Nghiên cứu chế tạo máy in 3D thích hợp cho vật liệu in hệ gốm sứ

Nội dung bài viết trình bày quá trình nâng cao quy mô và phát triển một cách có hiệu quả việc sử dụng công nghệ in 3D với vật liệu mực in gốm sứ ứng dụng vào thực tế với mục đích tạo hình, trang trí mỹ thuật công nghiệp hoặc dân dụng. Mời các bạn tham khảo!
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Nghiên cứu chế tạo máy in 3D thích hợp cho vật liệu in hệ gốm sứ See discussions, stats, and author profiles for this publication at: https://www.researchgate.net/publication/332036208 Nghiên cứu chế tạo máy in 3D thích hợp cho vật liệu in hệ gốm sứ Conference Paper · March 2019 CITATIONS READS 0 56 3 authors, including: Huynh Ngoc Tri Nguyen Khanh-Son Nguyen Tokyo University of Science Ho Chi Minh City University of Technology (HCMUT) 18 PUBLICATIONS   16 CITATIONS    63 PUBLICATIONS   44 CITATIONS    SEE PROFILE SEE PROFILE Some of the authors of this publication are also working on these related projects: Concrete waterproofing solution by using microbially induced CaCO3 precipitation View project Recycling steelmaking slag as a supplementary cementitious material in mortar/concrete (Tái chế xỉ lò luyên thép như một thành phần phụ gia khoáng hoạt tính thay thế xi-măng trong bêtông, vữa) View project All content following this page was uploaded by Huynh Ngoc Tri Nguyen on 28 March 2019. The user has requested enhancement of the downloaded file. HỘI NGHỊ KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ TRẺ BÁCH KHOA 2019 1 NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO MÁY IN 3D THÍCH HỢP CHO VẬT LIỆU IN HỆ GỐM SỨ KS. Triệu Chí Cân, KS. Nguyễn Minh Thiện, KS. Lê Quan Thiên Toàn, Đàm Mạnh Quyền, KS. Trần Anh Tú, ThS. Nguyễn Ngọc Trí Huỳnh, TS. Nguyễn Khánh Sơn  Tóm tắt— Với những tiến bộ không ngừng của các ngành công nghiệp hiện đại ngày nay, trong đó phải kể đến “Cách mạng công nghiệp 4.0”, đã tác động mạnh mẽ đến hầu hết các lĩnh vực trên toàn thế giới. Không nằm ngoài xu thế đó, máy in 3D là một trong những thành tựu kỹ thuật đóng vai trò quan trọng. Có thể thấy tiềm năng và tầm ảnh hưởng trong tương lai gần của phương pháp in 3D đối với ngành vật liệu nói chung, vật liệu silicat nói riêng, đặc biệt ứng dụng trong thi công và tạo hình trong các ngành xây dựng, dân dụng. Trong phạm vi nghiên cứu này, chúng tôi chế tạo máy in ở quy mô phòng thí nghiệm với đầu phun và hệ thống cấp liệu đùn ép phù hợp cho loại vật liệu dẻo, như gốm sứ. Các chuyển động của hệ thống in được mã hóa và điều khiển thông qua bo mạch chủ, dựa trên phần mềm điều khiển Mach3, và kết hợp cùng các động cơ bước và bộ truyền động trục cho cả 3 chiều in. Với thiết kế này, kích thước mẫu cho phép đạt được 200x300x300mm. Hệ thống cấp liệu được thiết kế độc lập dựa trên quá trình đùn ép của cụm thiết bị xy-lanh và pit-tông. Từ các tính toán thành phần phối liệu, tỷ lệ nguyên liệu dẻo/gầy, các mẫu thành phẩm được tạo hình qua máy in có nhiều hình dạng khác nhau, với mức độ phức tạp trong chi tiết và tốc độ thực hiện cao. Từ các kết quả bước đầu thu được, có thể nâng cao quy mô và phát triển một cách có hiệu quả việc sử dụng công nghệ in 3D với vật liệu mực in gốm sứ ứng dụng vào thực tế với mục đích tạo hình, trang trí mỹ thuật công nghiệp hoặc dân dụng. Từ khóa— máy in 3D, cách mạng công nghiệp 4.0, vật liệu gốm sứ, mực in 3D, silicat. KS. Triệu Chí Cân, Khoa công nghệ Vật liệu, Đại học Bách khoa Tp. Hồ Chí Minh (HCMUT), tòa nhà C4, 268 Lý Thường Kiệt, Quận 10, Tp. Hồ Chí Minh (e-mail: canchitrieu@gmail.com). ThS. Nguyễn Ngọc Trí Huỳnh, Khoa công nghệ Vật liệu, Đại học Bách khoa Tp. Hồ Chí Minh (HCMUT), tòa nhà C4, 268 Lý Thường Kiệt, Quận 10, Tp. Hồ Chí Minh. Hiện đang học tập và làm việc tại Bộ môn Kiến Trúc, Đại học khoa học Tokyo (TUS) (e-mail: nnthuynh@hcmut.edu.vn). TS. Nguyễn Khánh Sơn, Khoa công nghệ Vật liệu, Đại học Bách khoa Tp. Hồ Chí Minh (HCMUT), tòa nhà C4, 268 Lý Thường Kiệt, Quận 10, Tp. Hồ Chí Minh (e-mail: ksnguyen@hcmut.edu.vn). 1 TỔNG QUAN VÀ GIỚI THIỆU KỸ THUẬT IN 3D Công nghệ in 3D được phát hiện và bắt đầu nghiên cứu vào những năm 1980. Charles Chuck Hull được xem là người chế tạo thành công chiếc máy in 3D đầu tiên. Máy in dựa trên nguyên lý quang khắc lập thể (Stereolithography Apparatus – SLA) [1, 2]. Những thập kỷ sau đó, công nghệ này dần phát triển và lan rộng ra khắp thế giới, được cải tiến thành nhiều loại hình khác nhau và ứng dụng trong nhiều lĩnh vực như tạo hình gốm sứ, xây dựng, y tế và nhiều ngành công nghiệp khác [3, 4]. Hiện nay, kỹ thuật in 3D được biết đến với nhiều tên gọi khác nhau: Layered Manufacturing, Rapid Prototyping, Solid Freeform Fabrication, nhưng tên gọi phổ biến nhất là AM – Additive Manufacturing [4]. Theo tiêu chuẩn ASTM 52900:2015, kỹ thuật AM được chia thành bảy loại khác nhau (hình 1): (1) phun chất kết dính (binder jetting); (2) hàn đắp bằng năng lượng định hướng (directed energy deposition); (3) đùn ép vật liệu (material extrusion); (4) phun vật liệu (material jetting); (5) buồng nung bột (powder bed fusion); (6) cán cắt tấm (sheet lamination); (7) bể quang hóa polymer (vat photopolymerization). Mặc dù kỹ thuật trên được phân thành nhiều nhóm khác nhau, nhưng tổng thể nguyên lý hoạt động hầu như giống nhau (hình 2). Bước đầu tiên cũng là bước tiên quyết chính là thiết kế hình dạng mẫu vật bằng các phần mềm trên máy tính, đồng thời chuyển đổi các tập tin trên về dạng tập tin có thể in được thông qua các phần mềm CAD/CAM chuyên dụng (cắt mô hình mẫu vật thành một chuỗi các lớp). Sau đó, tập tin đã chuyển đổi được đưa sang hệ thống điều khiển và thực hiện thao tác in. Quá trình in sẽ diễn ra trên từng lớp một, tương ứng với các lớp trong tập tin đã chuyển đổi trên. Trong đó, phụ thuộc vào các kỹ thuật in khác nhau mà máy in có thể được nạp nguyên liệu vào và in trực tiếp hoặc sử dụng nguồn laser để đóng rắn nguyên liệu, hoặc sử dụng những phương pháp, cơ chế khác. Sau cùng, sản phẩm có thể tiếp tục được xử lý sau khi in (xử lý bề mặt, làm nguội hoặc gia nhiệt để kết HỘI NGHỊ KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ TRẺ BÁCH KHOA 2019 khối sản phẩm) để hoàn thiện, đáp ứng yêu cầu kỹ thuật [5]. Trong môi trường sản xuất đa dạng ngày nay, kỹ thuật AM trở thành một công cụ mang lại khả năng cạnh tranh mạnh mẽ, kết hợp toàn diện từ thiết kế đến chế tạo theo yêu cầu của khách hàng, mức độ chính xác của sản phẩm cao và tốc độ tạo hình nhanh. Với sự đa dạng về vật liệu có thể sử d ...