Cấu Tạo Và Nguyên Lý Hoạt động Của Máy In 3D - AIE

Có thể bạn quan tâm

Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của máy in 3D

Máy in 3D là gì

In 3D hay sản xuất bồi đắp là quá trình tạo ra một vật thể ba chiều từ một tệp thiết kế kỹ thuật số. Hiểu một cách sâu hơn, nguyên lý máy in 3D bao gồm cắt một file thiết kế CAD thành các lớp riêng biệt và sau đó chế tạo sản phẩm theo từng lớp. Trong công nghệ in FFF, vật liệu in 3D được ép đùn qua một đầu phun, đầu in sẽ đặt nhựa theo các đường chạy hình thành từng lớp của sản phẩm.

Nguyên lý này trái ngược với gia công cắt gọt, đó là cắt tỉa / làm rỗng một miếng phôi hình khối cơ bản bằng kim loại hoặc nhựa. In 3D cho phép bạn tạo ra các hình dạng phức tạp mà sử dụng ít vật liệu hơn các phương pháp sản xuất truyền thống.

Vậy máy in 3D có cấu tạo thế nào? Hãy cùng AIE tìm hiểu vềnguyên lý hoạt động, và những yếu tố ảnh hưởng tới độ chính xác của mẫu in 3D.

Cấu tạo của máy in 3D

Mặc dù máy in FDM khác nhau về kích thước, vật liệu và chức năng, nhưng hầu như chúng đều có ba thành phần chính. Chức năng của mỗi thành phần này quyết định chất lượng sản phẩm in.

Thành phần chính của máy in 3D Markforged

Đầu in và hệ thống ép đùn: Hệ thống chịu trách nhiệm gia nhiệt và đùn vật liệu in 3D bằng nhựa nhiệt dẻo thông qua một vòi phun để tạo thành chi tiết. Các yếu tố như kích thước vòi phun và tốc độ đùn nhựa sẽ tác động đến độ chính xác mà máy in có thể đạt được, cũng như tốc độ in.

Bàn in và hệ thống chuyển động trục Z: Bàn in là nơi chứa sản phẩm in, đầu in sẽ ép đùn vật liệu lên bàn in. Trong quá trình in, hệ thống chuyển động trục Z di chuyển bàn in theo từng bước, bằng nhau để tạo ra các lớp cấu thành chi tiết in. Độ chính xác của các động cơ điều khiển hệ thống chuyển động Z kiểm soát độ phân giải và chất lượng của chi tiết theo trục Z.

Hệ thống chuyển động XY: Giàn in trực tiếp điều khiển chuyển động X và Y của đầu in. Nó có trách nhiệm cho việc “vẽ” từng lớp in 2D theo đúng như thiết kế của chi tiết. Độ chắc chắn của giàn in và chất lượng của động cơ và cảm biến điều khiển cùng với bàn in sẽ quyết định độ chính xác của một chi tiết in 3D.

Nguyên lý máy in 3D là gì?

Để một máy in 3D hoạt động, cần có hệ thống phần mềm điều khiển. Phần mềm sẽ xử lý thiết kế CAD (tệp STL), chia nó thành các lớp, sau đó tính toán và tạo đường chạy cho đầu in của mỗi lớp in. Máy in 3D công nghệ FFF sẽ ép đùn nhựa theo như đường chạy đã định sẵn. Tại điểm khởi đầu, bàn in được đặt ở độ cao nhất định và hệ thống chuyển động trục XY sẽ di chuyển đầu in theo như bản thiết kế. Hết một lớp in, hệ thống trục Z sẽ di chuyển bàn in để máy in tiếp tục thực hiện in lớp in tiếp theo, đè lên trên lớp in ban đầu.

Mô phỏng máy in 3D đang hoạt động và hình thành nên chi tiết in theo từng lớp

Ngoài vật liệu nhựa chính, in 3D có sử dụng vật liệu hỗ trợ (support). Vật liệu support này sẽ được sử dụng khi cần in các lỗ rỗng, phần nhô ra ngoài… Vật liệu này đóng vai trò là một dàn đỡ, được tạo tự động với một số dạng khác nhau: cùng một vật liệu giống như vật liệu chính và dễ dàng được bóc tách sau khi in, vật liệu support tan được trong nước, sản phẩm in sẽ được nhúng trong bồn sau khi in để tan chảy sau khi. Máy in có vật liệu support sẽ sử dụng vòi phun khác.

Bản chất từng lớp của quy trình in 3D sẽ làm cho chi tiết in 3D sẽ có xu hướng đẳng hướng ngang. Trong khi các vật liệu đẳng hướng đều có cơ tính đồng nhất theo mọi hướng, vật liệu đẳng hướng ngang có hai cơ tính khác nhau, một theo một trục và tính cơ học khác theo trục vuông góc với nó. Điều này đồng nghĩa với việc các chi tiết in 3D có độ cứng trục XY tốt hơn ở trục Z. Đây là lý do tại sao việc xem xét hướng in trong quá trình thiết kế là vô cùng quan trọng.

Các chi tiết in 3D cứng hơn theo chiều XY, song song với bàn in so với chiều trục Z vuông góc với bàn in.

Cấu trúc lõi bên trong (infill) của chi tiết in 3D

Trong khi lớp vỏ của một chi tiết xác định hình dạng và độ chính xác, thì cấu trúc lõi bên trong (infill) là vô cùng quan trọng trong việc xác định hiệu suất in của chi tiết. Infill được tối ưu hóa cho độ bền và chất lượng in, và thường được tạo hình lưới tổ ong. Thông thường, là các lưới hình tam giác đan xen nhau vì tính chất phân phối tải hoàn hảo của chúng, nhưng các hình dạng khác cũng có thể được sử dụng. Việc thay đổi hình dạng và mật độ của infill bên trong sẽ thay đổi khối lượng và (thường là giảm) độ cứng của chi tiết. Người dùng phải tính toán về khối lượng và hiệu suất chi tiết, để sử dụng infill phù hợp, trước khi tiến hành in 3D.

‍Các chi tiết in 3D thường được thiết kế có độ rỗng và lõi bên trong có dạng lưới tổ ong để tiết kiệm vật liệu, chi phí và thời gian in.

Sợi gia cố liên tục thay thế cho sợi nhựa thông thường sẽ cải thiện đáng kể tính chất cơ học. Tại một số lớp in bên trong, bạn có thể thay thế sợi nhựa bằng các sợi liên tục được định tuyến tự động. Độ bền của các sợi này tùy thuộc vào hướng in, số lượng sợi liên tục bạn thêm vào, vị trí sợi liên tục và loại sợi được chọn.

Các sợi composite liên tục có thể được đặt ở bên trong chi tiết, làm cho sản phẩm in mạnh hơn, cứng hơn và bền hơn.

Máy in 3D Markforged hỗ trợ việc đan xen, in cả vật liệu nhựa và vật liệu liên tục trong một chi tiết. Việc gia cố thêm cho sợi nhựa bằng bất kỳ sợi liên tục nào sẽ tăng cường độ cứng, độ bền và mỗi sợi được tối ưu hóa hơn nữa cho các ứng dụng chịu tải cụ thể.

Tham khảo thêm về các sợi composite:

Liên hệ ngay với AIE để được hỗ trợ và tư vấn về sản phẩm máy in 3D composite của Markforged

Cấu Tạo Và Nguyên Lý Hoạt động Của Máy In 3D - AIE