Phân tích cơ tính của mẫu in 3D ABS với các thông số nhiệt độ môi trường in khác nhau

Bài viết này trình bày công trình nghiên cứu và đánh giá về nhiệt độ môi trường in 3D được sử dụng trong công nghệ in FDM (Fused Deposition Modeling). Công nghệ in 3D FDM (Fused deposition modeling) là công nghệ in 3D được sử dụng rất phổ biến cho các máy in 3D (in nhựa) hiện nay tại Việt Nam.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Phân tích cơ tính của mẫu in 3D ABS với các thông số nhiệt độ môi trường in khác nhau PHÂN TÍCH CƠ TÍNH CỦA MẪU IN 3D ABS VỚI CÁC THÔNG SỐ NHIỆT ĐỘ MÔI TRƯỜNG IN KHÁC NHAU Nguyễn Ngọc Dương ? , Nguyễn Thị Hoa Cúc ? 1. Viện Kỹ thuật Công nghệ, Trường Đại học Thủ Dầu MộtTÓM TẮT Bài viết này trình bày công trình nghiên cứu và đánh giá về nhiệt độ môi trường in 3D đượcsử dụng trong công nghệ in FDM (Fused Deposition Modeling). Công nghệ in 3D FDM (Fuseddeposition modeling) là công nghệ in 3D được sử dụng rất phổ biến cho các máy in 3D (in nhựa)hiện nay tại Việt Nam. Các sản phẩm in 3D không chỉ phụ thuộc vào vật liệu in, thiết kế mẫu in,chiều cao lớp, tốc độ, độ co ngót vật liệu, lưu lượng, kết dính, hỗ trợ, tản nhiệt làm mát mà cònphụ thuộc vào nhiệt độ. Trong bài viết này sẽ nghiên cứu chuyên sâu về nhiệt độ môi trường inđối với vật liệu ABS (Acrylonitrile Butadiene Styrene) để kiểm tra sự ảnh hưởng của nhiệt độ môitrường in đối với cơ tính vật liệu dựa trên đường cong ứng suất biên dạng của vật liệu. Nhiệt độmôi trường in được phân bố từ 30, 45, 60, 75. Kết quả của nghiên cứu cho thấy để mẫu in đạt cơtính tốt nhất, nhiệt độ môi trường in nên nằm trong khoảng từ 30°C đến 45°C với các thông sốnên áp dụng: nhiệt độ in 240°C, góc in 45°/-45°, mật độ lấp đầy 100% và độ dày 0,2 mm. Từ khóa: in 3D FDM; Heating chamber; Mô phỏng ké; Tension test.1. TỔNG QUAN Công nghệ in 3D FDM được phát triển bởi Scott Crump vào cuối những năm 1980. Máyin công nghệ FDM dựa trên nguyên lý bồi đắp vật liệu, vật liệu dạng sợi được nung nóng chảyở nhiệt độ thích hợp và được đùn để chảy ra ở đầu phun. Đầu phun được điều khiển bằng máytính sẽ di chuyển trên biên dạng 2D, vật liệu được phun ra sẽ hóa cứng để tạo ra một lớp in. Sauđó thực hiện xếp chồng lớp in tiếp theo lên dần dần để tạo thành mẫu 3D. Ngày nay, các nghiêncứu về công nghệ in 3D đang ngày càng được phát triển. Như các nghiên cứu của (Weng vànnk.,2016); (Wojtyla và nnk.,2017); (Rocha và nnk.,2014) ; (Żur và nnk.,2020) và (Hanemannvà nnk.,2020) về sự an toàn của công nghệ in FDM và một số ứng dụng trong thực tế của cácmẫu in 3D FDM với vật liệu ABS. Từ đó có thể thấy công nghệ in 3D đang ngày càng đượcứng dụng nhiều vào cuộc sống. Với sự đa dạng của công nghệ vật liệu, ngày càng nhiều vật liệu có khả năng in bằng côngnghệ FDM. Những vật liệu in 3D thông dụng trên thị trường như PLA, ABS, PET, PETG,PEEK, PVA, …. . Các nghiên cứu về vật liệu phù hợp để in 3D và ứng dụng của chúng đangngày càng được phát triển. Một số nghiên cứu về các vật liệu được phát triển từ công nghệ in3D như của (Dul và nnk.,2022) về ABS nanocopmposites. Tuy nhiên để có thể in tốt các vậtliệu này, cần phải có một số nghiên cứu về thông số in cho từng vật liệu như các nghiên cứucủa (Vates và nnk.,2021); (Raju và nnk.,2019); (Hamzahvà nnk.,2022) và (Zgryza vànnk.,2018). Mỗi loại vật liệu sẽ có một thông số in khác nhau. Trong đó, nhiệt độ môi trườngin có ảnh hưởng rất lớn đến chất lượng bề mặt và cơ tính của mẫu in. Tuy nhiên, các nghiêncứu về ảnh hưởng của nhiệt độ môi trường còn khá hạn chế. 629 Như nghiên cứu của (S.Ding,2019) về cơ tính của vật liệu PEEK đã chỉ ra nhiệt độ in tốtnhất là 410°C và mẫu in có cơ tính tốt nhất khi được ủ nóng sau khi in ở nhiệt độ 90°C. Mộtloại vật liệu in khác thông dụng hơn đó là ABS, tuy nhiên nhựa ABS rất dễ bị lỗi trong quá trìnhin. Từ đó các nghiên cứu để tối ưu thông số in của vật liệu ABS cũng được phát triển. Nghiêncứu của (Young-Huy Choi, 2016) về lỗi xảy ra khi thay đổi nhiệt độ bàn in đối với việc in 3Dbằng ABS đã cho thấy nhiệt độ bàn in tối ưu là 110 ? ?. Ngoài ra, nghiên cứu của (Nayan Dhakalvà nnk.,2023) về cơ tính của mẫu in bằng vật liệu ABS cho thấy mẫu in có chất lượng tốt nhấtkhi in với góc infill -45/45 độ và với tốc độ in 20mm/s. Một nghiên cứu khác của (CharoulaKousiatza và nnk.,2017) về ảnh hưởng của nhiệt độ in và nhiệt độ môi trường in đến cơ tínhcủa mẫu in bằng ABS dã cho ra được kết quả là cơ tính của mẫu in tốt nhất khi được in ở 285°Ctrong môi trường ở 70°C.2. THÍ NGHIỆM 2.1. Vật liệu in 3D Trong nghiên cứu này, sử dụng vật liệu in 3D là Acrylonitrin butadien styrene(ABS) vớicấu trúc phân tử như Hình 1. Hình 1: Cấu trúc phân tử nhựa ABS Nhựa ABS là vật liệu in 3D rất thông dụng hiện nay. Với độ bền cao, khả năng chịu vađập và biến dạng cao, nhựa ABS có rất nhiều ứng dụng trong thực tế. Tuy nhiên, sau khi trảiqua quá trình gia nhiệt và đông cứng lại khi đi qua đầu in, cơ tính của vật liệu sẽ bị thay đổi.Nghiên cứu này sẽ kiểm tra cơ tính của nhựa sau khi in với các mức nhiệt độ môi trường inkhác nhau. 2.2.Thiết lập thí nghiệmMẫu in để thực hiện thí nghiệm kéo với các kích thước như hình 2 được thiết kế trên phần mềmvà được gia công bằng máy in ...