo thành chìm trong chất lỏng khơng bị nổi lên hoặc khơng bị trơi nổi tự do ở trong thùng. Thời gian qt chùm tia laser phụ thuộc vào hình dạng hình học của những đường viền, mẫu vạch, tốc độ của tia laser và thời gian bao phủ (thời gian để một lớp của polyme sao chụp chất rắn lại và thời gian để lớp cuối cùng rắn lại). Cơng nghệ tạo mẫu nhanh 6 Hình 4. Nguyên lý hoạt động của phương pháp SLA Gương Thấu kính HeCd-laser Cơ cấu nâng Chất lỏng polyme Bàn gá Hene-laser thanh quét Các phương pháp gia công tiên tiến SLA không phải là quy trình công nghệ duy nhất trên cơ sở tạo mẫu lập thể (tạo hình lập thể). Ngoài ra, SFF cũng tạo mẫu theo nguyên lý này, theo SFF, phương pháp laser photolithograpy tạo ra những chi tiết bằng vật liệu acrylic hoặc epoxy trực tiếp từ một thùng chất lỏng polymer bằng một tia laser quét qua.Cơ cấu nâng hạ trong thùng một khoảng rất nhỏ (0.254 mm- 2.54 mm) để chóng đổ vỡ đã đông kết và việc tạo hình chi tiết được chính xác. b. Hệ thống thiết bị tạo mẫu nhanh với vật liệu chất lỏng: Hầu hết chất lỏng của quá trình tạo mẫu nhanh để sản xuất chi tiết được chứa trong một thùng to chứa chất lỏng, nhựa được sấy khô hay đông đặc dưới ánh sáng bức sạ của tia laser. Việc sấy khô nhựa bằng tia laser trên bề mặt định hình làm cho nhựa được tôi lớp bề mặt. Một khi lớp bên ngoài của chi tiết được hình thành thì lớp này được hạ xuống bằng một hệ thống điều khiển cho phép lớp kế tiếp được tạo hình giống như lớp được tạo hình trước đó. Công việc này cứ tiếp tục cho đến khi kết thúc. Chất lỏng được dẫn vào hệ thống rót và chi tiết được chuyển đi xử lý điều này là cần thiết. Có nhiều thay đổi trong công nghệ này do có nhiều nhà sản xuất và sự thay đổi này phụ thuộc vào phương pháp quét laser, sấy khô nhựa lỏng, kiểu mẫu điển hình và cách sử dụng hệ thống quang học. c.Hệ thống thiết bị tạo hình lập thể 3D: Nhà doanh nghiệp Raymond – S – Freed là những người đầu tiên phát minh ra hệ thống tạo mẫu lập thể 3d vào những năm 1986. Một vài kiểu máy thường được sử dụng như: SLA-250,SLA-190, SLA-350, SLA-500, -Công nghệ của máy SLA-190 là công nghệ đầu tiên của phương pháp tạo mẫu nhanh và sử dụng tia laser He-Cd. -Máy cong nghệ SLA-250 là loại máy được sử dụng rộng rãi trên thế giới. -Máy công nghệ SLA-350 là thế hệ mới của sla, tạo sản phẩm dạng khối ND: YV4 laser và cho năng suất cao hơn 35% so với máy SLA-250 khi cùng tạo một chi tiết. -Máy SLA-500 là đỉnh cao của thiết bị sản xuất 3D, nó sử dụng tia laser argon rất mạnh. Bảng tóm tắt các đặc tính kỹ thuật của hệ thống sla: Thieát bò SLA-190 SLA-250 SLA-350 SLA-500 Loaïi laser He-Cd He-Cd YVO 4 Argon Công nghệ tạo mẫu nhanh 7 Các phương pháp gia cơng tiên tiến Cường độ laser (mW) 7,5 16 160 132-264 Đường kính tia laser (mm) 0,2-0,29 0,2-0,29 0,25 0,2-0,25 Độ phân giải theo đường thẳng đứng của máy nâng (mm) 0,0025 0,0025 0,0018 0,0018 Thể tích chứa (lít) - 29,5 99,3 253,6 Không gian làm việc, XYZ (mm.mm.mm) 190.190.25 0 250.250.25 0 350.350.4 00 508.508.5 80 Khối lượng lớn nhất của chi tiết (kg) _ 9,1 56,8 68,04 Bề dày lớp nhỏ nhất (mm) 0,1 0,1 0,05 0,1 Kích thước từng đơn vò (m.m.m) 0,7x1,2x1,6 0,7x1,2x1,6 1,0x1,0x2, 0 1,8x1,2x2, 0 Đơn vò điều khiển dữ liệu PC PC PC PC Nguồn năng lượng cung cấp 115 V AC 15A 220 V AC 8 A 115 V AC 15A 220 V AC 8 A 200-240 V AC 16 A 200- 240V AC 3 pha, 100A/pha Tốc độ quét trên trục X-Y 0,762 0,762 5 5 Giá cả (US$) 70.000 100.000 -170.00 380.000 490.000 Tất cả các máy đều sử dụng chung một loại vật liệu sản xuất là loại nhựa lỏng được xử lý để tạo ảnh. Chỉ có một vài loại nhựa sử dụng được và khả năng này phụ thuộc vào loại tia laser trên máy và u cầu cơ học của chi tiết. d.Các loại nhựa cảm quang polymer: Có nhiều loại nhựa lỏng tạo hình, chúng sẽ bị hố cứng khi được chiếu tia điện tử bức xạ, tia gamma, tia X, ….Phần lớn các loại tạo hình bình thường được xử lý trong trong tầm tác dụng của tia tử ngoại. Nhựa tạo hình bằng tia tử ngoại là loại nhựa được biết đến từ sự nổ phát quang và gây chất lỏng từ những đơn chức và chúng có thể có chứa một số chất độn và các chất gây biến tính hố học khi gặp điều kiện do những u cầu cần thiết của máy. Cơng nghệ tạo mẫu nhanh 8 Các phương pháp gia công tiên tiến Mẫu tạo thành từ silicon. Có thể định nghĩa nhựa cảm quang polymer là quy trình lien kết các phần tử nhỏ (đơn chất) tạo thành chuỗi phân tử lớn (hợp chất cao phân tử).khi các chuỗi cao phân tử liên kết với chuỗi khác tạo thành một dạng lien kết ngang của polymer. Quang hoá polymer bắt đầu bằng quang hoá do một điểm xuất phát cảm ứng với nguồn năng lượng bức xạ. Sự polymer hoá quang hoá polymer thường phụ thuộc vào nguồn năng lượng có ích hay là phản ứng phát nhiệt. chất xúc tác được đưa vào theo yêu cầu của sự trùng hợp, vào thời gian thích hợp với tỷ lệ thích hợp. Nguồn gốc của sự phát sinh nguồn năng lượng quang hoá là sự nổ phát quang, là phản ứng quang hoá photon để tạo ra gốc của chật xúc ta1ccho quy trình polymer hoá. Một số photon kết hợp lại tạo nên nổ phát quang và nâng trạng thái kích thích lên cao. Một số trạng thái thay đổi gây phản ứng nổ giữa các phân tử, sau khi thay đổi thành phần hoá học làm nguồn năng lượng thay đổi. sau đó, các phần tử phản ứng với chuỗi đầu tiên trong bước, phản ứng trong chuỗi truyền đi cho đến khi kết thúc phản ứng trùng hợp mới dừng lại. Ở thời điểm polymer hoá là rất quan trọng, polymer có đầy đủ các liên kết ngang bởi vì thế các phân tử trùng hợp sẽ không có phản ứng ngược lại tạo chất lỏng đơn chất. Do vậy, các dạng phân tử polymer có liên kết đủ bền để khống chế điều kiện bền của cấu trúc, trong khi nhựa đã được xử lý hoàn tất để có thể chịu những tác động khác nhau. Sự hoá cứng nhự lỏng phụ thuộc vào mật độ năng lượng trên mỗi diện tích hoá cứng (thời gian chiếu sang), trong lúc tiêu điểm nằm trên bề mặt của nhựa trùng hợp. Thời gian chiếu sáng phải đủ để nhựa trùng hợp tạo thành khối cứng. Để duy trì được độ chính xác và tính nhất quán trong tạo mẫu bằng phương pah1p SLA, phải xử lý chiều sâu và bề rộng của đường gia công. Thông số ảnh hưởng đến năng suất và cấu trúc của mẫu là tính chất lý-hoá của nhựa, tốc độ và độ phân giải của hệ thống quét quang học, nguồn năng lượng, song dài và loại tia laser được sử dụng, kích thước và vị trí của tia laser, hệ thống bảo vệ và quá trình xử lý vị trí. Sản phẩm và khuôn làm bằng phương pháp SLA. II.1.3. Phương pháp xử lý trên cơ sở khối (SGC): A. Khái quát chung: Solid Ground Curing (SGC) do Công ty Cubital Ltd (Israel) phát triển. Công nghệ tạo mẫu nhanh 9 Các phương pháp gia công tiên tiến Công nghệ này cũng dựa trên cơ sở của STL: sử dụng tia cực tím và vật liệu chất dẻo cảm quang. Điểm khác biệt ở phương pháp này là thực hiện cùng lúc cho tất cả các đối tượng trên 1 lớp, thông qua nhiều đèn chiếu tia cực tím. b. Nguyên lý làm việc: Chi tiết được xây dựng từng lớp một từ vật liệu lỏng photopolymer. Loại vật liệu này sẽ bị động cứng dưới tác dụng của tia cực tím. Bao gồm các bước được tiến hành như sau: Chuẩn bị dữ liệu :dữ liệu được tạo từ cao phần mềm thiết kế. Tạo mặt nạ : Mặt nạ này được tạo từ dữ liệu CAD nhập và in trên một nền trong suốt (thủy tinh) bằng phương pháp tĩnh điện, giống như quá trình được sử dụng trong máy photocopy và máy in laser. Một lớp màu đen sẽ phủ lên toàn bộ bề mặt trừ những tiết diện của sản phẩm thể hiện bằng những miền trong suốt phản ánh chính xác mặt cắt ở lớp hiện hành của sản phẩm. Lớp màu đen này có thể xóa được để tạo mặt nạ cho những lớp vật liệu tiếp theo. Dưới tác dụng của chùm tia tử ngoại xuyên qua tấm thuỷ tinh khi tấm thuỷ tinh di chuyển đến vị trí gần phía trên đỉnh của lớp mỏng chất lỏng polymer và chiếu vào thùng vật liệu bên dưới. Phần vật liệu bị chiếu bởi tia tử ngoại sẽ được đông đặc nhanh chóng, cùng lúc này hình ảnh trên tấm thuỷ tinh sẽ được xoá đi để chuẩn bị cho lớp tiếp theo. Vật liệu dư không bị đông đặc sẽ được thu hồi lại, và khoảng trống xung quanh sản phẩm đang được chế tạo sẽ được điền đầy bằng sáp (wax), có tác dụng như là bộ phận hỗ trợ trong suốt quá trình tạo sản phẩm. Để đảm bảo cho quá trình hoá rắn nhanh, sáp lỏng được đông đặc bằng một tấm làm nguội sáp. Sau đó, đầu phay sẽ làm nhẵn bề mặt sản phẩm và xác định đúng bề dày của một lớp. Bộ phận đỡ sản phẩm sẽ dịch xuống đúng bằng chiều dày của một lớp và quá trình được lặp lại cho đến khi hoàn thành sản phẩm. c. Ưu và nhược điểm của phương pháp SGC. Ưu điểm: -Hệ thống xử lý song song: quá trình tạo mẫu và xử lý tinh xảy ra song song do đó tiết kiệm thời gian từ 25-50%, giảm ứng suất bên trong và độ cong vênh sản phẩm. -Không cần thiết kế kết cấu hỗ trợ . -Đặc tính sản phẩm đồng nhất. -Có thể chế tạo cùng lúc nhiều sản phẩm. Nhược điểm: -Giá thành hơi cao, thiết bị làm việc hơi ồn. -Vật liệu sử dụng bị hạn chế. -Phải qua giai đoạn hậu xử lý. -Chi phí vận hành và bảo trì cao. -Phải lấy sáp ra khỏi sản phẩm khi chế tạo xong. d. Các lĩnh vực ứng của phương pháp SGC: các ứng dụngcủa GSC được chia thành bốn vùng sau: -Trong những ứng dụng chung như: kiểm tra kỹ thuật, phân tích chức năng, trưng bày sản phẩm, nghiên cứu thị trường… -Tạo mẫu đúc và tạocông cụ: đúc khuôn mẫu chảy, đúc khuôn cát, sản xuất tự do công cụ nhanh bằng vật liệu nhựa. -Tạo khuôn và công cụ: tạo công cụ bằng vật liệu Silicon-Rubber, epoxy, phun kim loại, Công nghệ tạo mẫu nhanh 10 [...].. .Các phương pháp gia cơng tiên tiến acrylic, khn đúc thạch cao -Ứng dụng trong y học: chuẩn đốn, phẫu thuật, thiết kế các bộ phận giả thay thế Đèn thủy ngân Mặt nạ Bộ phận làm sạch Sáp dư Đầu phay Tấm bảo vệ Chất lỏng polyme Sáp Đế Nguyên lý gia công trên cơ sở khối (SGC) Cơng nghệ tạo mẫu nhanh 11 Các phương pháp gia cơng tiên tiến Cơng nghệ tạo mẫu nhanh 12 Các phương pháp gia cơng tiên tiến. .. cơng tiên tiến Phễu Plastic Cung cấp chất kết dính Sáp Plastic Plastic Con lăn Các ngun lý tạo hình bằng phương pháp in phun mực Bảng so sánh một số cơng nghệ tạo mẫu nhanh cua các hãng Cơng nghệ tạo mẫu nhanh 27 Các phương pháp gia cơng tiên tiến Cơng nghệ tạo mẫu nhanh 28 Các phương pháp gia cơng tiên tiến : Phương pháp SLA Công ty 3D systems Inc Kích thước lớn 254 x 254 x 254 nhất của vật (mm) Cơng... Lớp đầu tiên có thể đòi hỏi một đế tựa để giảm ảnh hưởng nhiệt (như uốn quăn) - Mật độ chi tiết khơng đồng nhất - Thay đổi vật liệu cần phải làm sạch máy kỹ càng Cơng nghệ tạo mẫu nhanh 20 Các phương pháp gia cơng tiên tiến Một số sản phẩm từ phương pháp thiêu kết laser: DuraForm Somos 201 Cơng nghệ tạo mẫu nhanh 21 Các phương pháp gia cơng tiên tiến RapidSteel Polyamide II.3.2.B Thiêu kết vật liệu kim... KHỐI : II.2.1 Khái niệm chung : Cơng nghệ tạo mẫu nhanh 13 Các phương pháp gia cơng tiên tiến Ngoại trừ các vật liệu dạng bột, các hệ thống tạo mẫu nhanh với vật liệu cơ bản dạng khối có lien 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 chế tạo vật iệu từng lớp mỏng (LOM)... dụng phương pháp mơi trường vật lý, sự rung động sử dụng kết hợp với trường để làm tăng độ nén của bột, Trong trường hợp vật liệu có tính sắt từ như là một vài loại kim loại nên sử dụng từ trường Phương pháp chế tạo các lớp kế tiếp Hình sau đây trình bày phương pháp chế tạo một vài lớp cùng một lúc để tiết kiệm thời gian chế tạo: Cơng nghệ tạo mẫu nhanh 24 Các phương pháp gia cơng tiên tiến II.3.3 Phương. .. thời gian chế tạo chi tiết khi dùng phương pháp này Phương pháp SLS có thể được áp dụng với nhiều loại vật liệu khác nhau: Policabonate, PVC, ABS, nylon, sáp,… Những chi tiết được chế tạo bằng phương pháp SLS tương đối nhám và có những lỗ hỗng nhỏ trên bề mặt nên cần phải xử lý sau khi chế tạo (xử lý tinh) Cơng nghệ tạo mẫu nhanh 18 Các phương pháp gia cơng tiên tiến Ngun lý gia cơng SLS b Vật liệu. .. vỏ đạt từ 6 mm- 8 mm Hiệu quả trong việc áp dụng phương pháp tạo mẫu nhanh trong cơng nghệ đúc khn vỏ mỏng là khả năng tạo ra mẫu có độ chính xác cao, chi phí thấp và thời gian để tạo mẫu ngắn Hình dưới mơ tả q trình đúc khn vỏ mỏng Cơng nghệ tạo mẫu nhanh 30 Các phương pháp gia cơng tiên tiến Cơng nghệ tạo mẫu nhanh 31 Các phương pháp gia cơng tiên tiến Mơ tả q trình đúc trong khn vỏ mỏng (tt)  Ứng... liệu này sử dụng để chế tạo nửa khn đúc cát cho các ống nối của hệ thống điều hồ nhiệt độ của hang Dassault Cơng nghệ tạo mẫu nhanh 35 Các phương pháp gia cơng tiên tiến - Sử dụng phương pháp quang ảnh lập thể (stereophotography) trong máy đo thuỷ lực, và được sử dụng để chế tạo cần điều khiển trong máy bay chiến đấu Mirage 2000 Phương pháp này đã tiết kiệm 1/3 chi phí khi so sánh với phương pháp gia. .. nghệ tạo mẫu nhanh 15 Các phương pháp gia cơng tiên tiến Hình 3: Máy tạo mẫu LOM c Tấm mỏng (tấm kim loại): Chúng ta có thể kết hợp những tấm kim loại mỏng thành những tấm dày hay mỏng, cùng hay khác vật liệu trong một chi tiết một lợi điểm của phương pháp sử dụng tấm mỏng là chi tiêt chỉ bị cắt chu vi, trong khi hầu hết các phương pháp khác tồn bộ diện tích của chi tiết phải được gia cơng Do đó, kỹ thuật... thermaplastic piston Phương pháp ép b Vật liệu sử dụng: kim loại, gốm, vữa chịu lửa (là hỗn hợp gồm 50/50 của sáp và bột kim loại hay gốm) Hình minh hoạ phương pháp ép: II.3.4 Phương pháp in phun mực: a Khái niệm : Phương pháp in phun mực là q trình in 3 chiều mơ tả như hình minh hoạ dưới, được phát triển bởi MIT như là phương pháp tạo hình dáng trước cho việc ứng dụng bột kim loại Sử dụng những vật liệu kim loại . Các phương pháp gia công tiên tiến Các phương pháp gia công tiên tiến Công nghệ tạo mẫu nhanh 1 Các phương pháp gia công tiên tiến I. SƠ LƯỢC. Các phương pháp gia công tiên tiến Ngoại trừ các vật liệu dạng bột, các hệ thống tạo mẫu nhanh với vật liệu cơ bản dạng khối có lien quan đến tất cả các