GIỚI THIỆU CÔNG NGHỆ TẠO MÂU NHANH

vnjbk · 6/8/2007

ME (ADMIN)

1. Mở đầu
Sự phát triển của tạo mẫu nhanh (Rapid Prototyping- RP) có quan hệ mật thiết với sự phát triển ứng dụng của máy tính trong công nghiệp. Việc giảm giá thành của các loại máy tính, đặc biệt là máy tính cá nhân và máy tính mini đã làm thay đổi phương thức làm việc ở các phân xưởng của các nhà máy. 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). Cụ thể, sự nổi lên của hệ thống RP không thể thiếu sự hiện diện của CAD. Tuy nhiên từ các cuộc thi cẩn thận của hàng loạt các hệ thống RP ngày nay, có thể dễ dàng suy luận rằng ngoài CAD ra, 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.
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 chuyển những dữ liệu CAD 3D thành những mẫu thực một cách nhanh chóng. 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. Như vậy so với việc tạo mẫu bằng máy truyền thống thường mất từ nhiều tuần đến nhiều tháng thì việc tạo mẫu bằng RP nhanh hơn rất nhiều. 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.
2. Ba thời kỳ của quá trình tạo mẫu.
Quá trình tạo mẫu được phân ra làm ba thời kỳ. Hai thời kỳ sau chỉ mới ra đời trong khoảng 20 năm trở lại đây. Tương tự như quá trình tạo mẫu trên máy vi tính, tính chất vật lý của mẫu chỉ được nghiên cứu phát triển trong thời kỳ thứ ba.
a. Thời kỳ đầu : tạo mẫu bằng tay
Thời kỳ đầu tiên ra đời cách đây vài thế kỷ. Trong thời kỳ này, các mẫu điển hình không có độ phức tạp cao và chế tạo một mẫu trung bình mất khoảng 4 tuần. Phương pháp tạo mẫu phụ thuộc vào tay nghề và thực hiện công việc một cách cực kỳ nặng nhọc.
b. Thời kỳ thứ hai: phần mềm tạo mẫu hay tạo mẫu ảo
Thời kỳ thứ hai của tạo mẫu phát triển rất sớm, khoảng giữa 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 họa 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 nếu chúng chưa đạt yêu cầu. Thí dụ như phân tích ứng suất và sức căng bề mặt chất lỏng có thể dự đoán chính xác được bởi vì có thể xác định chính xác các thuộc tính và tính chất của vật liệu.
Hơn nữa, các mẫu trong thời kỳ này trở nên phức tạp hơn nhiều so với thời kỳ đầu (khoảng trên hai lần). Vì thế, thời gian yêu cầu cho việc tạo mẫu có khuynh hướng tăng lên khoảng 16 tuần, tính chất vật lý của mẫu vẫn còn phụ thuộc vào các phương pháp tạo mẫu cơ bản trước. Tuy nhiên, việc vận dụng các máy gia công chính xác đã cải thiện tốt hơn các tính chất vật lý của mẫu.
Cùng với sự tiến bộ trong lĩnh vực tạo mẫu nhanh trong thời kỳ thứ ba, có sự trợ giúp rất lớn của quá trình tạo mẫu ảo. Tuy nhiên, vẫn còn tranh cãi về những giới hạn của công nghệ tạo mẫu nhanh như: Sự giới hạn về vật liệu (hoặc bởi vì chi phí cao hoặc cách sử dụng cho từng vật liệu không giống nhau để tạo chi tiết).
c. Thời kỳ thứ ba: quá trình tạo mẫu nhanh
Tính chất vật lý từng phần của sản phẩm trong quá trình tạo mẫu nhanh cũng được biết đến. 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 ba. Việc phát minh ra các thiết bị tạo mẫu nhanh là một phát minh quan trọng. Những phát minh này đã đáp ứng được yêu cầu của giới kinh doanh trong thời kỳ này: giảm thời gian sản xuất, độ phức tạp của mẫu tăng, giảm chi phí. Ở thời điểm này người tiêu dùng yêu cầu các sản phẩm cả về chất lượng lẫn mẫu mã, nên mức độ phức tạp của chi tiết cũng tăng lên, gấp ba lần mức độ phức tạp mà các chi tiết đã được làm vào những năm của thập niên 70. Nhưng 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 hai. Năm 1988, hơn 20 công nghệ tạo mẫu nhanh đã được nghiên cứu.
3. Nền tảng của quá trình tạo mẫu nhanh.
a. Mẫu hay một bộ phận chi tiết được thiết kế trên hệ thống CAD/CAM. Mẫu phải thể hiện đầy đủ tính chất vật lý như sản phẩm thật thể hiện bằng những mặt cong khép kín với kích thước giới hạn rõ ràng. Đó la, phải xác định các dữ liệu bên trong, bên ngoài và cả phạm vi giới hạn của mẫu. Yêu cầu này thực sự không cần thiết đối với mô hình dạng khối. Mô hình dạng khối sẽ tự động giới hạn thể tích. Yêu cầu này đảm bảo rằng tất cả các mặt cắt ngang đều là những đường cong kín để tạo ra khối vật thể.
b. Mô hình dạng khối hay mô hình bề mặt sẽ được chuyển sang file định dạng “. STL” (StereoLithography) mà các file này khởi đầu các hệ thống 3D. File định dạng .STL xấp xỉ các bề mặt dưới dạng các đa giác. Các mặt cong bậc cao phải dùng rất nhiều 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 (Initial Graphics Exchange Specification) để cung cấp chính xác các đặc tính.
c. 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 hóa cứng của chất lỏng hay bột và sau đó kết hợp thành mẫu 3D. Một khả năng khác là bề mặt cắt ngang có thể là những 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 dùng cho công việc tạo mẫu.
Nói một cách khác, sự phát triển của quá trình tạo mẫu nhanh được thể hiện qua bốn mặt cơ bản: dữ liệu vào, phương pháp tạo mẫu nhanh, vật liệu và các ứng dụng.
- Dữ liệu vào.
Dữ liệu 3D cung cấp được chuyển đến bằng các tín hiệu điện tử theo yêu cầu để mô tả các vấn đề có liên quan đến vật thể. Có thể bắt đầu từ hai dạng mô hình sau: mô hình trên máy tính hay một mô hình từ vật thể. Hệ thống CAD đã tạo ra mô hình trên máy tính ở dạng mặt hay dạng khối. Ở một khía cạnh khác, không phải tất cả các mô hình từ vật thể đều rõ ràng. Dữ liệu của nó thu được bằng một phương pháp gọi là kỹ thuật ngược. Trong kỹ thuật ngược, có thể sử dụng các thiết bị như: máy đo tọa độ và bút vẽ bằng laser.
- Phương pháp tạo mẫu nhanh.
Tùy từng phương pháp xử lý của nhà sản xuất mà ta có thể phân tích thành một số dạng như: xử lý quang hóa (Photo-curing), cắt và dán liên kết (Cutting and Glucing/Joining), nóng chảy và đông đặc (Melting and Solidifying/Fusing)... Việc xử lý quang hóa còn có thể phân tích thành từng nhóm nhỏ: chùm laser đơn , chùm laser đôi và đèn mạ.
- Vật liệu.
Tùy thuộc vào những nét đặc trưng của vật liệu ta có thể lựa chọn vật liệu: dạng khối, dạng lỏng hay dạng bột bụi. Ở dạng khối có thể có các hình thức khác nhau như là: viên, dây hay phiến mỏng. Một số vật liệu hiện đang được sử dụng như là: giấy, nilon, nhựa, sáp, kim loại và gốm, …
- Các ứng dụng
Hầu hết tất cả các sản phẩm được tạo ra bằng phương pháp tạo mẫu nhanh cần phải được chỉnh sửa hay gia công tinh lại trước khi đưa vào sử dụng. Các ứng dụng có thể phân thành từng nhóm:
+ Thiết kế
+ Phân tích kỹ thuật và lập kế hoạch
+ Tạo công cụ và sản xuất
Tạo mẫu nhanh đã đem lợi nhuận khổng lồ trong các lĩnh vực như sản phẩm của các ngành: vũ trụ không gian, ôtô, y-sinh học, điện-điện tử, sản phẩm tiêu dùng,…

Nguồn:
Tập san Chế tạo máy số 3- NTU
RAPID PROTOTYPING Principles and Applications - C K Chua, K F Leong & C S Lim (Nanyang Technological University, Singapore)

Do có nhiều phương diện sản xuất nên hình thành nhiều loại hệ thống tạo mẫu nhanh trên thị trường, để phân loại một cách bao quát các hệ thống tạo mẫu nhanh là dựa trên cơ sở vật liệu sản xuất. Ở kiểu phân loại này tất cả các hệ thống tạo mẫu nhanh có thể dễ dàng phân thành ba 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.

1. Dựa trên cơ sở vật liệu dạng lỏng.
Các hệ thống tạo mẫu nhanh dựa trên cơ sở nền tảng chất lỏng bắt đầu với vật liệu ở trạng thái 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:Thiết bị tạo mẫu lập thể SLA của 3D Systems
1. Thiết bị xử lý dạng khối SGC của Cubital
2. Thiết bị tạo mẫu dạng khối SCS của Sony
3. Thiết bị in sử dụng tia tử ngoại tạo vật thể dạng khối SOUP của Misuibishi
4. Thiết bị tạo ảnh nổi của EOS
5. Thiết bị tạo ảnh khối của Teijin Seiki
6. Thiết bị tạo mẫu nhanh của Meiko cho ngành công nghiệp đồ trang sức.
7. Thiết bị tạo mẫu nhanh SLP của Denken.
8. Thiết bị tạo mẫu nhanh COLAMM của Mitsui.
9. Thiết bị tạo mẫu nhanh LMS của Fockele và Schwarze.
10. Thiết bị điêu khắc bằng ánh sáng
11. Thiết bị hai chùm tia laser

2. Dựa trên cơ sở vật liệu dạng khối.Ngoại trừ các vật liệu dạng bột, 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. Sau đây là 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

3. Dựa trên cơ sở vật liệu dạng bột.
Trong khả năng được giới hạn, dạng trạng thái bột vẫn còn được xem như dạng trạng thái khối. Tuy nhiên, nó được tạo ra trên ý định là một loại thiết bị không phụ thuộc vào hệ thống thiết bị tạo mẫu nhanh vật liệu trạng thái khối cơ sở. Sau đây là một số phương pháp tạo mẫu nhanh tượng trưng cho phương pháp này:
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

1. Đúc khuôn vỏ mỏng.
Đúc khuôn vỏ mỏng là một quá trình đúc chính xác để chế tạo là những chi tiết có hình dáng sắc cạnh từ các hợp kim. Hiệu quả chủ yếu khi áp dụng phương pháp tạo mẫu nhanh trong công nghệ đúc khuôn vỏ mỏng là khả năng tạo ra mẫu có độ chính xác cao, chi phí thấp và thời gian để tạo mẫu ngắn.
2. Chế tạo dụng cụ.
Người ta ứng dụng công nghệ tạo mẫu nhanh trong chế tạo dụng cụ như điện cực trong gia công tia lửa điện, chế tạo các khe hở hoặc ruột của khuôn phun nhựa, ống dẫn hệ thống điều hòa nhiệt độ…
2.Tạo mẫu nhanh trong chế tạo sản xuất.
Tạo mẫu nhanh có thể được sử dụng cho chế tạo sản phẩm. Cùng một sản phẩm như nhau có thể có các động cơ khác nhau và những nét kỹ thuật khác nhau. Các nét kỹ thuật khác nhau có thể đơn giản như sự khác nhau về vật liệu, nút bấm, phích cắm điện, hay là màu sắc hoặc cũng có thể phức tạp như sự khác nhau ở cấu tạo bên trong. Những khác biệt đó là cần thiết để phục vụ cho yêu cầu riêng của người sử dụng hoặc để phân biệt nó. Thêm nữa thời gian tồn tại của sản phẩm đang trở nên ngắn hơn buộc người thiết kế phát triển những sản phẩm mới trong một khoảng thời gian ngắn. Trong quá trình phát triển, một vấn đề gặp phải là sự lựa chọn một trong hai việc là: kéo dài thời gian phát triển hoặc tăng nguồn lực sản xuất để cho kịp thời hạn. Trong hoàn cảnh như vậy, thời gian bán sản phẩm trở thành nhân tố quyết định khả năng lợi nhuận.
Thực trạng này đòi hỏi những thay đổi như thế nào trên sản phẩm được phát triển. Các nhóm khác nhau như: nhóm thiết kế, kỹ thuật, tiếp thị và nhóm sản xuất phải hợp tác chặt chẽ hơn nữa cùng hướng về một mục tiêu chung và hoạt động thống nhất với nhau. Mục tiêu phải rõ ràng cho các nhóm có liên quan. Nếu sự cộng tác có hiệu quả sẽ tránh được những vấn đề trong việc truyền đạt thông tin. Tạo mẫu nhanh cho một mô hình vật lý có thể sử dụng được ngay như là một mô hình CAD 3D có sẵn. Mô hình vật lý là một công cụ truyền đạt thông tin hoàn hảo. Nếu hình ảnh bằng một ngàn lời nói thì mô hình vật lý bằng một ngàn hình ảnh.
Thêm nữa các vật thể chế tạo bằng tạo mẫu nhanh ngày càng được sử dụng thường xuyên để kiểm tra chức năng và có thể kiểm tra trước khi sản xuất hàng loạt. Bằng cách đó người ta có thể kịp thời phát hiện các lỗi ở giai đoạn khi mà sự thay đổi chưa tốn kém lắm. Những yêu cầu tinh tế và dễ hiểu hơn dẫn tới những sản phẩm tốt hơn, đáp ứng được đòi hỏi của thị trường. Người ta ước lượng nếu việc sử dụng phương pháp tạo mẫu nhanh có hiệu quả, thời gian phát triển cho các công cụ có thể giảm một nửa.
4.Tạo mẫu nhanh với các công nghệ truyền thống.
Tạo mẫu nhanh sẽ không thay thế hoàn toàn các công nghệ truyền thống như: NC và cán tốc độ cao hoặc ngay cả những phần làm bằng tay, đúng hơn nên coi tạo mẫu nhanh là một sự lựa chọn trong công cụ để chế tạo các bộ phận.
Người ta cho rằng bộ phận có thể được chế tạo với những yêu cầu về vật liệu và dung sai trục không chuẩn, những yếu tố này phụ thuộc lẫn nhau. Tạo mẫu nhanh cho thấy lợi thế rõ ràng phải sao chép nhiều lần bộ phận phức tạp.
Ngoài ra, không thể xác định chính xác sự phức tạp của bộ phận. Nhưng chắc chắn bao gồm những thành phần sau: kích cỡ, mô hình, chiều cao, độ dầy và tổng số bề mặt trong mô hình CAD, yêu cầu về dung sai, kiểu của hệ thống CAD dùng để tạo công cụ.
5. Tạo mẫu nhanh trong những ứng dụng y học.
Ứng dụng phương pháp tạo mẫu nhanh trong y học là một lĩnh vực mới. Nhiều ứng dụng đã trở nên rất quan trọng do sự hội tụ của ba công nghệ riêng biệt đó là: hình ảnh nội soi, đồ họa điện toán, CAD và tạo mẫu nhanh. CT (Computer-Assisted Tomography) và URI (Magnectic Resonance Imaging) cung cấp những hình ảnh để giải quyết tốt những cấu trúc bên trong của cơ thể con người. Ví dụ các cấu trúc của xương và các cơ quan. Những hình ảnh này được xử lý bằng những công cụ phần mềm thích hợp. Nó có thể chuyển kết quả cho quá trình tạo mẫu nhanh và tạo ra vật thể vật lý, mô hình này được gọi là mô hình y học. sau đây là một số hình ảnh về tạo sọ người bằng RP.

Cùng với việc đó, những công nghệ này cung cấp cho bác sĩ và nhà phẫu thuật những công cụ mới. Những mô hình vật lý của cấu trúc bên trong là cơ sở để hội chẩn và chuẩn bị cho những trường hợp phẩu thuật phức tạp một cách tốt hơn. Nếu những cuộc phẩu thuật có thể được thực hiện thành công nhiều hơn thì chi phí điều trị và chi phí mổ giảm xuống, thêm nữa nó sẽ giảm được những rủi ro, giảm được nỗi đau đớn của người bệnh, cải thiện chất lượng của kết quả công việc.

Nguồn: Tập san Chế tạo máy 3 - NTU

trieuchau · 25/3/2008

Mình có được vài dòng về RP xin post lên đây (ko rõ nguồn, nhưng thanks tác giả

)
Khái Niệm
Khi phát triển một sản phẩm mới, lúc nào cũng vậy, có một nhu cầu là chế tạo một mẫu đầu tiên (prototype) của bộ phận hay hệ thống được thiết kế trước khi cấp một lượng vốn lớn cho các phương tiện sản xuất hoặc dây chuyền lắp ráp. Lý do chính cho nhu cầu này là chi phí quá cao và tốn nhiều thời gian chuẩn bị công cụ sản suấ. Vì vậy, việc tạo mẫu là cần thiết để xử lý sự cố và đánh giá thiết kế trước khi một hệ thống phức tạp sẵn sàng sản xuất và tung ra thị trường.
Việc nghiên cứu thế hệ mẫu đầu tiên sẽ giúp người thiết kế phát hiện lỗi, hoặc tìm ra phương pháp thiết kế hiệu quả hơn, tốt hơn. Tuy nhiên, vấn đề chính của sự tiếp cận này là sự tạo mẫu có thể tốn rất nhiều thời gian : việc chuẩn bị dụng cụ máy móc tốn nhiều tháng, khó chế tạo các mẫu phức tạp bằng các phương pháp truyền thống rất khó khăn. Trong khi chờ đợi tạo ra mẫu đầu tiên, vẫn phải trả công cho nhân viên và chi phí khấu hao máy móc thiết bị.
Một vấn đề quan trọng nữa là trong môi trường cạnh tranh, khi sản phẩm chất lượng cao ra đời sớm hơn thì cơ hội chiếm lĩnh thị trường nhiều hơn. Vì thế các nhà sản xuất luôn mong muốn tung ra thị trường sản phẩm chất lượng cao càng sớm càng tốt.
Một quá trình giúp cho nhà sản xuất đẩy mạnh việc phát triển sản phẩm là tạo mẫu nhanh – Rapid Prototyping (RP).
Vậy tạo mẫu nhanh là gì?
- Tạo mẫu nhanh là quá trình tạo mẫu sản phẩm giúp cho nhà sản xuất quan sát nhanh chóng sản phẩm cuối cùng.
- Tạo mẫu nhanh là công nghệ thiết kế mẫu tự động nhờ quá trình CAD với những “máy in ba chiều” cho phép người thiết kế nhanh chóng tạo ra những mẫu hữu hình, truyền ý tưởng thiết kế của họ đến công nhân hoặc khách hàng, ngoài ra tạo mẫu nhanh còn được sử dụng để thiết thử những sản phẩm mới.
Tất nhiên “nhanh” chỉ là một giới hạn tương đối. Thông thường, thời gian để tạo ra một mẫu mới mất khoảng từ 3 - 72 giờ phụ thuộc vào kích thước và độ phức tạp của mẫu. Khoảng thời gian này có vẻ chậm, nhưng so với việc tạo mẫu bằng máy truyền thống thường mất từ nhiều tuần đến nhiều tháng thì nó nhanh hơn rất nhiều. 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.
Công nghệ tạo mẫu nhanh bắt đầu từ giữa thập niên 80. Đặc điểm của tạo mẫu nhanh là :
- Thực hiện việc tạo mẫu trong thời gian rất ngắn, đây chính là điểm mạnh của phương pháp này.
- Sản phẩm của tạo mẫu nhanh là có thể dùng để kiểm tra các mẫu được sản xuất bằng các phương pháp khác.
- Mẫu tạo ra có thể hỗ trợ cho quá trình sản xuất.

trieuchau · 25/3/2008

Phân Loại
Dựa vào dạng vật liệu tạo mẫu, quá trình tạo mẫu nhanh có thể được chia thành ba loại như sau :
- Dựa trên cơ sở vật liệu dạng lỏng.
- Dựa trên cơ sở vật liệu dạng khối.
- Dựa trên cơ sở vật liệu dạng bột.
a. Dựa trên cơ sở vật liệu dạng lỏng.
Các hệ thống tạo mẫu nhanh dựa trên cơ sở nền tảng chất lỏng bắt đầu với vật liệu ở trạng thái 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 (Stereo Lithography Apparatus) của 3D Systems
2. Thiết bị xử lý dạng khối SGC (Solid Ground Curing) của Cubital
3. Thiết bị tạo mẫu dạng khối SCS (Solid Creation System)của Sony
4. Thiết bị in sử dụng tia tử ngoại tạo vật thể dạng khối SOUP (Solid Object Utraviolet-laser Plotter) của Misuibishi
5. Thiết bị tạo ảnh nổi (Stereos Systems) của EOS
6. Thiết bị tạo ảnh khối (Soliform Systems) 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 (Computer Operated Laser Active Modeling Machine) của Mitsui.
10. Thiết bị tạo mẫu nhanh LMS (Layer Modeling System) của Fockele và Schwarze.
11. Thiết bị điêu khắc bằng ánh sáng (Light Scupting)
12. Thiết bị hai chùm tia laser (Two Laser Beam)
Trong các phương pháp trên thì phương pháp 2 và11 là sử dụng đèn mạ, phương pháp 12 sử dụng hai chùm laser (phương pháp này hiện tại vẫn chưa được thương mại hoá). Còn các phương pháp còn lại sử dụng một tia laser đơn
b. Dựa trên cơ sở vật liệu dạng khối.
Ngoại trừ các vật liệu dạng bột, 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. Sau đây là một số phương pháp tạo mẫu nhanh tượng trưng cho phương pháp này:
1. Thiết bị tạo lớp mỏng LOM (Laminate Object Manufacturing ) của Helisys
2. Thiết bị phun nhiều lớp FDM (Fused Deposition Modeling) của Stratasys
3. Thiết bị dập nóng có sử dụng chất liên kết SAHP (Selective Adhesive and Hot Press) của KiRa.
4. Thiết bị tạo mẫu nhanh của Kinergy.
5. Thiết bị tạo mẫu nhiều đầu phun MJM (Multi Jet Modeling) của 3D System
6. Hệ thống tạo mẫu nhanh RPS (Rapid Prototyping System) của IBM.
7. Thiết bị tạo mẫu MM-6B (Model Maker) 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
Trong 9 phương pháp này thì các phương pháp 1, 3, 4, 9 thuộc nhóm cắt dán và liên kết (Curing anh Glueing/Joining), còn các phương pháp 2, 5, 6, 7, 8 thuộc nhóm làm nóng chảy và đông đặc (Melting and Solidifying/Fusing).
c. Dựa trên cơ sở vật liệu dạng bột.
Trong khả năng được giới hạn, dạng trạng thái bột vẫn còn được xem như dạng trạng thái khối. Tuy nhiên, nó được tạo ra trên ý định là một loại thiết bị không phụ thuộc vào hệ thống thiết bị tạo mẫu nhanh vật liệu trạng thái khối cơ sở. Sau đây là một số phương pháp tạo mẫu nhanh tượng trưng cho phương pháp này:
1. Thiết bị thiêu kết bằng laser SLS (Selective Laser Sintering) của DTM
2. Thiết bị đúc khuôn vỏ mỏng trực tiếp DSPC (Direct Shell Production Casting) của Soligen
3. Thiết bị định hình nhiều giai đoạn hoá cứng MJS (Multiphase Jet Solidication) của Fraunhofer
4. Hệ thống các thiết bị EOSINT của EOS.
5. Thiết bị in phun (Ink-Jet) hay còn gọi là BPM (Ballistic Partical Manufacturing) của BPM Technology
6. Thiết bị in ba chiều 3DP (Three Dimension Printing) của MIT
Tất cả các phương pháp trên thuộc nhóm phương pháp kết nối liên kết (Joining/Binding). Các phương pháp này không có tính đồng nhất trong các hệ thống, thể hiện bằng việc một số sử dụng tia laser, trong khi đó một số khác lại sử dụng chất kết dính/ keo (Binder/Glue) để đạt được mức độ liên kết.

trieuchau · 25/3/2008

Ưu và nhược điểm của RP.
a. Ưu điểm.
- Cải tiến quá trình thiết kế bởi vì:
+ Sự lặp lại thiết kế làm giảm thời gian và những vấn đề khó dễ dàng được phát hiện.
+ Kiểm tra trước việc lắp ráp và chỉnh sửa mẫu.
+ Kiểm tra trước ứng suất và độ bền sản phẩm.
- Cải tiến chất lượng sản phẩm bởi vì:
+ Dễ dàng lập kế hoạch trước.
+ Những vấn đề khó được loại trừ trong suốt giai đoạn thiết kế-chế tạo.
+ Hình dung ra sản phẩm tốt hơn so với bản vẽ.
- Cải tiến khả năng sản xuất bởi vì:
+ Khắc phục những lỗi trước khi vào dây chuyền sản xuất hay tế bào sản xuất
+ Khuôn có khả năng dẫn nhiệt cao
+ Những kênh nước làm mát khuôn được chế tạo trong máy RP
- Cải tiến thị trường bởi vì:
+ Sản phẩm được đưa ra thị trường sớm hơn và đáng tin cậy hơn
+ Dự đoán được nhu cầu thị trường một cách thực tế hơn
+ Tài liệu và những nguyên vật liệu được chuẩn bị trước
b. Nhược điểm.
- Giá thành cao
- Tốc độ vẫn còn chậm
- Hiện tại chưa sản xuất trực tiếp khuôn kim loại được
- Độ chính xác thấp
- Đặc tính vật lý thấp
- Mật độ phân tử kim loại sau gia công thấp
- Độ bóng bề mặt không cao
- Ưng suất sản phẩm chưa đo được
- Mức độ đàn hồi giới hạn
c. Những lợi nhuận và rủi ro của RP
Tạo mẫu nhanh và công cụ nhanh đem đến lợi nhuận rất lớn cho cả nhà thiết kế, chế tạo, cả người mua và sử dụng sản phẩm. Tuy nhiên những rủi ro do nó mang lại cũng rất cao bởi vì kỹ thuật này vẫn còn đang nghiên cứu và phát triển.

trieuchau · 25/3/2008

Các bước của quá trình tạo mẫu nhanh :
Quá trình tạo mẫu nhanh và công cụ nhanh được thực hiện qua 4 bước theo sơ đồ sau:

Mô hình CAD 3D ---> tiền xử lý ---> tạo mẫu ---> hậu xử lý

Bước 1:Mô hình CAD 3D: tạo mô hình 3D dạng mặt hay dạng khối.
Bước 2: Tiền xử lý: ở bước này thực hiện các công việc sau:
- Xuất file CAD 3D sang đuôi .STL. File định dạng .STL xấp xỉ bề mặt dưới dạng các tam giác. Các mặt cong bậc cao hơn thì xấp xỉ bề mặt bằng nhiều tam giác hơn làm cho kích thước file sẽ lớn hơn.
- Sử dụng phần mềm (kèm theo máy tạo mẫu nhanh) thiết kế những bộ phận hỗ trợ sản phẩm (nếu cần thiết). Kiểm tra file .STL và chỉnh sửa.
- Tạo lớp cho sản phẩm, xác định các thông số của máy và sản phẩm.
Bước 3: Tạo mẫu tự động trên các loại máy tạo mẫu nhanh.
Bước 4: Hậu xử lý: ở bước này thực hiện các công việc sau:
- Tháo bỏ những bộ phận hỗ trợ (Supports).
- Làm sạch bề mặt sản phẩm (Cleaning).
- Xử lý bằng tia tử ngoại (PCA – UV Post Curing Apparatus).
- Sơn hay đánh bóng sản phẩm (Coating or Polishing).
Bảng : Hậu xử lý của các phương pháp tạo mẫu nhanh.
CÁC CÔNG NGHỆ TẠO MẪU NHANHCÁC CÔNG NGHỆ TẠO MẪU NHANH
Hậu xử lý Thiêu kết bằng laser SLS Tạo hình lập thể SLA Phun nhiều lớp FDM Tạo lớp mỏng LOM
Làm sạch x x x
Xử lý tinh x
Đánh bóng x x x x

trieuchau · 25/3/2008

Các khả năng của tạo mẫu nhanh và công cụ nhanh
Đối với việc tạo mẫu nhanh và công cụ nhanh, chúng ta có thể tạo từng sản phẩm riêng lẻ, cũng có thể tạo ra hàng loạt nhiều sản phẩm. Sơ đồ hình 6.2 dưới đây cho chúng ta thấy được những khả năng có thể của tạo mẫu nhanh và công cụ nhanh. Tuy nhiên, vẫn chưa thể hiện được tất cả; bởi vì những phương pháp mới luôn được nghiên cứu, đặc biệt là trong lĩnh vực tạo mẫu nhanh. Xem hình quá trình tạo mẫu nhanh và công cụ nhanh ở dưới

- Cách đơn giản nhất là sử dụng việc tạo từng mẫu riêng biệt từ mô hình về ý tưởng hoặc từ mô hình chính xác về hình dáng, kích thước, các thông số về độ bền cơ học. Tiếp đến, độ bền và độ chính xác được xem xét bằng cách sử dụng phương pháp in 3D. Tuy nhiên không thể tạo nên một sản phẩm tinh hoàn chỉnh từ tạo mẫu nhanh được bởi vì vật liệu được sử dụng là có giới hạn, cũng như ứng suất, lực căng và những đường hàn liên kết giữa các lớp không thể so sánh với khuôn ép phun được.
- Khả năng thứ hai là tạo mẫu nhanh để tạo ra một công cụ mẫu để từ đó hoặc là tạo ra những mẫu hàng loạt, hoặc là tạo ra những khuôn ép phun có tuổi thọ trung bình hoặc ngắn.
- Tạo mẫu nhanh có thể tạo khuôn từ phương pháp gián tiếp bằng cách chế tạo ra điện cực cho máy EDM. Ưu điểm ở đây là đối với những điện cực có hình dáng rất phức tạp thì phương pháp gia công bằng tạo mẫu nhanh sẽ nhanh hơn nhiều so với gia công bằng CNC.
- Cuối cùng, có thể tạo khuôn trực tiếp từ công nghệ tạo mẫu nhanh. Nếu khả năng này thực hiện được hoàn hảo, có thể đó là một cuộc cách mạng trong lĩnh vực chế tạo khuôn. Hiện tại có hai khả năng: khuôn có tuổi thọ ngắn và trung bình bằng vật liệu kim loại và composite, khuôn có tuổi thọ cao hoàn toàn bằng vật liệu kim loại.
Các sản phẩm được sản xuất tốt bằng RP :
- Tạo mẫu từ những mô hình ý tưởng (Concept Models).
- Tạo mẫu từ mô hình chính xác (Form Fit Function Models).
-Tạo khuôn đúc chân không hàng loạt từ vật liệu silicon-rubber.
Các sản phẩm đang phát triển bằng RP:
- Chế tạo điện cực EDM bằng RP.
- Sản xuất trực tiếp khuôn có tuổi thọ trung bình và ngắn.
- Sản xuất trực tiếp khuôn có tuổi thọ cao.
- Sản xuất gián tiếp khuôn có tuổi thọ cao.
Các hướng nghiên cứu tiếp theo của RP:
- Tạo mẫu nền (Desktop Prototyping).
- Những vật liệu tạo mẫu mới tương tự plastics.
- Những vật liệu làm khuôn mới, đặc biệt là giảm độ co rút và cong vênh sản phẩm.
- Thiêu kết những vật liệu kim loại bằng nguồn laser cao hơn.
- Xử lý mật độ phân tử kim loại sau thiêu kết cao hơn.
- Phay bằng laser.
- Kết hợp giữa công cụ nhanh và phay tốc độ cao.
Hầu hết các vật liệu đều có thể được chế tạo bằng tạo mẫu nhanh, nhưng polyme là vật liệu được sử dụng phổ biến nhất. Nhiều phương pháp mới đang được giới thiệu và những phương pháp cũ không ngừng được cải tiến. Trong chương này xin trình bày xin trình bày một số phương pháp tạo mẫu nhanh thông dụng nhất.

ME · 25/3/2008

Trieuchau đã lấy tài liệu của tôi post lên đây? Chắc là SV DH SPKT rồi. Hienspk đã báo cho tôi biết là thầy Hoài Nam nào đó ở ĐHSPKT cho SV mấy file về cuốn Các pp gia công đặc biệt của chúng tôi (tôi và thầy Phạm Ngọc Tuấn-ĐHBK tp HCM). Hienspk đã post mấy bài nên tôi nhận ra.
Trong cuốn sách này thì chương 6 là chương RP nhưng chúng tôi đã cắt ra, không xuất bản phần này, để dành cho một cuốn khác

trieuchau · 26/3/2008

ME viết:

Em cũng ko rõ nguồn nữa, nhưng còn dài lắm ạh, đế bữa nào rảnh em post lên hết rồi thầy coi xem có phải copy của thầy ko. Mà nếu của thầy thì em sẽ trích dẫn. Thanks thầy vì những kiến thức bổ ích này

trieuchau · 26/3/2008

Em tính post lên hết phần tài liệu về RP mà em có nhưng nếu là của thầy thì em để thầy post vậy. Nếu thầy ko thích post lên thì em cũng ko làm chuyện này đâu

ME · 26/3/2008

Chuyện post bài thì không quan trọng lắm. Điều đáng nói là anh bạn đồng nghiệp Hoài Nam không biết có hỏi thầy Tuấn (chủ biên) chưa mà lấy nguyên các file của chúng tôi cho SV chép tràn lan. Tôi cũng chưa hỏi thầy Tuấn là làm sao các file này "đi lang thang như vậy".

ME · 26/3/2008

Chương về RP thực ra chỉ là 1 chương nhỏ trong bản thảo, chỉ giới thiệu sơ lược. Lúc biên soạn chúng tôi cũng chưa trau chuốt lắm, một số thuật ngữ còn chưa thống nhất. Dự định trong cuốn "Các pp gia công hiện đại" chúng tôi sẽ biên soạn kỹ lưỡng hơn phần RP.
Tuy vậy, tôi yêu cầu em không nên post nguyên văn. Tốt nhất là đừng post. ;D

trieuchau · 26/3/2008

ME viết:

Em sẽ ko post nữa, hình như file em có đã được chỉnh sửa rồi. Với lại em còn có file đầy đủ hơn vì nó đã được tổng hợp thêm nhiều nguồn tài liệu khác nữa để làm thành 1 luận văn tốt nghiệp

trieuchau · 26/3/2008

ME · 26/3/2008

Cuốn thứ 8 (tác giả Singapore) mình đọc thư viện. Họ chỉ có 1 cuốn nên không cho mượn về. Mấy cuốn kia thì chịu chết, chưa thấy trang nào post cả.

GIỚI THIỆU CÔNG NGHỆ TẠO MÂU NHANH

vnjbk

Member

trieuchau

trieuchau

trieuchau

trieuchau

trieuchau

ME

Active Member

trieuchau

trieuchau

ME

Active Member

ME

Active Member

trieuchau

trieuchau

ME

Active Member