Bài thuyết minh hoàn chỉnh môn thiết kế ngược

ĐỀ TÀI

Nghiên cứu công nghệ thiết kế

ngược và ứng dụng vào quá trình

tạo mẫu nhanh

Giáo viên hướng dẫn : Sinh viên thực hiện : Trần Ngọc Tú

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI

Trần Ngọc Tú Lớp:Tự Động Hóa Thiết Kế Cơ Khí – K46 1

MỤC LỤC Trang

MỤC LỤC............................................................................................................. 1 DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT ...................................................................... 3 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ TRONG ĐỒ ÁN .................................................. 4 LỜI NÓI ĐẦU ...................................................................................................... 8 PHẦN I: CÔNG NGHỆ THIẾT KẾ NGƯỢC (REVERSE ENGINEERING) VÀ ỨNG DỤNG THIẾT KẾ LẠI MỘT SỐ CHI TIẾT TRONG LĨNH VỰC CƠ KHÍ........................................................................................................................ 9 CHƯƠNG I : TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ THIẾT KẾ NGƯỢC............... 9

1.1. Giới thiệu về công nghệ thiết kế ngược...................................................... 9 1.1.1. Khái niệm ............................................................................................. 9 1.1.2. Ưu nhược điểm của công nghệ thiết kế ngược .................................. 13

2.1. Qui trình công nghệ thiết kế ngược .......................................................... 13 3.1. Qui trình mô hình hóa mẫu sản phẩm đã có sẵn theo công nghệ thiết kế ngược ............................................................................................................... 15

3.1.1. Giai đoạn số hóa sản phẩm................................................................. 15 3.1.2. Giai đoạn sử lý số liệu dữ hóa............................................................ 16 3.1.3. Thiết kế lại trên cơ sở dữ liệu số hóa ................................................. 16 3.1.4. Tạo mẫu, gia công chi tiết .................................................................. 16

4.1. Phương pháp và thiết bị số hóa trong công nghệ thiết kế ngược. ............ 17 4.1.1. Phương pháp đo tiếp xúc.................................................................... 17 4.1.2. Phương pháp đo không tiếp xúc......................................................... 19

5.1. Các ứng dụng của công nghệ thiết kế ngược............................................ 20 CHƯƠNG II : ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ THIẾT KẾ NGƯỢC THIẾT KẾ LẠI VỎ MÁY KHOAN PHÁ............................................................................. 24

2.1. Lựa chọn chi tiết và thiết bị ...................................................................... 24 2.2. Số hóa sản phẩm bằng máy quét 3D ATOS I.......................................... 25

2.2.1. Thiết bị số hóa ATOS I ...................................................................... 25 2.2.2. Sử dụng phần mềm ATOS -V6.2.0.3 ................................................. 27

3.2. Ứng dụng phần mềm Rapid Form XO Redesign (XOR) thiết kế lại mô hình CAD trên cơ sở dữ liệu số hóa ................................................................ 31

3.2.1. Giới thiệu về phần mềm XOR............................................................ 31 3.2.2. Các chế độ làm việc của Rapid form XOR........................................ 33 3.2.3. Quá trình sử dụng phần mềm XOR trong xử lý dữ liệu scan, xây dựng mô hình CAD cho chi tiết mẫu quét............................................................. 34 3.2.3.1. Xử lý lưới dữ liệu (Mesh Editing) ................................................... 34 3.2.3.2. Phân mảng vùng dữ liệu (Region Group) ....................................... 36 3.2.3.3. Xây dựng hoàn chỉnh mô hình CAD............................................... 37 3.2.3.4. Xuất file CAD cho các phần mềm CAD CAM khác ...................... 57

4.2. Đánh giá sai số thiết kế ............................................................................. 58 4.2.1. Các phương pháp đánh giá sai số thiết kế .......................................... 58 4.2.2. Đánh giá sai số giữa mô hình CAD đã thiết kế với dữ liệu số hóa.... 60

5.2. Một vài mô hình CAD được thiết kế lại từ dữ liệu số hóa ....................... 63



PHẦN II : CÔNG NGHỆ TẠO MẪU NHANH................................................. 64 CHƯƠNG III : TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ TẠO MẪU NHANH.......... 64

3.1. Giới thiệu kỹ thuật tạo mẫu nhanh ........................................................... 64 3.2. Các bước công nghệ trong tạo mẫu nhanh ............................................... 65

3.2.1. Mô hình hoá CAD .............................................................................. 65 3.2.2. Xuất sang dạng file.STL..................................................................... 65 3.2.3. Tạo các chân đỡ sản phẩm ................................................................. 65 3.2.4. Cắt lát ................................................................................................. 66 3.2.5. Chế tạo................................................................................................ 66 3.2.6. Loại bỏ vật liệu thừa, hoàn thiện và làm sạch vật thể chế tạo ........... 66 3.2.7. Xử lý sau chế tạo ................................................................................ 67 3.2.8. Hoàn thiện chi tiết .............................................................................. 67

3.3. Các công nghệ tạo mẫu nhanh .................................................................. 67 3.3.1. Các công nghệ tạo mẫu nhanh sử dụng vật liệu ở dạng lỏng............. 67 3.3.2. Các công nghệ tạo mẫu nhanh sử dụng vật liệu ở dạng bột............... 68 3.3.3. Các công nghệ tạo mẫu nhanh sử dụng vật liệu ở dạng tấm.............. 68

4.3. Dữ liệu đầu vào trong công nghệ tạo mẫu nhanh ..................................... 68 5.3. Ứng dụng của công nghệ tạo mẫu nhanh ................................................. 69

5.3.1. Đúc khuôn vỏ mỏng ........................................................................... 69 5.3.2. Chế tạo dụng cụ .................................................................................. 69 5.3.3. Tạo mẫu nhanh trong chế tạo sản xuất............................................... 69 5.3.4. Ứng dụng tạo mẫu nhanh trong y học................................................ 69

CHƯƠNG IV: MỘT SỐ CÔNG NGHỆ TẠO MẪU NHANH ĐIỂN HÌNH... 71 4.1. Công nghệ tạo mẫu nhanh SLA................................................................ 71 4.2. Công nghệ tạo mẫu nhanh SLS ................................................................ 73 4.3. Công nghệ tạo mẫu nhanh LOM .............................................................. 76 4.4. Công nghệ tạo mẫu nhanh SGC .............................................................. 78 4.5. Tạo mẫu nhanh bằng công nghệ in 3 chiều .............................................. 80

CHƯƠNG V: ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ TẠO MẪU NHANH ĐỂ CHẾ TẠO MỘT SỐ SẢN PHẨM TRÊN MÁY TẠO MẪU SPECTRUM Z510 ............... 83

5.1. Các chỉ tiêu kỹ thuật của máy................................................................... 83 5.1.1. Thông số kỹ thuật của máy Z510....................................................... 83 5.1.2. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của máy Spectrum Z510 ................ 83

5.2. Tạo mẫu một số sản phẩm ........................................................................ 86 5.3. Một vài sản phẩm được in trên máy Spectrun Z510 ( Z – Zcorp )........... 90

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ............................................................................. 91 TÀI LIỆU THAM KHẢO................................................................................... 93



DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT - RE (Reverse Engineering) : Công nghệ thiết kế ngược hay công nghệ

đảo chiều, công nghệ chép mẫu.

- CAD (Compurter Aided Design) : Thiết kế với sự trợ giúp của máy tính

(CAD còn được định nghĩa là Compurter Aided Drawing – Công cụ trợ giúp vẽ

trên máy vi tính).

- CAM (Compurter Aided Manufacturing): Lĩnh vực sử dụng máy tính

để tạo chương trình điều khiển hệ thống sản xuất, kể cả trực tiếp điều khiển các

thiết bị, hệ thống đảm bảo vật tư, kỹ thuật .

- CAE (Computer Aided Engineering): Tính toán kỹ thuật với sự trợ giúp

của máy tính. CAD và CAE thường gắn liền với nhau vì thiết kế sản phẩm gắn

liền với thử nghiệm, mô phỏng hoạt động của sản phẩm.

- CAPP (Computer Aided Process Planning): Lĩnh vực sử dụng máy tính

trợ giúp thiết kế quá trình công nghệ chế tạo sản phẩm (thường được gọi là

chuẩn bị công nghệ).

- RP (Rapid Propotyping): Bao gồm các phương pháp gia công tạo mẫu

nhanh .

- CNC (Computerized Numerical Control): Máy gia công điều khiển số

có sự trợ giúp của máy tính trong việc vận hành và lập trình gia công.



DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ TRONG ĐỒ ÁN

STT Tên hình vẽ Trang

Hình 1.1 Qui trình lấy mẫu áp dụng công nghệ thiết kế ngược 11

Hình 1.2 Quy trình thiết kế thuận và Quy trình thiết kế ngược 14

Hình 1.3 Mô hình hóa chi tiết mặt người 16

Hình 1.4 Phay mặt người trên máy CNC 16

Hình 1.5 Máy đo và đầu đo dùng trong phương pháp đo tiếp xúc 18

Hình 1.6 Mô hình máy quét ánh sáng trắng 19

Hình 1.7 Công nghệ RE dựng mô hình CAD cho các tác phẩm nghệ thuật

20

Hình 1.8 Ứng dụng công nghệ tái tạo lấy mẫu hoa văn thủ công 20

Hình 1.9 Ứng dụng RE thiết kế lại sản phẩm cơ khí phức tạp 21

Hình 1.10 Ứng dụng công nghệ thiết kế ngược lấy mẫu mặt người

và động vật 22

Hình 1.11 Ứng dụng RE trong khảo cổ học 22

Hình 1.12 Ứng dụng RE tạo mảnh sọ não dùng trong y học 22

Hình 1.13 Sử dụng RE thiết kế nhân vật và môi trường trong Game 23

Hình 2.1 Mô hình chi tiết thiết kế lại. 24

Hình 2.2 Máy quét ánh sáng trắng ATOS I 25

Hình 2.3 Hình vẽ thể hiện các bướ khi quét mẫu 27

Hình2.4 Kết quả quét mặt trên của mẫu 28

Hình 2.5 Kết quả quét mặt dưới của mẫu 28

Hình 2.6 Mẫu quét hoàn chỉnh ở nhìn ở các góc độ khác nhau 30

Hình 2.7 Các chế độ làm việc của Rapid From 33

Hình 2.8 Các công cụ xử lý dữ liệu 34

Hình 2.9 Xử lý dữ liệu quét 35



Hình 2.10 Phân vùng tự động 36

Hình 2.11 Hình ảnh của chi tiết sau khi phân vùng hoàn chỉnh 36

Hình 2.12 Hình ảnh chi tiết sau chọn hệ tọa độ hoàn chỉnh 37

Hình 2.13 Tạo bề mặt Surface phane1 37

Hình 2.14 Phác thảo biên dạng khối đặc. 38

Hình 2.15 Biểu tượng của các thanh lệnh trong Mesh Sketch. 38

Hình 2.16 Biên dạng Sketch chủa khối đặc. 38

Hình 2.17 Tạo khối đặc bằng lệnh Extrude 39

Hình 2.18 Mô hình kết quả của bước 2 39

Hình 2.19 Xây dựng bề mặt Surface Sphere1 40

Hình 2.20 Một số bề mặt Surface khác 40

Hình 2.21 Xây dựng bề mặt Surface Cylinder1 41

Hình 2.22 Tạo bề mặt bằng lệnh Surface Offset 41

Hình 2.23 Mô hình tổng thể của các bề mặt được tạo 42

Hình 2.24 Bề mặt Surface trước và sau khi thực hiện lệnh Trim Surface

42

Hình 2.25 Bề mặt của các Surface sau khi cắt 43

Hình 2.26 Mô hình khối trước và sau khi thực hiện lệnh cắt 43

Hình 2.27 Kết quả mô hình sau lệnh Cut 44

Hình 2.28 Dán bề mặt bằng lệnh Sew 44

Hình 2.29 Mặt trên của chi tiết trước và sau khi thự hiện lệnh Boolean

44

Hình 2.30 Thao tác lệnh Hollow 44

Hình 2.31 Kết quả tạo độ dày cho các cạnh từ dừ liệu Scan 45

Hình 2.32 Các phần cần thiết kế ở bước 3 46

Hình 2.33 Mô hình kết quả của bước 4 46

Hình 2.34 Qui trình xây dựng khối trụ tròn 47

Hình 2.35 Mô hình kết quả mặt trên của chi tiết 48

Hình 2.36 Mặt dưới của chi tiết đã được số hóa 49



Hình 2.37 Mô hình cần dựng lại ở bước 5 nhìn ở các góc độ khác nhau

50

Hình 2.38 Tạo mặt phẳng sử dụng lệnh Surface Offset và Extend. 50

Hình 2.39 Các mặt phẳng được tạo ra bằng Surface Offset 51

Hình 2.40 Kết quả của lần cắt thứ nhất 51

Hình 2.41 Kết quả của lần cắt thứ 2 51

Hình 2.42 Tạo mặt phẳng bằng Surface Extrude 52

Hình 2.43 Mặt phẳng tạo ra dùng để cắt khối 52

Hình 2.44 Kết quả của bước 5 tạo hốc cho chi tiết 52

Hình 2.45 Tạo khối trụ tròn từ số liệu số hóa 53

Hình 2.46 Qui trình thực hiện bước 3. 53

Hình 2.47 Mô hình kết quả của bước 4 và bước5 54

Hình 2.48 Chỉnh sửa bằng lệnh Fillet 55

Hình 2.49 Toàn bộ mặt trên của chi tiết 56

Hình 2.50 Toàn bộ mặt dưới của chi tiết 56

Hình 2.51 Cửa sổ Export 57

Hình 2.52 Sơ đồ đánh giá sai số 58

Bảng 2.53 Các dụng cụ đo chính xác 59

Hình 2.54 Đánh giá sai số giữa mô hình CAD(mặt trên) đã thiết kế

với dữ liệu số hóa. 60

Hình 2.55 Đánh giá sai số giữa mô hình CAD(mặt dưới) đã thiết kế

với dữ liệu số hóa 61

Hình 2.56 Bản đố màu cập nhật mô hình sau khi giảm giới hạn

dung sai 61

Hình 2.57 Accuracy Analyzer trong hỗ trợ bắt điểm , tạo phác thảo

3D 62

Hình 2.58 Một vài mô hình CAD được xây dựng lại trên phần mềm

Rapidfom XO 63

Hình 4.1 Máy tạo mẫu nhanh SLA 71



Hình 4.2 Nguyên lý hoạt động của phương pháp SLA 72

Hình 4.3 Máy tạo mẫu nhanh SLS 73

Hình 4.4 Nguyên lý hoạt động của phương pháp SLS 74

Hình 4.5 Nguyên lý hoạt động của phương pháp LOM 76

Hình 4.6 Máy in 3 chiều 80

Hình 4.7 Cấu tạo máy in 3 chiều 81

Hình 5.1 Cấu tạo thiết bị tạo mẫu nhanh Spectrum Z510 3D

Printer 83

Hình 5.2 Cấu tạo thiết bị tạo mẫu nhanh Spectrum Z510 3D

Printer 84

Bảng 5.3 Cấu tạo thiết bị làm sạch chi tiết mẫu, hoàn thiện lần

cuối ZD 84

Hình 5.4 Sơ đồ nguyên lý hoạt động của thiết bị Spectrum Z510 85

Hình 5.5 Mô hình CAD của chi tiết dùng để tạo mẫu 86

Hình 5.6 Các bược chuẩn bị cho máy tạo mẫu nhanh 87

Hình 5.7 Phần mềm đi của máy in Spectrum Z510 87

Hình 5.8 Mô hình CAD được gọi vào phần mềm 88

Hình 5.9 Thiết lập chế độ in cho máy 88

Hình 5.10 In chi tiết 89

Hình 5.11 Lấy mẫu và làm sạch mẫu in 89

Hình 5.12 Một vài sản phẩm cơ khí được in trên máy tạo mẫu

nhanh 90

Hình 5.13 Sản phẩm tạo mẫu nhanh trong lĩnh vực kiến trục và công nghệ thông

90



LỜI NÓI ĐẦU Ngày nay, với sự phát triển vượt bậc của khoa học kỹ thuật đặc biệt là khoa học máy tính đã làm thay đổi căn bản mọi mặt của đời sống xã hội.Từ giữa thế kỷ 20, khi công nghệ máy tính được đưa vào áp dụng trong sản xuất đã góp phần tự động hóa sản xuất, giải phóng sức lao động cho con người, tăng năng suất cũng như chất lượng sản phẩm. Theo đó là sự ra đời của phương thức sản xuất có sự trợ giúp của máy tính và các máy công cụ được tích hợp bộ điều khiển số. Ở Việt Nam, ngoài việc công nghệ CAD /CAM đã và đang được phát triển, ứng dụng rộng rãi trong các xí nghiệp, nhà máy. Thì vài năm trở lại đây công nghệ tạo mẫu nhanh (RPM) bước đầu đã được nghiên cứu và ứng dụng ở các viện nghiên cứu, các trung tâm công nghệ cao. Công nghệ tạo mẫu nhanh (RPM) là tổ hợp của CAD, kỹ thuật thiết kế ngược RE (Reverse Engineering), tạo mẫu nhanh RP (Rapid Prototyoing) và kỹ thuật chế tạo nhanh RT(Rapid Tooling) mà RP là kỹ thuật chủ chốt. Kỹ thuật RPM là kỹ thuật tạo nên sản phẩm mới, phù hợp với xu thế toàn cầu hóa các phương diện thị trường thương mại và sản xuất, đa dạng hóa sản phẩm, đổi mới sản phẩm mẫu mã nhanh, sản phẩm công nghệ cao, phù hợp với tính cạnh tranh của thị trường ngày càng khốc liệt.

Đồ án "Nghiên cứu công nghệ thiết kế ngược và ứng dụng vào quá trình tạo mẫu nhanh" sẽ tập chung vào nghiên cứu nắm bắt qui trình công nghệ thiết kế ngược và ứng dụng vào quá trình tạo mẫu nhanh, để bắt kịp sự phát triển của công nghệ. Nội dung đồ án chia làm 2 phần :

Phần I : Công nghệ thiết kế ngược và ứng dụng thiết kế lại một số chi tiết trong lĩnh vực cơ khí .

Phần II : Công nghệ tạo mẫu nhanh. Trong quá trình làm đồ án này mặc dù đã hết sức cố gắng nhưng do hạn chế về kiến thức và thiết bị nên không tránh khỏi những thiếu sót. Em rất mong được sự góp ý, bổ xung, đóng góp ý kiến của thầy cô và bạn đọc để đồ án hoàn thiện hơn. Em xin chân thành cảm ơn thầy giáo Trương Hồng Quang trưởng bộ môn Thiết Kế Máy, cùng toàn thể thầy cô trong bộ môn Thiết Kế Máy trường ĐHGTVT đã tận tình giúp đỡ, chỉ bảo, tạo điều kiện trong suốt thời gian qua để em có thể hoàn thành đồ án này.

Em xin chân thành cảm ơn ! Sinh viên : Trần Ngọc Tú



PHẦN I: CÔNG NGHỆ THIẾT KẾ NGƯỢC (REVERSE ENGINEERING)

VÀ ỨNG DỤNG THIẾT KẾ LẠI MỘT SỐ CHI TIẾT TRONG LĨNH

VỰC CƠ KHÍ

CHƯƠNG I : TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ THIẾT KẾ NGƯỢC

1.1. Giới thiệu về công nghệ thiết kế ngược

1.1.1. Khái niệm

Trong lĩnh vực sản xuất, thông thường để chế tạo ra 1 sản phẩm, người

thiết kế đưa ra ý tưởng về sản phẩm đó, phác thảo ra sản phẩm, tiếp theo là quá

trình tính toán thiết kế, chế thử, rồi kiểm tra, hoàn thiện phác thảo, để đưa ra

phương pháp tối ưu, cuối cùng là công đoạn sản xuất ra sản phẩm. Đây chính là

chu trình sản xuất truyền thống, là phương pháp sản xuất đã được áp dụng từ

bao thế kỷ nay. Phương pháp này còn được gọi là công nghệ sản xuất

thuận(Forward Enineering). Trong vài chục năm trở lại đây với sự phát triển

với sự phát triển của công nghệ, xuất hiện 1 dạng sản xuất theo 1 chu trình mới,

đi ngược với sản xuất truyền thống, đó là chế tạo sản phẩm theo hoặc dựa trên 1

sản phẩm có sẵn. Quy trình này gọi là công nghệ thiết kế ngược (Reverse

Engineering) hay cũng được hiểu là công nghệ chép mẫu hay công nghệ chế tạo

ngược.

Công nghệ này ra đời dựa trên nhu cầu sản xuất thực tế, đôi khi người ta

cần chế tạo sản phẩm theo những mẫu có sẵn mà chưa (hoặc không) có mô hình

CAD tương ứng như các chi tiết không rõ xuất xứ, những phù điêu, bộ phận cơ

thể con người, động vật. Hay đơn giản chỉ là sao chép lại kết quả của những sản

phẩm đã khẳng định tên tuổi trên thị trường (để giảm chi phí chế tạo mẫu) hoặc

để cải tiến sản phẩm đó theo hướng mới. Để tạo được mẫu của những sản phẩm

này, trước đây người ta phải đo đạc rồi vã phác lại hoặc dựng sáp, thạch cao để

in mẫu. Các phương pháp này cho độ chính xác không cao, tốn nhiều thời gian

và công sức, đặc biệt là đối với những chi tiết phức tạp. Ngày nay người ta đã sử

dụng máy quét hình để số hóa hình dáng của chi tiết sau đó các phần mềm

CAD/CAM chuyên dụng để xử lý dữ liệu số hóa cuối cùng sẽ tạo ra được mô



hình CAD 3D cho chi tiết với độ chính xác cao. Mô hình CAD này cũng có thể

chỉnh sửa nếu cần.

Trên phạm vi rộng công nghệ thiết kế ngược được định nghĩa là hoạt động

bao gồm các bước phân tích để lấy thông tin về sản phẩm đã có sẵn (bao gồm

thông tin về chức năng các bộ phận, đặc điểm về kết cấu hình học, vật liệu, tính

công nghệ) sau đó tiến hành khôi phục lại mô hình CAD cho chi tiết hoặc phát

triển thành sản phẩm mới, sử dụng CAD/RP/CNC để chế tạo sản phẩm. Công

nghệ thiết kế ngược đã được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực như hóa học, điện

tử, xây dựng, cơ khí, y học, nghệ thuật. Ví dụ trong xây dựng, chúng ta luôn học

hỏi kỹ thuật thiết kế cũng như thi công của những công trình hoàn thiện

(Succeessful building/brige) của thế giới để giảm thiểu những sai sót. Giảm thời

gian thiết kế và tăng thêm những ưu việt cho những công trình của mình.

Trong lĩnh vực cơ khí chế tạo, công nghệ thiết kế ngược được định nghĩa

là hoạt động tạo ra sản phẩm từ các mẫu sản phẩm cho trước mà không có bản

vẽ thiết kế hoặc đã bị mất hay không rõ dàng. Sản phẩm mới được tạo ra trên cơ

sở khôi phục nguyên vẹn hoặc phát triển lên từ thực thể ban đầu .

Từ khi ra đời vào những năm 90 của thế kỷ trước, công nghệ thiết kế

ngược ( Reverse Engineering) đã được nghiên cứu, áp dụng trong nhiều lĩnh

vực phát triển nhanh sản phẩm, đặc biệt là trong lĩnh vực thiết kế mô hình 3D từ

mô hình đã có sẵn nhờ sự trợ giúp của máy tính. Kỹ thuật thiết kế ngược ngày

càng phát triển theo sự phát tiển của các phần mềm CAD/CAM. Nó luôn được

quan tâm và cũng liên tục được cải tiến để đáp ứng để đáp ứng nhu cầu của xã

hội trên nhiều lĩnh vực sản xuất. RE trở thành 1 bộ phận quan trọng của sản xuất

hiện tại. Đã có nhiều công ty của nhiều quốc gia ứng dụng hiệu quả và rất thành

công công nghệ này. Có thể thấy Trung Quốc là một điển hình. Nhiều sản phẩm

như xe máy, ô tô, máy móc hàng loạt đồ gia dụng, đồ chơi đã được sản xuất dựa

trên sự sao chép các mẫu có sẵn trên thị trường của các hãng nổi tiếng của Nhật,

Hàn Quốc như Honda, Misubishi, Toyota .(Hình 1.1 là một ví dụ minh họa)



Sản phẩm thực Sản phẩm được sơn trắng để quét mẫu

Quét mẫu bằng máy ATOS Mô hình sản phẩm sau khi quét

Mô hình hóa các bề mặt Mô hình CAD xây dựng lại Hình 1.1 : Qui trình lấy mẫu áp dụng công nghệ thiết kế ngược

Ở Việt Nam, trong những năm trở lại đây công nghệ thiết kế ngược cũng

đã được áp dụng vào sản xuất. Tuy nhiên phần lớn chưa mang tính chuyên

nghiệp. Ví dụ như các công ty sản xuất, chế tạo khuôn cho các mặt hàng nhựa,

cơ khí thường khi nhận đơn đặt hàng của các đối tác làm 1 bộ khuôn cho 1 mẫu

sản phẩm cho trước thì đa số việc số hóa mô hình lấy dữ liệu đều thực hiện 1

cách thủ công, đo vẽ bằng tay.Việc ứng dụng các thiết bị số hóa công nghệ cao

chuyên dụng, các phần mềm thiết kế ngược vẫn chưa nhiều. Chỉ có 1 số ít công



ty có thể làm theo hợp đồng như công ty Hoàng Quốc, Trung tâm dịch vụ công

nghệ 3D (3D Tech) hay các viện các trường đại học như trường Đại Học

GTVT, Đại Học Bách Khoa TP Hồ Chí Minh, Đại Học Bách Khoa Hà Nội có

máy quét 3D nhưng chủ yếu vẫn là phục cho học tập và nghiên cứu.



1.1.2. Ưu nhược điểm của công nghệ thiết kế ngược

* Ưu điểm.

+ Kiểm tra chất lượng sản phẩm bằng cách so sánh mô hình CAD với sản

phẩm, từ đó điều chỉnh mô hình hoặc các thông số công nghệ để tạo ra sản phẩm

đạt yêu cầu.

+ Mô hình CAD đựơc sử dụng như là mô hình trung gian trong quá trình

thiết kế bằng cách tạo sản phẩm bằng tay trên đất sét, thạch cao, sáp…rồi quét

hình để tạo mô hình CAD. Từ mô hình CAD này người ta sẽ chỉnh sửa theo ý

muốn.

+ Giảm bớt thời gian chế tạo dẫn tới năng suất cao.

+ Chế tạo được nguyên mẫu mà không cần bản thiết kế.

* Nhược điểm.

+ Cần có công nghệ hiện đại là các loại máy quét hình.

+ Giá thành cao.

2.1. Qui trình công nghệ thiết kế ngược

Ngày nay với sự phát triển của khoa học công nghệ hiện đại, quá trình sản

xuất sản phẩm ngày càng được chuyên môn hóa, việc chế tạo ra 1 loại sản phẩm

được chia tách thành nhiều công đoạn riêng biệt nhưng có quan hệ mật thiết với

nhau theo 1 tiêu chuẩn chung thống nhất hợp thành quy trình sản xuất. Tuy có

nhiều cải tiến mới song qui trình sản xuất hiện nay nhìn chung đều được biểu

hiện bằng 2 sơ đồ (Hình 1.2).

Trong quy trình thiết kế thuận, xuất phát từ ý tưởng thiết kế (của người

thiết kế hoặc của khách hàng mô tả sản phẩm), người thiết kế phác thảo sơ bộ

sản phẩm (bản vẽ CAD). Bản vẽ phác thảo này sẽ được tính toán, phân tích,

kiểm tra các thông số kỹ thuật, tính công nghệ (Dữ liệu được chuyển từ CAD

sang CAE). Sau đó mô hình sẽ được tối ưu hóa đưa ra bản vẽ thiết kế (bản vẽ

CAD) hoàn chỉnh. Tiếp theo qua các bước chuẩn bị công nghệ (CAPP), lập trình

gia công (CAM), mô phỏng và chế tạo thử mẫu sản phẩm bằng phương pháp tạo

mẫu nhanh (RP) hoặc trên các máy công cụ, máy CNC. Mẫu sản phẩm chế thử

này sẽ được đem đi kiểm tra thực tế xem có thỏa mãn các yêu cầu đặt ra hay



không. Nếu không đạt thì sẽ quay về chỉnh sửa lại từ bản vẽ phác thảo. Tiếp tục

quá trình trên cho tới khi mẫu sản phẩm đạt yêu cầu thì mới đưa vào sản xuất

thực sự.

Ý tưởng thiết kế Sản phẩm thực Bản vẽ phác thảo Số hóa sản phẩm Tính toán, phân tích ( CAD /CAM) Sử lý dữ liệu số hóa Tối ưu thiết kế, bản vẽ thiết kế CAD/CAM/CAE/CAPP (CAE/CAD) Chuẩn bị gia công ( CAM / CAPP) Chế thử, mô phỏng ( CNC / CAM ) Chế thử, mô phỏng (RP/ CNC/ CAM) Kiểm tra thực No No Kiểm tra thực tiễn tiễn Yes Yes Sản xuất đại trà Sản xuất đại trà Quy trình thiết kế thuận Quy trình thiết kế ngược

Hình 1.2 : Quy trình thiết kế thuận và Quy trình thiết kế ngược

Còn trong quy trình thiết kế ngược chúng ta làm ngược lại. Xuất phát

điểm là 1 mẫu sản phẩm thực tế (Physical part). Mẫu sản phẩm thực này được

số hóa và sử lý bằng các thiết bị và phần mềm chuyên dụng để đưa ra mô hình

CAD cụ thể. Sau đó được mô hình CAD cho sản phẩm rồi thì các công đoạn tiếp



theo cũng giống như chu trình sản xuất thuận trải qua các bước tính toán, phân

tích , tối ưu hóa trên các phần mềm CAE/CAM, chuẩn bị công nghệ (CAPP) gia

công tạo mẫu nhanh hoặc lập trình gia công trên máy CNC hay các máy công cụ

khác, kiểm tra thực tế cuối cùng mới đưa vào sản cùng mới đưa vào sản xuất đại

trà.

3.1. Qui trình mô hình hóa mẫu sản phẩm đã có sẵn theo công nghệ thiết kế

ngược

Quá trình mô hình hóa mẫu sản phẩm có sẵn, tạo ra các mô hình CAD cụ

thể của vật mẫu là công đoạn quan trọng và là trọng tâm của công nghệ thiết kế

ngược . Qui trình mô hình cụ thể được chia làm các giai đoạn sau :

3.1.1. Giai đoạn số hóa sản phẩm

Để số hóa sản phẩm ta dùng các máy quét hình để quét hình dạng vật thể .

Dựa theo cách thức quét hình người ta phân ra 2 dạng thiết bị quét hình chủ yếu

là các máy quét dạng tiếp xúc (như máy đo tọa độ Coordinate Measuring

Machine – CMM) và các máy quét không tiếp xúc (máy quét lazer). Các máy

CMM sử dụng các đầu đo để tiếp xúc với bề mặt cần đo. Một số vị trí tiếp xúc

sẽ cho một điểm có tọa độ (x, y, z). Tập hợp các điểm này sẽ tạo thành các lưới

điểm vẽ trên hình dáng vật thể. Còn các máy quét lazer thì sử dụng chùm tia

lazer phát ra từ máy chiếu vào vật thể. Các tia này sẽ phản xạ trở lại cảm biến

thu. Máy tập hợp các tia phản xạ này để dựng lên ảnh của vật thể. Hình dạng của

toàn bộ vật thể được ghi lại bằng cách dịch chuyển hay quay vật thể trong chùm

ánh sáng hoặc quét chùm ánh sáng ngang qua vật thể. Phương pháp này có độ

chính xác kém hơn phương pháp tiếp xúc song nhanh hơn và đầy đủ hơn. Dữ

liệu thu được không phải là lưới điểm mà là tập hợp vô vàn các khối ảnh điểm

(đám mây điểm). Đám mây điểm này sẽ chuyển sang lưới tam giác dùng để xây

dựng các bề mặt .



3.1.2. Giai đoạn sử lý số liệu dữ hóa

Giai đoạn này bao gồm 4 bước :

- Bước 1 : Chỉnh sửa lưới dữ liệu, đám mây điểm.

- Bước 2 : Đơn giản hóa lưới tam giác bằng cách giảm số lượng tam giác

và tối ưu hóa vị trí đỉnh và cách kết nối các cạnh của mỗi tam giác trong lưới sao

cho các đặc điểm hình học không thay đổi.

- Bước 3 : Chia nhỏ lưới và cắt bỏ phần thừa (đã đơn giản hóa) để tạo bề

mặt trơn theo ý muốn.

Các hình sau dây mô tả công nghệ quét đầu người:

a. Quét hình b. Dữ liệu sau quét c. Tối ưu hóa d. Dựng các bề mặt

Hình 1.3: Mô hình hóa chi tiết mặt người

3.1.3. Thiết kế lại trên cơ sở dữ liệu số hóa

Trên cơ sở dữ liệu số hóa đã sử lý ta dựng lại mô hình CAD cho sản phẩm

dạng Soid hoặc dạng Surface bằng các phần mềm chuyên dụng (Phần mềm thiết

kế ngược). Kết quả cuối cùng ta nhận được một bề mặt trơn và được chuyển vào

file CAD với các định dạng: IGES, DXF, STL (hình1.3d).

3.1.4. Tạo mẫu, gia công chi tiết

Từ dữ liệu mô hình CAD, có thể áp dụng công nghệ tạo mẫu nhanh

(Rapid Prototyping) đế tạo ra mẫu cho sản phẩm. Cũng có thể tạo mẫu trên máy

CNC, khi đó phải lập trình NC nhờ các phần mềm CAD/CAM chuyên nghiệp

như Cimatron, Pro/Engineer, GibCAM, để tạo ra các đường chạy dao. Hình

dưới đây minh họa quá trình gia công mặt người trên máy phay CNC :

Hình 1.4 : Phay mặt người trên máy CNC



4.1. Phương pháp và thiết bị số hóa trong công nghệ thiết kế ngược.

Sự khác biệt lớn nhất và chủ yếu giữa công nghệ thiết kế thuận và thiết kế

ngược chính là công đoạn số hóa sản phẩm. Số hóa sản phẩm tức là lấy dữ liệu

hình học của sản phẩm ở dạng dữ liệu thô ban đầu (Raw Geometric Data). Đối

với thiết kế thuận đó chính là ý tưởng, phác thảo ý tưởng. Còn đối với thiết kế

ngược thì dữ liệu thô ban đầu được lấy từ 1 sản phẩm có sẵn. Trước đây, để đưa

ra mô hình CAD cho chi tiết có sẵn theo công nghệ thiết kế ngược, người ta phải

đo dò trực tiếp bằng tay, rồi vẽ lại kết quả đo được. Công việc này đòi hỏi sự tỉ

mỉ và tốn rất nhiều thời gian. Ngày nay, nhờ sự trợ giúp của máy tính việc mô

hình CAD hóa 1 sản phẩm trở nên cực kỳ đơn giản, chính xác và nhanh chóng.

Việc số hóa bề mặt 3D cho sản phẩm được thực hiện theo 2 phương pháp chủ

yếu: Phương pháp đo tiếp xúc(phương pháp cơ học) và Phương pháp đo không

tiếp xúc (phương pháp quang học).

4.1.1. Phương pháp đo tiếp xúc

a.Khái niệm.

Đây là phương pháp thường dùng 1 đầu đo cơ khí trượt trên bề mặt chi

tiết theo lưới định trước và liên tục ghi lại tọa độ nhận được.

Công cụ chủ yếu của phương pháp này chính là các máy đo tọa độ 3 chiều

(Coordinate Mesuring Machine – CMM) là tên gọi chung của các thiết bị vạn

năng có thể thực hiện việc đo các thông số hình theo phương pháp tọa độ.

Có hai máy đo tọa độ thông dụng là máy đo bằng tay (đầu đo được dẫn

động bằng tay) và máy đo CNC (đầu đo được điều khiển tự động bằng chương

trình số).

b. Ưu nhược điểm của phương pháp đo tiếp xúc.

* Ưu điểm:

- Do nguyên tắc đo từng điểm trên đối tượng nên độ chính xác cao, hoạt

động của máy theo nguyên tắc hành trình nên máy có độ chính xác đến phần vạn

(0.1 µm -0.5 µm )

- Tính tự động hóa cao: Có thể đo tự động trong cả quá trình đo.



- Kết quả đo là các file có nhiều định định dạng tiêu chuẩn như IGS,

Step, Stl … thích hợp với các phần mềm thiết kế 3.

- Dễ xử lý kết quả đo: Kết quả đo là tập hợp các đường curve thuận lợi tạo

các mặt trên các phần mềm thiết kế 3D.

- Đầu đo đa dạng phù hợp với các đối tượng đo.

* Nhược điểm :

- Hạn chế đo các rãnh hẹp, cạnh sắc, có kích thước nhỏ hơn bán kính đầu

đo

- Tốc độ đo không cao: Chỉ từ 10 đến 1000 điểm /phút chậm hơn nhiều so

với công nghệ scan laser.

Máy đo tọa đọ CMM Đầu đo CNC Đầu đo bằng tay

Hình 1.5 : Máy đo và đầu đo dùng trong phương pháp đo tiếp xúc

Để khắc phục, người ta chế tạo đã chế tạo ra các máy đo không tiếp xúc,

dùng Lazer tia X, siêu âm, ảnh video.



4.1.2. Phương pháp đo không tiếp xúc

a. Khái niệm.

Phương pháp đo không tiếp xúc là phương pháp dùng tia lazer hoặc các

tia quang học khác để đo hoặc chụp ảnh bề mặt vật cần đo (quét) sau đó dữ liệu

được sử lý, hoàn thiện nhờ các phần mềm xử lý ảnh chuyên nghiệp .

Thiết bị số hóa đó chính là các loại máy quét lazer và máy quét ánh sáng

trắng (trong đồ án này em sử dụng và nghiên cứu máy quét ánh sáng trắng). Máy

quét có thể đo các vật từ gần tới xa đến 35m đối với máy quét Lazer.

Hình 1.6 : Mô hình máy quét ánh sáng trắng

b. Ưu nhược điểm của phương pháp.

* Ưu điểm:

- Thời gian lấy mẫu nhanh, có thể lấy mẫu vật thể có kích thước lớn .

- Phương pháp này có thể lấy mẫu các vật thể làm bằng vật liệu mềm như

chất dẻo, xốp, sáp …hay các vật thể bị biến dạng mà không làm biến dạng hay

phá hủy mẫu cần đo.

* Nhược điểm :

- Độ chính xác không cao bằng phương pháp đo tiếp xúc.

Vì mỗi phương pháp đều có ưu điểm, nhược điểm riêng nên sẽ được dùng

trong từng trường hợp cụ thể. Cũng có thể kết hợp cả 2 phương pháp để đạt hiệu



quả cao nhất. Có thể số hóa bằng máy quét không tiếp xúc sau đó kiểm tra sai số

sản phẩm bằng máy đo tọa độ tiếp xúc.

5.1. Các ứng dụng của công nghệ thiết kế ngược

Với tính ưu việt của mình là mô hình hóa được nhiều chi tiết (kể các chi

tiết có độ phưc tạp cao) một cách nhanh chóng và chính xác đáp ứng tối đa các

nhu cầu đa dạng của thị trường trong rất nhiều lĩnh vực :

* Trong lĩnh vực nghệ thuật.

Trong lĩnh vực này công nghệ thiết kế ngược được thể hiện ở việc sao

chép hoặc phân tích các đặc điểm, nét vẽ của các kiệt tác hội họa, điêu khắc.

Thông thường với các chi tiết yêu cầu cao về tính thẩm mỹ, sản phẩm được mô

hình hóa bởi các nhà kỹ thuật (Stylist) trên các chất liệu như đất sét, chất dẻo,

gỗ... Tuy nhiên các tác phẩm hay các kiệt tác nghệ thuật chỉ là kết quả của 1 vài

nhà nghệ thuật, nhà thiết kế nào đó, trong khi đó ai cũng muốn được có, muốn

được thưởng thức chúng. Nhu cầu thị trường đòi hỏi các sản phẩm phải có 1 số

lượng lớn theo một vài phong cách, hay sản phẩm của một số nhà thiết kế mà tác

phẩm của họ đã được khẳng định trên thị trường. Để đáp ứng nhu cầu đó cần có

được mô hình CAD của sản phẩm mong muốn. Việc này chỉ có thể thực hiện

được bằng công nghệ thiết kế ngược. Với các thiết bị hiện đại và sự trợ giúp của

máy tính chúng ta có thể xây dựng được các dự liệu CAD giống hệt mô hình thật

do các nhà mỹ thuật tạo ra với dung sai nhỏ .

Hình 1.7 : Công nghệ RE dựng mô hình CAD cho các tác phẩm nghệ thuật

Hình 1.8 : Ứng dụng công nghệ tái tạo lấy mẫu hoa văn thủ công



* Công nghệ RE có vai trò rất lớn trong cải tiến mẫu mã sản phẩm. Yêu

cầu về thời gian không cho phép chúng ta khi chế tạo 1 mẫu mã mới có thể bắt

đầu chu trình sản xuất từ khâu phác thảo thiết kế tới tính toán, tối ưu, chế thử

kiểm tra kiểm nghiệm mới đưa vào sản xuất vì quá trình trên tốn rất nhiều thời

gian, công sức . Do vậy mà chúng ta phải biết kế thừa các mẫu sản phẩm đã

được tối ưu, đạt các tiêu chuẩn kiểm tra trên cơ sở đó ta thiết kế lại phù hợp với

yêu cầu mới để có được một mẫu mã mới. Như vậy sẽ giảm được thời gian thiết

kế, rút ngắn thời gian đưa sản phẩm vào thị trường tức là giảm thời gian của chu

trình sản xuất (Lead time) . Với nhu cầu của thị trường thay đổi liên tục từng

ngày như hiện nay công ty nào sớm đưa ra được mẫu mã mới sẽ chiếm được thị

phần và giành được lợi nhuận cao nhất. Còn công ty nào đưa ra sản phẩm mới

chậm hơn sẽ không còn cơ hội có được lợi nhuận.

Do vậy công nghệ thiết kế ngược RE thực sự sẽ là trọng tâm của công

nghệ thiết kế sản phẩm của tương lai.

Mô hình quét mẫu sản phẩm Mô hình CAD đưa ra

Hình 1.9 : Ứng dụng RE thiết kế lại sản phẩm cơ khí phức tạp

* Công nghệ RE còn được sử dụng khi cần thay thế 1 chi tiết, bộ phận mà

nhà sản xuất không còn cung cấp, chúng ta phải chế tạo lại chúng mà không hề

có bản vẽ thiết kế. Hay khi muốn sản xuất theo mẫu mã mới tối ưu trên thị

trường mà nhà thiết kế ra chúng làm mất, làm hỏng, hoặc không muốn cung cấp

tài liệu thiết kế. Đặc biệt là khi sản phẩm có hình dạng rất phức tạp, khó miêu tả

như hình người , hình con vật …



Hình 1.10 : Ứng dụng công nghệ thiết kế ngược lấy mẫu mặt người và động vật

* Trong khảo cổ học, công nghệ RE cho phép khôi phục hình dạng của

các sinh vật thời tiền sử dựa trên các hóa thạch cổ thu được trong đất, đá, hay

trong băng mà không hề làm tổn hại hay phá hoại mẫu hóa thạch đó. RE còn cho

phép chúng ta dựng lại các mẫu tượng cổ, khôi phục lại các công trình kiến trúc

, nghệ thuật cổ đã bị tàn phá trong lịch sử.

Hình 1.11 : Ứng dụng RE trong khảo cổ học

* Trong y học: Công nghệ thiết kế ngược cho phép chúng ta có thể tạo ra

các bộp phận cơ thể phù hợp cho từng bệnh nhân trong thời gian ngắn để thay

thế các khuyết tật, các bộ phận hỏng, bị tổn thương, bị hư hại do tai nạn hoặc do

bẩm sinh như xương, khớp, răng hàm, mảnh sọ não…

Mô hình CAD Chương trình gia công Khuôn bằng nhôm

Hình 1.12 : Ứng dụng RE tạo mảnh sọ não dùng trong y học



* Trong thời trang, RE trợ giúp đắc lực cho các nhà thiết kế tạo các trang

phục các mẫu mã theo hình dáng con người.

Hình 1.13 : Sử dụng RE thiết kế nhân vật và môi trường trong Game

* Công nghệ RE còn được ứng dụng rộng rãi trong lĩnh vực giải trí, mô

phỏng như thiết kế các nhân vật trong Game 3D, tạo các môi trường giao diện

ảo trong Game phục vụ giả trí, làm phim ảnh hay mô phỏng 1 quá trình nào đó

phục vụ cho 1 mục đích nào đó.

* Công nghệ RE còn được áp dụng trong một vài lĩnh vực khác nữa. Nói

chung cứ ở đâu cần thiết kế đưa ra mô hình CAD thì ở đó có thể áp dụng công

nghệ RE. Xu hướng của nền sản xuất hiện đại hướng đến tiêu chí JIT (Just – In

– Time là tiêu chí ngắn thời gian chế tạo sản phẩm). Với tiêu chí, khoảng thời

gian thời gian từ lúc đặt hàng sản phẩm cho đến khi có sản phẩm thật đã rút

ngắn đi rất nhiều , có thể tính theo ngày, theo giờ thay vì tính theo quý, theo

tháng hay theo tuần trước kia. Với tính ưu việt về thời gian và độ chính xác,

công nghệ thiết kế ngược hứa hẹn sẽ là công nghệ thiết kế chủ đạo của nền sản

xuất.



CHƯƠNG II : ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ THIẾT KẾ NGƯỢC

THIẾT KẾ LẠI VỎ MÁY KHOAN PHÁ. Ở chương trước em đã trình bày giới thiệu chung về công nghệ thiết kế

ngược và các ứng dụng của nó. Trong chương này em sẽ trình bày chi tiết về

phương pháp số hóa và sử lý số liệu dữ hóa, đưa ra mô hình CAD cụ thể cho chi

tiết mô hình vỏ máy khoan phá .

2.1. Lựa chọn chi tiết và thiết bị

Sản phẩm mà em thực hiện thiết kế lại theo công nghệ thiết kế ngược đó

chình là vỏ máy khoan phá. Chi tiết này nằm bên ngoài sản phẩm và có tác dụng

che chắn , bảo vệ trước những ảnh hưởng ở bên ngoài.

Để số hóa sản phẩm em sử dụng máy quét ánh sáng trắng ATOS I tại

Trung Tâm Dịch Vụ Công Nghệ 3D. Sau đó sử dụng phần mềm Rapid Form XO

Redesign (XOR) để xây dựng hoàn chỉnh mô hình CAD cho sản phẩm.

Hình 2.1: Mô hình chi tiết thiết kế lại.



2.2. Số hóa sản phẩm bằng máy quét 3D ATOS I

2.2.1. Thiết bị số hóa ATOS I

Hình 2.2: Máy quét ánh sáng trắng ATOS I

Thiết bị quét 3D ATOS I tại Trung Tâm Dịch Vụ Công Nghệ 3D là thiết

bị của hãng GOM (Đức). Hệ thống máy ATOS bao gồm: Máy ATOS I, máy

tính, bàn xoay, các ống kính ngắm, cáp tín hiệu, bộ điều khiển bàn xoay ….

Khả năng linh hoạt .

ATOS I có thể đặt cố định, gắng trên giá di động hoặc lắp trên robot cho

các ứng dụng kiểm tra tư động. Khi scan sản phẩm nhỏ, có thể thay đổi Môđun

tiêu chuần bằng Môđun SO chỉ trong vài phút.



Thông số kỹ thuật chính của máy ATOS I.

Cấu hình hệ thống

Số điểm đo trong một lần scan

Khoảng cách từ máy tới sản phẩm

Thời gian 1 lần Scan

Thể tích đo nhỏ nhất

Thể tích đo lớn nhất

Khoảng cách giữa các điểm đo

ATOS I (2M)

2 triệu điểm

700 mm

1, 3 giây

40x30x30 mm

1000x800x800 mm

0,06 – 0,25

Trọng lượng máy

Kích thước máy

440 x140 x 200 mm

4 kg

Nhiệt độ làm việc

Nguồn điện

Máy tính kết nối

Kích thước vali chứa máy khi di chuyển

Tổng trọng lượng khi di chuyển

0- 40 oc

110 hoặc 220V AC

Laptop hoặc Midi Tower PC

550 x 800 x 300 mm

22 kg

Ứng dụng.

Thiết kế gọn và có khả năng scan rất nhanh nên ATOS I là một hệ thống di động

ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau :

Kiểm tra sản phẩm.

Hàng không, ô tô.

Tấm kim loại.

Tua bin.

Khuôn mẫu.

Đồ gia dụng.

Gia công nhanh.

Các mẫu vật hội họa, kiến trúc.

Các mô hình theo mẫu.

Thiết kế ngược.

Thiết kế ngược theo mẫu sản phẩm.

Thiết kế mô hình tính toán phần tử hữu

hạn theo mẫu .

Scan 3D.

Scan các sản phẩm trong đồ họa máy

tin, y học, giáo dục .

Tạo mô hình số cho các mẫu vật


27

2.2.2. Sử dụng phần mềm ATOS -V6.2.0.3

Đây là phần mềm kèm theo máy có chức năng điều khiển máy quét

,chuyển đổi dữ liệu sang các định dạng khác DXF, Ware font, STL, MGF,

ASCII… Đọc dữ liệu ở các định dạng CAM, CAD, VDD, SCN, STL. Hiệu

chỉnh dữ liệu quét, xuất file ảnh STL và một số đầu vào chuẩn cho các phần

mềm xử lý dữ liệu, hiển thị dữ ở dạng Wireframe, Texture, Shading, đặt hệ tọa

độ chuẩn, hệ tọa độ thiết kế lý tưởng , hiển thị sai số lắp ghép các mảnh dữ liệu.

* Quá trình quét mẫu sản phẩm :

Bước 1 : Chuẩn hệ thống quét (lắp ráp máy quét, bàn quét, hệ thống

đường cáp truyền, khởi động máy tính ).

Bước 2 : Phủ nhẹ lên bề mặt chi tiết một lớp sơn màu trắng, dán lên trên

các bề mặt tạo nên chi tiết các điểm tham chiếu (hình tròn), và đặt chi tiết lên

bàn quét(bàn quét này có thể xoay tròn và di chuyển được ).

Bước 3 : Quét mẫu

Hình 2.3 : Hình vẽ thể hiện nội dung các bước khi quét mẫu

Nguyên tắc quét : Vì mẫu quét được hình thành bởi 2 mặt chính vì vậy

khi quét chúng ta tiến hành quét tuần tự hai mặt, sau đó ghép 2 mặt với nhau (2

mặt ít nhất phải có 3 điểm chung) để tạo thành mẫu quét hoàn chỉnh. Khi đã thu


28

được hình dạng khá hoàn chỉnh của mẫu quét ta sẽ lưu file với đuôi STL,và

chuyển sang các phần mềm thiết kế ngược để xây dựng lại mô hình CAD cho

chi tiết .

* Quét mặt trên của chi tiết : Mặt trên của chi tiết bao gồm hình dạng

của nhiều khối ở các vị trí khác nhau, chính vì vậy để thu được toàn bộ dữ liệu

của mặt trên chúng ta cần tiến hành quét nhiều lần ở nhiều góc độ khác nhau.

Sau mỗi lần quét chúng ta chỉ cần xoay bàn đi 1 góc nào đó (tùy thuộc vào kỹ

năng của người quét và bề mặt sẽ quét tiếp theo) để thu dữ liệu của các vùng tiếp

theo. Với những vùng mà ánh sáng không thể tới được chúng ta có thể điều

chỉnh tâm nguồn sáng và cũng có thể kê đệm chi tiết. Dữ liệu quét của mỗi vùng

sẽ được máy tính tính toán và ghép lại với nhau sau mỗi lần quét, hình thành nên

hình dạng mặt trên của chi tiết.

Hình 2.4 : Kết quả quét mặt trên của mẫu

* Quét mặt dưới : Hoàn toàn giống với mặt trên của chi tiết ta có kết quả

như hình vẽ dưới đây.

Hình 2.5 : Kết quả quét mặt dưới của mẫu


29

* Cắt bỏ phần thừa và ghép 2 mặt lại với nhau

+ Cắt bỏ phần thừa :

Trình tự : Chuột phải vào bất kỳ vị trí nào trên màn hình → Chọn Select

through surface → Chọn vùng cần xóa → Vào Project → Deleted Select Point

→ Hiện ra hộp thoại → chọn OK.

+ Ghép hai mặt lại tạo thành mẫu quét hoàn chỉnh

Trước tiên chúng ta chọn một mặt làm tham chiếu Select Reence → dữ

Ctrl chọn điểm tham chiếu → chuột phải vào những điểm đã chọn → chọn

Select as Commom Ref.point.

Đối với mặt còn lại chỉ cần chọn điểm tham chiếu (điểm chung của 2 mặt)

→ Proiect → Tranformations ( ghép, ràng buộc mặt lại với nhau ).

+ Ghép các ảnh lại với nhau .

Vì mỗi mặt phải quét nhiều lần, mỗi lần là 1 ảnh, tuy phần mềm đã tự

động ghép dữ liệu thu sau mỗi lần quét để tạo nên hình dạng của mỗi mặt nhưng

để đảm bảo cho hình ảnh mẫu quét trơn chu, đẹp và thuận tiện cho bước thiết kế

mô hình CAD chúng ta sẽ tiến hành ghép các ảnh của 2 mặt lại với nhau.

Trình tự: Kích chuột phải vào mẫu → Select all → Project Complete

Polygonization ( ghép các ảnh ) → OK.

Khi quét bất kỳ một mẫu nào không tránh khỏi nhưng sai số nhất định

chính vì vậy mẫu sau khi quét chưa thật sự hoàn thiện có những chỗ cần chỉnh

sửa. Phần mềm ATOS V6.2.0.3 cũng có tính năng chỉnh sửa những khuyết tật

(do quá trình quét để lại) trong phạm vi nhất định.

Đến đây chúng ta đã hoàn thành công việc quét mẫu sản phẩm, công việc

tiếp theo của chúng ta đó chính là Export sang file STL và thiết kế lại mô hình

CAD cho chi tiết .


30

Hình 2.6 : Mẫu quét hoàn chỉnh ở nhìn ở các góc độ khác nhau


31

3.2. Ứng dụng phần mềm Rapid Form XO Redesign (XOR) thiết kế lại mô

hình CAD trên cơ sở dữ liệu số hóa

3.2.1. Giới thiệu về phần mềm XOR

Rapid Form Xo Redesign (XOR) là phần mềm thiết kế ngược của hãng Rapid

Form (Hàn Quốc). Đây là một giải pháp phần mềm hoàn chỉnh nhất xử lý dữ

liệu từ Scan- Sang – CAD. Rapid Form (XOR) thực hiện một quy trình tạo các

mô hình CAD tham số từ các chi tiết của thế giới thực một cách nhanh chóng và

dễ dàng bằng một quy trình thiết kế và giao diện quen thuộc với người sử dụng

CAD với các đặc điểm chính là :

* Tạo các mô hình CAD tham số từ dữ liệu đám mây điểm SCAN.

Rapidform XO Redesign (XOR) cho phép người thiết kế đưa ra các ghi chú

thiết kế và các tham số thiết kế của các chi tiết của thế giới thực, chúng có thể bị

mất các định nghĩa Features trong quá trình xử lý sản xuất hoặc không có mô

hình CAD. Công nghệ quét 3D và XOR cho phép các nhà sản xuất có được tham

số thiết kế của hầu hết các chi tiết trong thế giới thực một cách dễ dàng và nhanh

chóng, bao gồm các Features hình trụ hoặc các bề mặt cong tự do. Vì các mô

hình CAD đã tạo trong XOR có đầy đủ các tham số, người thiết kế và người tính

toán có thể hiệu chỉnh lại các tham số thiết kế của chi tiết để hoàn chỉnh mô hình

sản phẩm bằng XOR hoặc hệ CAD bên dưới.

- XOR có các công cụ thông minh để có được các tham số thiết kế dữ liệu

quét 3D – Redesign Assistant TM

- Thiết kế lại với các dung sai độ lệnh do người sử dụng định nghĩa –

Accuracy Analyzer.

- Nhận dạng thông minh và căn chỉnh dữ liệu quét 3D sang hệ thống tọa độ

thiết kế - Align WizardTM

- Giảm thời gian thiết kế bằng cách sử dụng dữ liệu quét 3D làm cơ sở thiết

kế

- Sử dụng các dữ liệu đầu ra với đầy đủ lịch sử mô hình hóa trong các hệ

CAD,CAM,CAE …

- Quản lý lịch sử mô hình hóa và các tham số của mô hình


32

- Các chức năng mô hình hóa lại mô hình dạng Mesh(lưới),dạng Freeform

Surface(mặt cong tự do) và dạng khối tham số(parametric solid).

- Khả năng mô hình hóa dạng Solid và dạng bề mặt tiêu chuẩn như Extrude,

Round, Revolve, Sweep và Loft.

- Cập nhật các mô hình CAD hiện có để thay đổi trong môi trường xây dựng

chi tiết - CAD-to-Scan Refit.

* Các lợi thế của 3D Scanning của XOR

- Các công cụ thiết kế được sử dụng để tạo các mô hình trong XOR cũng

tương tự như trong các ứng dụng CAD khác. Người thiết kế đang làm việc với

SolidWork, CATIA, Pro/Engineer hoặc Unigraphics có thể bắt đầu mô hình

hóa ngay lập tức trong XOR. Các feature phục vụ để làm việc trong XOR và

công nghệ quét 3D sẵn dùng cho thiết kế, cho phép người thiết kế sử dụng dữ

liệu Scan 3D để làm cơ sở thiết kế, làm tăng chất lượng mô hình CAD sản

phẩm.

- Quy trình thiết kế thông minh không cần phải Scan toàn bộ chi tiết.

- Tạo các mô hình CAD chất lượng cao từ các dữ liệu Scan không hoàn

chỉnh.

- Tiết kiệm thời gian xử lý bằng cách xóa bỏ các lưới đa giác và các bề mặt

nhiễu.

- Các mô hình có khả năng chỉnh sửa trong cả Rapidform XO Redesign và

các hệ CAD lớn.

* Giải pháp phần mềm hoàn chỉnh nhất từ Scan - sang – CAD

Rapidform XO Redesign là một giải pháp phần mềm mới hoàn chỉnh, nó

cung cấp cách tiếp cận mới, các xử lý nhóm, để xây dựng mô hình CAD tham số

từ dữ liệu Scan. XOR tạo các mô hình chất lượng cao một cách tiện lợi cho các

ứng dụng tạo mẫu nhanh, gia công CNC, CAE và xuất sang các ứng dụng CAD

khác để hiệu chỉnh.

- Chức năng thiết kế khép kín end – to – end từ dữ liệu lưới sang mô hình

CAD.


33

- Hỗ trợ cho mọi quy trình thiết kế ngược, đưa ra các ghi chú thiết kế (việc

lấy ra các tham số thiết kế) hoặc tạo ra bản sao chính xác.

- Tối ưu hóa tức thì dữ liệu lưới cho các hướng sử dụng RP, CAM, CAE và

phát triển ảo.

- Khả năng mô hình hóa với độ tinh vi cao nhưng vẫn tận dụng các feature

mô hình hóa khối và bề mặt quen thuộc.

- Khả năng tinh chỉnh dữ liệu lưới để tạo các lưới chất lượng cao.

- Chỉ cần nhấn một nút để chuyển nhanh sang các ứng dụng kiểm tra & phân

tích thiết kế.

- Tự động chia lại lưới cho việc tạo ra các mô hình chức năng CAE,Scan-to-

CAE.

3.2.2. Các chế độ làm việc của Rapid form XOR

XOR có 6 chế độ làm việc(mode). Mỗi một chế độ có các kiểu tạo ra hiệu

chỉnh hoặc hiệu chỉnh riêng của mình.ảnh dưới đây sẽ chỉ cho ta thấy các chế

độ.

Hình 2.7 : Các chế độ làm việc của Rapid Form XOR

- Mesh (lưới): Trong chế độ Mesh, ta có thể hàn đầy các phần không

hoàn chỉnh của dữ liệu dạng lưới bằng công cụ Heal Wizard. Fix Normal,Fill

Holes, làm mịn bề mặt với công cụ Smooth, giảm lưới điểm Decimate, làm trơn

toàn bộ dữ liệu Enhance, tối ưu hóa dữ liệu lưới Optimize Mesh và các công cụ

khác. Bạn cũng xó thể hiệu chỉnh các biên dạng,tái tạo các lưới tam giác cho

FEM, RP hoặc Machining, XOR có thêm nhiều chức năng để tạo ra các dữ liệu

hoàn chỉnh. Hay cho phép tinh chỉnh lại bề mặt lưới,tối ưu hóa lưới trước khi sử

lý thành dạng solid hay surface.

- Region group (nhóm, phân vùng): Trong chế độ Region group, ta có

thể phân vùng dữ liệu. Các miền được nhóm lại bằng cách phân tích bề mặt của

dữ liệu lưới, các vùng đó được dùng để tạo ra các mặt, hình tham chiếu và v.v…


34

- Mesh Sketch (lưới phác thảo): Trong chế độ Mesh Sketch, ta có thể lấy

ra thông tin các bộ phận và tạo ra phác thảo từ các đoạn của dữ liệu lưới. Các

phác thảo đó được dùng để tạo ra các khối đặc hoặc các bề mặt của chi tiết.

- Sketch (bản phác thảo): Trong chế độ Sketch Mode, ta có thể vẽ đường

thẳng, cung, đường cong, vẽ tròn mép mà không cần dữ liệu mới. Có thể dùng

Sketch như là môđun CAD của các phần mềm khác.

- 3D Mesh Sketch (phác thảo lưới 3D): Trong chế độ 3D Mesh Sketch ta

có thể vẽ các mô hình 3D trên khoảng không, chính ra các phần tử chi tiết hoặc

tạo ra các đường giao tuyến giữa các vật thể. Các đường giao tuyến đó có thể

dùng để tạo lên các mặt hay khối đặc.

3.2.3. Quá trình sử dụng phần mềm XOR trong xử lý dữ liệu scan, xây dựng

mô hình CAD cho chi tiết mẫu quét

Phân tích mô hình : Dữ liệu thu được dạng thô có nhiều khuyết tật ta sẽ

chỉnh sửa, tối ưu dữ liệu và phân vùng trước khi dựng mô hình CAD. Mô hình

có dạng khối nên ta sẽ tạo khối trụ bao kín chi tiết sau đó căn cứ dữ liệu lưới ta

dựng các bề mặt, các khối Extrude từ các phác thảo. Dùng các mặt , các khối

này ta cắt hoặc ghép, lấy đối xứng tạo thành chi tiết.

Qúa trình sử lý dữ liệu số hóa được thực hiện như sau :

3.2.3.1. Xử lý lưới dữ liệu (Mesh Editing)

Nhập mô hình quét: Từ màn hình làm việc, họn Insert/Import, rồi lấy mô

hình từ vị trí đã đặt. Nhấn đúp chuột vào mô hình rồi vào chế độ Mesh bằng

cách ấn vào biểu tượng trên Tool bar hoặc nhấn Tool/Mesh tool, xuất hiện

các biểu tượng trên Tool bar → Dùng các công cụ này để làm sạch bề mặt lưới(

tính năng của các dụng cụ đã được trình bày trong phần Mesh của mục 3.2

trang 29)

Hình 2.8 : Các công cụ xử lý dữ liệu

Tùy từng file quét mà chúng ta sử dụng các công cụ cho thích hợp trong

mẫu quét này em dùng một vài tính năng công cụ như :


35

- Tìm lại dữ liệu điểm mà dữ liệu tam giác chồng chéo lên nhau và xóa bỏ

phần đó đi bằng công cụ Fend Defech

- Tự động tìm các dữ liệu rời rạc và liên kết chúng lại với nhau Healing

Wizard

- Làm bóng các bề mặt Smooth

- Giảm số lượng lưới tam giác Decimate

- Tối ưu hóa dữ liệu lưới Optimize Mesh

Hình dưới đây thể hiện kết quả của của các công cụ xử lý dữ liệu sau khi

quét.

Hình 2.9 : Xử lý dữ liệu quét


36

3.2.3.2. Phân mảng vùng dữ liệu (Region Group)

Kích hoạt biểu tượng Region Group trên Task bar hoặc theo đường

dẫn Tool/Region Tools, rên Tool bar xuất hiện các biểu tượng sau, tương ứng

với các công cụ cho việc phân vùng :

Để phân vùng tự động ta chọn (Auto segment)

Hình 2.10: Phân vùng tự động

Việc phân vùng tự động chưa hoàn chỉnh vì có nhiều mặt tự do, khó cho

việc thực hiện các bước sau này, do đó tiếp tục việc phân vùng bằng tay. Chọn

Tool\Mesh tool\Spilt. Chuyển con trỏ chuột sang chế độ Paint Brush ( kích hoạt

Select\Mode\Pain Brush).

Giảm kích cỡ của chổi rồi phân những vùng lớn thành vùng nhỏ hơn, theo

những định dạng cơ bản: mặt phẳng, phần mặt trụ, mặt tự do có hình dạng đơn

giản nhất . Kết hợp với các công cụ Remove, Append để chỉnh sửa, được kết quả

cuối cùng .

Hình 2.11 : Hình ảnh chi tiết sau khi phân vùng hoàn chỉnh


37

3.2.3.3. Xây dựng hoàn chỉnh mô hình CAD

Trước hết ta chọn Tool\ Align\Wizard để tạo hệ tọa độ thiết kế lý tưởng.

Kết quả như hình vẽ :

Hình 2.12 : Hình ảnh chi tiết sau chọn hệ tọa độ hoàn chỉnh

a. Xây dựng lại mặt trên của chi tiết từ dữ liệu số hóa

Bước 1 : Tạo khối đặc bao quanh biên dạng ngoài của chi tiết.

Để tạo khối đặc bao quanh chi tiết ta dựng mặt phẳng Surface phane1(đi

qua mặt đáy và song song với mặt phẳng Right ).

Trình đơn : Kích chọn biểu tượng (Ref.PlaneProperty) trên thanh công

cụ chọn Pickpoin & Normal Axis (trong mục Method) kích chọn mặt làm cơ sở

kích chọn 1 điểm trên mặt đáy →Kích chuột trái kết thúc câu lệnh .

Hình 2.13: Tạo bề mặt Surface phane1


38

Sau đó ta chuyển vào chế độ Mesh Sketch chọn mặt phẳng phác thảo cơ

bản( Base Plane) là mặt phẳng Plan1 và tạo 1 phác thảo là biên dạng ngoài của

khối trụ.

Hình 2.14 : Phác thảo biên dạng khối đặc.

Sử dụng các câu lệnh trong Mesh Sketch để tạo ra biên dạng Skecth cho

khối trụ

Hình 2.15 : Biểu tượng của các thanh lệnh trong Mesh Sketch.

Ta được kết quả như hình vẽ

a. b.

Hình 2.16 : Biên dạng Sketch chủa khối đặc.

a.Sketch chưa chỉnh sửa b. Sketch hoàn chỉnh.


39

Sau khi tạo ra 1 biên dạng sketch ta sẽ tạo ra khối trụ bằng lệnh đùn theo

biên dạng Sketch vừa tạo ra .

Trình đơn: Kích chọn biểu tưởng (Extrude) để đùn phác thảo lên→ chọn

khối cơ bản (Base Sketch) là Sketch1 → Chọn phương pháp đùn (Method) là

Up to Region → Chọn bề mặt cần đùn tới → Kích chuột trái kết thúc câu

lệnh . Ta được khối bao quanh chi tiết.

Hình 2.17: Tạo khối đặc bằng lệnh Extrude

Bước 2: Tạo các khối cơ bản (trụ, cầu) trên mặt phẳng của khối đặc vừa tạo .

Ý tưởng : Để tạo ra được hình dạng của các khối ở mặt trên của chi tiết ta

cần tạo ra các mặt phẳng theo biên dạng của chi tiết, sau đó chúng ta dùng các

lệnh Trim Surface để cắt các mặt phẳng và lệnh Cut để cắt khối trụ ở bước 1

thành hình dạng của chi tiết, dùng lệnh Sew để khâu các bề mặt lại với nhau và

cuối cùng chúng ta dùng lệnh Boolean để cộng các khối thành khối hoàn chỉnh

như hình dưới đây .

Hình 2.18 : Mô hình kết quả của bước 2


40

* Dựng bề các bề mặt cầu (Surface Sphere).

Trình đơn: Chọn Insert/Surface/Privitimes, hoặc kích chọn biểu tượng

trên thanh Task bar → Chọn vùng đám mây điểm tạo nên hình cầu → Kích

chọn Sphere trong Shape to Create và kích chọn tùy mục Extract Specific

Shape → Chọn Get Partial Shape trong phần More Options → Kích chọn

OK. Bề mặt cầu Surface Sphere 1 được tạo ra như hình vẽ dưới đây.

a. b.

Hình 2.19: Xây dựng bề mặt Surface Sphere1

a.Cách tạo bề mặt b. kéo dài bề mặt

Chú ý : Để thuận tiện cho việc cắt hình thành khối sau này chúng ta nên kéo dài

surface tạo ra bằng cách kích chọn (Extend Surface) → Chọn cạnh cần kéo dài,

sau đó giữ chuột trái và kéo tới độ rộng thích hợp (Hình vẽ b).

Làm hoàn toàn tương tự với lựa chọn Sphere trong Shape to Create ta dựng các bề mặt Surface Sphere khác theo bề mặt từng vùng của dữ liệu số hóa.

a) b) Hình 2.20 : Một số bề mặt Surface khác

a)Surface Sphere2 (mặt cầu 2 ) b) Surface Sphere3 (mặt cầu 3 )


41

* Dựng bề các bề mặt trụ (Surface Cylinder) .

Trình đơn: Chọn Insert/Surface/Privitimes, hoặc kích chọn biểu tượng

trên thanh Task bar → Chọn phân vùng hình thành nên hình trụ → Kích

chọn Cylinder trong Shape to Create và chọn mục Extract Specific Shape

→Chọn Get Partial Shape trong phần More Options → Kích chọn OK .Bề

mặt cầu Surface Cylinder1 được tạo ra như hình vẽ dưới đây.(Hình 2.20a )

a. b.

Hình 2.21: Xây dựng bề mặt Surface Cylinder1 a.Cách tạo bề mặt b. kéo dài bề mặt

Làm hoàn toàn tương tự với các lựa chọn Cylinder , Plane (mặt

phẳng) ,Cone (mặt nón), Torus (mặt xuyến) trong Shape to Create ta

dựng các bề mặt Surface Cylinder, Plane, Surface Cone, Surface Torus theo

bề mặt từng vùng của dữ liệu số hóa tùy theo từng chi tiết cụ thể.

* Ta cũng có thể tạo mặt phẳng từ một mặt bất kỳ nào của khối được tạo

ra ở bước 1 bằng lệnh Surface Offset.

Trình đơn: Kích chọn biểu tượng (Surface Offset) trên thanh Task bar

hoặc chọn theo đường dẫn Insert/Surface/Offset → Chọn bề mặt Offset trong

mục Base → Chọn khoảng cách Offset trong ô Offset Distance ( Trong trường

hợp này ta chọn khoảng cách Offset là 0 .

Hình 2.22 : Tạo bề mặt bằng lệnh Surface Offset


42

* Mô hình tổng thể các mặt Surface

Surface Sphere1 Surface Cylinder1 Surface Offset1

Surface Plane1

Surface Sphere3 Surface Sphere2

Hình 2.23 : Mô hình tổng thể của các bề mặt được tạo

Công việc tiếp theo dùng lệnh Trim Surface cắt loại bỏ phần thừa khi các

mặt phẳng giao nhau để tạo phục vụ cho lệnh Cut khối trụ ở bước sau .

Trước tiên ta tiến hành cắt Surface Sphere1 và Surface sphere2.

Trình đơn: Kích chọn (Trim Surface) → Chọn Surface Sphere1 và

Surface Sphere2 → chọn phần giữ lại trên mỗi Surface trong mục Result

→Kích chuột trái vào kết thúc câu lệnh . Ta được kết quả Trim1 như hình

dưới đây :

Hình 2.24 : Bề mặt Surface trước và sau khi thực hiện lệnh Trim Surface


43

Hoàn toàn tương tự ta thực hiện lệnh Trim Surface với các cặp mặt phẳng (Surface Sphere3, Surface Plane1) và (Surface Offset 1, Surface Sphere3) ta được kết quả như sau :

Hình 2.25 : Bề mặt của các Surface sau khi cắt

* Sau khi đã tạo rạ được các Surface như hình vẽ, chúng ta sử dụng các

Surface này để cắt khối trụ được tạo ra ở bước 1 (Extrude 1) hình thành nên các

mặt còn ở mặt trên của chi tiết.

Trình đơn: Kích chọn biểu tượng trên thanh Task bar, hoặc chọn theo

đường dẫn Insert/Solid/Cut → chọn bề mặt làm biên dạng cắt (Trim1) trọng

mục Tool Entities → Chọn khối được cắt (Extrude1) trong mục Target Bodies

→ Kích chuột trái vào Chọn phần dữ lại chủa khối trong mục Region Fitting

Options → Chọn kết thúc câu lệnh.

Hình 2.26: Mô hình khối trước và sau khi thực hiện lệnh cắt


44

Thực hiện hoàn toàn tượng tự với các lệnh Cut cho Extrude1 và Surface

Cylinder1 ta được kết quả như hình vẽ dưới đây (Hình 2.25)

Hình2.27 : Kết quả mô hình sau lệnh Cut Hình2.28 : Dán bề mặt bằng lệnh Sew

* Dùng lệnh Sew để dán Surface Offset 1, Surface Sphere3 với nhau để

tạo thành một mặt (hình 2.26)

Trình đơn : Kích chọn biểu tượng trên Task bar, hoặc chọn theo

đường dẫn Insert/Surface/Sew →chọn Surface Sphere3 (Trim4) và Surface

Offset1 (Trim3) ở mục Surface Boides → Kích chọn kết thúc câu lệnh.

* Mô hình được tạo ra chưa phải là một khối thống nhất để thuận lợi cho

các thao tác tiếp theo ta sẽ cộng các khối lại với nhau với lệnh Bolean

Trình đơn : Kích chọn biểu tượng trên thanh Task bar, hoặc chọn

theo đường dẫn Insert/Solid/Boolean → chọn các khối cần cộng với nhau

→Chọn OK kết thúc lệnh.

Hình 2.29 : Mặt trên của chi tiết trước và sau khi thự hiện lệnh Boolean


45

Bước 3 : Dùng lệnh Hollow tạo độ dày cho các cạnh và mặt của chi tiết

Trình đơn : Kích chọn biểu tượng trên thanh Task bar, hoặc chọn

theo đường dẫn Insert/Solid/Hollow → Chọn khối cần tạo trong mục Body, điền

chiều dày cần tạo trọng ô Depth → Chọn bề mặt cần xóa trong ô Remove

Face→Nếu có nhiều cạnh cần tạo chiều dày với độ dày khác nhau chúng ta có

thể chọn từng cạnh và độ dày tương ứng trong mục Multi – Thickness Faces →

Chọn OK kết thúc lệnh.

Hình 2.30: Thao tác lệnh Hollow

Hình 2.31 : Kết quả tạo độ dày cho các cạnh từ dừ liệu Scan


46

Bước 4: Tạo khối trụ chữ nhật ở mặt trên của chi tiết và đường gấp ở

cạnh bên của chi tiết.

Hình 2.32: Các phần cần thiết kế ở bước 3

Ý tưởng : Tạo ra các mặt cắt đi qua khối trụ sau đó xây dựng Mesh

Sktech để hình thành nên biên dạng Sktech, Dùng các lệnh Extrude để tạo khối,

Xây dựng các Surface dùng làm các mặt cắt để căys các phần thừa, sau đó cộng

khối lại ta được kết quả như hình:

Hình 2.33: Mô hình kết quả của bước 4


47

Bước 5: Xây dựng khối trụ (tròn ,chữ nhật ), các gân ở mặt trên của chi

tiết.

Ý tưởng : Do các khối trụ, các gân là đối xứng nhau nên để tạ ra được

trước xây dựng các sktech theo dứ liệu số hóa , sau đó dùng các lệnh Extrude,

Mirror để hình thành nên hình dạng mặt trên của chi tiết cần thiết kế. Ý tưởng

này được làm rõ qua các bước sau đây.

* Xây dựng 4 khối trụ tròn ( Thứ tự công việc : Tạo mặt phẳng làm việc,

xây dựng Mesh Sktech trên mặt phẳng vừa tạo, Extrude, Cut, Mirror).

Hình 2.34 : Qui trình xây dựng khối trụ tròn

(Theo thứ tự từ trái qua phải, từ trên xuống dưới )


48

* Hoàn toàn tượng tự ta có thể xây dựng được các khối trụ còn lại và các

gân bám theo đám mây điểm đã phân vùng hình thành nên từng bề mặt của chi

tiết.

Kết quả sau bước 5 đã hình thành nên các khối cơ bản của mặt trên chi tiết

( Kết quả của mục 3.1).

Hình 2.35 : Mô hình kết quả mặt trên của chi tiết


49

b. Xây dựng lại mặt dưới của chi tiết từ dữ liệu số hóa

Hốc Lỗ tròn Gân cứng Khối trụ tròn Khối trụ vát chữ nhật

Hình 2.36 : Mặt dưới của chi tiết đã được số hóa

Trình tự công việc :

Bước 1 : Tạo hốc

Bước 2: Xây dựng các gân tăng cứng

Bước 3 : Xây dựng 4 trụ vát chữ nhật ở bốn góc

Bước 4: Đục các lỗ tròn

Bước 5 : Xây dựng các khối trụ tròn

Ý tưởng chung cho các bước : Tạo ra các mặt phẳng phù hợp → xây

dựng các Mesh Sktech → Dùng một số lệnh (Extrude, Surface Pritimives,

Extent Surface, Cut, Mirror ..) để tạo ra biên dạng của chi tiết.


50

Bước 1 : Xây dựng hốc như hình vẽ.

Hình 2.37 : Mô hình cần dựng lại ở bước 5 nhìn ở các góc độ khác nhau

Ý tưởng thiết kế: Dùng các mặt phẳng Surface tạo ra từ dữ liệu số hóa

làm các mặt phẳng cắt để cắt mô hình khối tạo hốc cho chi tiết.

* Tạo các mặt phẳng: Ở đây ta dùng lệnh Surface Offset và Surface

Extrude để tạo ra các mặt.

+ Trước tiên là tạo mặt phẳng bằng lệnh Surface Offset: Kích chọn

→Chọn các mặt phẳng làm cơ sơ để Offset trong mục Face và điểm khoảng

cách cần Offset trong mục Offset Distance →Chọn Ok kết thúc câu lệnh.

Sau đó sử dụng lệnh Extend Surface để kéo dài các mặt phẳng vừa tạo tới

kích thước thích hợp tùy theo mỗi mẫu thiết kế (Lệnh này đã được thực hiện ở

trên)

Hình 2.38 : Tạo mặt phẳng sử dụng lệnh Surface Offset và Extend.


51

Surface Offset2

Surface Offset 4 Surface Offset 3

Hình 2.39 : Các mặt phẳng được tạo ra bằng Surface Offset

Dùng lệnh Trim để cắt các phần thừa giữa các mặt phẳng (trong phần này

chúng ta dùng lệnh Trim 2 lần ). Thao tác và kết quả được thể hiện ở hình dưới

đây.

Trim 5 giữa (Surface Offset 3 và Surface Offset 2 ).

Hình 2.40: Kết quả của lần cắt thứ nhất

Trim 6 (Thực hiện lấy phần giao giữa Trim 5 với Surface Offset 4).

Hình 2.41 : Kết quả của lần cắt thứ 2


52

+ Tạo mặt phẳng bằng lệnh Surface Extrude.

Hình 2.42 : Tạo mặt phẳng bằng Surface Extrude

Dùng lệnh Trim Surface để cắt 2 phẳng Surface Extrude vừa tạo với Trim 6

Hình 2.43 : Mặt phẳng tạo ra dùng để cắt khối

* Cắt tạo hốc

Dùng mặt phẳng vừa tạo ra làm mặt phẳng cắt :

Hình 2.44: Kết quả của bước 5 tạo hốc cho chi tiết


53

* Bước 2: Xây dựng các khối trụ tròn

Lần lượt tạo xây dựng các Sktech cho từng khối trụ sau đó dùng lệnh

Extrude (Tùy từng khối mà chúng ta có thể chọn tính năng Cut hay Merge trong

mục (Resutl Operator). Kết quả của bước 1 như hình vẽ dưới đây.

Hình 2.45 : Tạo khối trụ tròn từ số liệu số hóa

* Bước 3: Xây dựng các gân tăng cứng.

Thao tác và thứ tự công việc được thể hiện như sau :

Tạo mặt phẳng làm việc Xây dựng các Mesh Sktech

Hình 2.46 : Qui trình thực hiện bước 3.


54

* Hoàn toàn như việc xây dựng các khối trụ và gân tăng vứng ta có kết

quả của bước 3 hình .a), bước 4 (hình .b).

a. b. Hình 2.47 : Mô hình kết quả của bước 4 và bước5.

c. Chỉnh sửa mặt trên, mặt dưới và hoàn thiện chi tiết.

Sau khi đã dựng lại khá đầy đủ hình dạng các khối, các gân… ở mặt trên

và mặt dưới của chi tiết từ dữ liệu được số hóa. Chúng ta tiến hành kiểm tra

chỉnh sửa chi tiết tại các góc cạnh bằng các lệnh Chamfer, Fillet, Draft .

* Bo tròn các góc cạnh bằng lệnh Fillet

Trình đơn: Kích chọn trên thanh Task Bar → Chọn mục Constant

Fillet → Chọn cạnh cần Fillet trọng mục Entitines, nhập bán kính cần Filllet →

Chọn Ok kết thúc câu lênh .

Chú ý : - Một trong những tính năng nổi bật của phần mềm thiết kế

ngược Rapidfrom trong lệnh Fillet đó chính là phần mềm sẽ tự tính toán cho ta

kết quả bán kính của cạnh cần Fillet từ số liệu quét, chúng ta chỉ cần chọn cạnh

cần Fillet rồi sau đó kích chuột trái vào biểu tượng lúc đó bán kính cần

bo sẽ hiện trong ô Radius .

- Nếu cần Fillet nhiều cạnh với bán kính khác nhau thì sau khi

chọn song cạnh thứ nhất và các thông số liên quan tới cạnh thứ nhất, ta kích

chuột trái vào biểu tượng trong mục Fillet Entity Set. Hoàn toàn cho các cạnh

tiếp theo nếu có .


55

- Sau khi chọn cạnh và bán kính Fillet song chúng ta có thể kiểm tra

xem với bán kính đó thì cạnh cần bo tròn đã chính xác với dữ liệu Scan chưa

bằng cách chúng ta phong to 1 đoạn của cạnh cần Fillet lên sau đó quan sát 2

đường được thành lập từ bán kính nhập vào đã trùng với dường mà máy quét số

hóa được không, nếu chưa chính xác ta nhập lại giá trị bán kính cho tới khi trùng

hoặc nằm trong khoảng dung sai cho phép .

Hình 2.48 : Chỉnh sửa bằng lệnh Fillet

Hoàn toàn tương tự với các cạnh còn lại của chi tiết


56

Đến đây ta đã thiết kế song mô hình CAD cho mẫu sản phẩm vỏ máy

khoan phá.

Mặt trên của chi tiết :

Dữ liệu quét Phân vùng

Mô hình CAD

Hình 2.49 : Toàn bộ mặt trên của chi tiết

Mặt dưới chi tiết :

Dữ liệu quét Phân vùng

Mô hình CAD Hình 2.50 : Toàn bộ mặt dưới của chi tiết


57

3.2.3.4. Xuất file CAD cho các phần mềm CAD CAM khác

Sau khi đã xây dựng lại được toàn bộ mô hình CAD cho chi tiết từ số liệu

dữ hóa , do đây chỉ là phần mềm thiết kế ngược không có tình năng xuất sang

được bản vẽ 2D. Do vậy để thuận lợi cho quá trình tạo mẫu nhanh cho sản phẩm

và có được bản vẽ 2D của chi tiết mẫu , trước tiên chúng ta cần lưu file với các

định dạng đuôi Step, IGS. Rồi chuyển sang các phần mềm thiết kế 3D khác như

Catia, Inventer, Soild Wroks… để Export với định dạng đuôi STL để phục vụ

cho quá trình tạo mẫu nhanh ( được giới thiệu ở phần II), và tạo bản vẽ 2D.

* Lưu file với đuôi Step, IGS.

Ta chọn File/Export cửa sổ Export hiện ra như sau:

Hình 2.51 : Cửa sổ Export

Ta kích chọn vào mẫu CAD cần Export (khối sáng mầu lên) sau đó nhập

OK. Một cửa sổ khác hiện ra yêu cầu ta ghi lại tên file Export và kiểu định dạng

xuất ra. Ở đây để xuất sang Soid Worls ta chọn kiểu file là .igs (IGS file).


58

4.2. Đánh giá sai số thiết kế

4.2.1. Các phương pháp đánh giá sai số thiết kế

Theo công nghệ thiết kế ngược từ sản phần hình CAD nó trải qua các

bước : Quét mẫu sản phẩm lấy dữ liệu đám mây điểm rồi thiết kế lại mô hình

CAD trên cơ sở đám mây điểm bằng phần mềm thiết kế lại. Sai số của cả quá

trình thiết kế là TKδ sẽ tích hợp sai số do quá trình quét mẫu trên máy ATOS QMδ

bằng phần mềm ATOS -V6 và sai số trong quá trình thiết kế lại trên XOR REδ .

Để tìm sai số thiết kế ta có 2 cách:

Thiết bị quét Phần mềmTK

Mô hình mẫu Mô hình đám lại (XOR) Mô hình CAD

thật Sai số quét mây điểm Sai số thiết kế thiết kế lại

mẫu : QMδ lại : REδ

Đo trực tiếp trên mẫu so sánh với mô hình CAD

Sai số thiết kế : TKδ

Hình 2.52 : Sơ đồ đánh giá sai số

Cách 1 : Ta tính toán, tìm sai số trong quá trình quét mẫu QMδ và sai số

thiết kế lại đám mây diểm REδ . Sau đó tính sai số thiết kế theo công thức:

REQMTK δδδ += (2.1)

Theo cách này thì chúng ta có thể biết đánh giá sai số cụ thể của từng

công đoạn . Rất trực quan ta có thể biết được sai số thiết kế chủ yếu ở giai đoạn

nào. Tuy nhiên rất khó tìm sai số quét mẫu do nó phụ thuộc vào nhiều yếu tố:

- Sai số của thiết bị quét (Sai số của máy quét ATOS). Sai số này khoảng

50 µm tuy nhiên nó không cố định mà còn phụ thuộc vào cự ly quét, khoảng

cách máy tính toán tiêu điểm (Focused), chế độ quét, điều kiện ánh sáng, phông

nền, kích thước mẫu quét, ống kình quét... rất khó xác định và chưa có công cụ

tính toán các sai số này.


59

- Phụ thuộc vào sai số khi sử dụng phần mềm quét. Đó chính là sai số tính

toán của phần mềm khi điều khiển máy, bắt vật mẫu, điều chỉnh tiêu cự, sai số

do người dùng điều chỉnh, chọn chế độ điều khển máy, độ phân giải ảnh tối đa

của phần mềm có cao hơn được máy hay không dẫn đến sẽ cho ta ảnh có chất

lượng hay không ...

Cách 2 : Để đánh giá sai số trong quá trình thiết kế TKδ ngoài cách thứ

nhất như trên ta còn 1 cách truyền thống nhất là đo trực tiếp sai số trên mô hình

thật sau đó so sánh với mô hình CAD thiết kế. Đây là phương pháp đánh giá ít

sai lệch nhất vì không có khâu trung gian, cho độ tin cậy cao nhất. Tuy nhiên

phương pháp này không đánh giá hết được các đặc tính thiết kế hơn nữa quá

trình đo nhiều lần ở nhiều góc độ khác nhau mất không ít thời gian (đôi khi

không thực hiện được). Phương pháp này phụ thuộc vào nhiều thiết bị, dụng cụ

đo kiểm chính xác như máy đo tọa độ CMM, Pamel số, thước kẹp, đồng hồ so…

Thước cặp Dụng cụ đo độ sâu Dụng cụ đo độ cao Pamel đo mặt ngoài Pamel đo mặt trong Đồng hồ so

Bộ kích thước chuẩn Bàn chuẩn Thước đo Lazer

Hình 2.53: Các dụng cụ đo chính xác

Trong đồ án này em sẽ thực hiện đánh giá sai số theo cách 1 nhưng chỉ

dừng lại ở việc đánh giá sai số thiết kế lại mô hình CAD với dữ liệu số hóa bằng

phần mềm XOR.


60

4.2.2. Đánh giá sai số giữa mô hình CAD đã thiết kế với dữ liệu số hóa

Sai số giữa mô hình CAD thiết kế lại với số liệu số hóa – đám mây điểm:

REδ có thể lấy được 1 cách dễ dàng nhờ công cụ trong XOR đó là Accuracy

Analyzer (TM). Công cụ này sẽ đối chiếu mô hình CAD đã thiết kế với mô hình

đám mây điểm cơ sở để đưa ra sai số cụ thể cho chi tiết ở từng thời điểm, từng

bề mặt, góc cạnh .Sai số này được thể hiện trực tiếp bằng màu sắc trên mô hình

CAD đã thiết kế với dung sai người thiết kế lựa chọn. Người thiết kế có thể thấy

được những phần, những vùng nào có sai số không nằm trong vùng sai số cho

phép để điều chỉnh thiết kế lại, sửa lại trên mô hình CAD.

Để sử dụng công cụ này ta kích chuột phải lên thanh công cụ Tool Bar

kích chọn Accuracy Analyzer (TM).

Để đưa ra bảng màu dung sai cho mô hình CAD đã thiết kế ta kích chọn

vào tùy mục Deviation trong phần Type. Phần mềm sẽ tính toán đưa ra các màu

dung sai cho mô hình CAD theo bản đồ màu .

Hình 2.54 : Đánh giá sai số giữa mô hình CAD(mặt trên) đã thiết kế với dữ liệu số hóa.


61

Hình 2.55 : Đánh giá sai số giữa mô hình CAD(mặt dưới) đã thiết kế với dữ liệu số

hóa

Để tự định nghĩa miền dung sai hiển thị ta kích chọn tùy mục Alowable

Tolerance. Nhập giá trị dung sai trên và dưới tại tùy chọn Low và Hight (ở

trong mục của bài thiết kế ta chọn là mm2.0± ) và chọn màu hiển thị cho miền

dung sai . Khi không lựa chọn tùy mục này máy sẽ tự chọn miền dung sai là

mm1.0± .

Ta cũng có thể thay đổi các giới hạn dung sai của bảng màu (Colorbar) bằng

cách kích chuột vào mũi tên màu xanh lam ở 2 đầu giới hạn của bảng màu . Có

thể di chuyển hoặc kích đúp vào nó và gõ giá trị giới hạn dung sai. Phần mềm sẽ cập

nhật tự động phân chia lại bản đồ màu và hiển thị trên mô hình CAD.

Hình 2.56 : Bản đố màu cập nhật mô hình sau khi giảm giới hạn dung sai


62

Ngoài việc tính toán đưa ra dung sai đã thiết kế, công cụ Accuracy

Analyzer này còn có các tùy chọn hiển thị sai số theo các kiểu khác nhau do

người sử dụng thiết lập. Không chỉ đưa ra sai số sau khi thiết kế xong mô hình

CAD, mà tại bất kỳ thời điểm nào đó cũng có thể được sử dụng để hỗ trợ thiết

kế như : Hỗ trợ lập các phác thảo Mesh Sketch, 3D Sketch, bắt điểm cho các

đường Polyline, so sánh các cung vẽ, các đường cong phác thảo…

Hình 2.57 : Accuracy Analyzer trong hỗ trợ bắt điểm , tạo phác thảo 3D


63

5.2. Một vài mô hình CAD được thiết kế lại từ dữ liệu số hóa

Hình 2.58 : Một vài mô hình CAD được xây dựng lại trên phần mềm Rapidfom XO

* Trong chương này em đã hoàn thành việc thiết kế lại mô hình CAD từ

mẫu sản phẩm có sẵn. Tiếp theo em sẽ trình bày công nghệ tạo mẫu nhanh để

tạo ra mô hình chi tiết. Chi tiết quá trình này sẽ được trình bày cụ thể ở phần II.


64

PHẦN II : CÔNG NGHỆ TẠO MẪU NHANH

CHƯƠNG III : TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ TẠO MẪU NHANH

Từ dữ liệu mô hình CAD, chúng ta có thể áp dụng công nghệ tạo mẫu

nhanh (Rapid Prototyping) để tạo mẫu sản phẩm. Cũng có thể tạo mẫu trên máy

phay CNC, khi đó phải lập trình NC nhờ các phần mềm CAD/CAM chuyên

nghiệp như Cimatron, Pro/Engineer, Gib CAM …để tạo ra các đường chạy

dao. Hoặc chúng ta thiết kế khuôn cho chi tiết.

3.1. Giới thiệu kỹ thuật tạo mẫu nhanh

Kỹ thuật tạo mẫu nhanh (Rapid Prototyping - RP) là kỹ thuật in hình ảnh

nổi chi tiết mẫu. Là khái niệm mới mẻ trong lĩnh vực chế tạo máy hiện nay.

Phương pháp này có thể tạo ra vật thể không gian 3 chiều trực tiếp từ dữ liệu mô

hình CAD 3D với thời gian rất ngắn. Kỹ thuật này góp phần giảm đáng kể thời

gian, chi phí trong quá trình thiết kế cơ khí. So với phương pháp gia công truyền

thống kỹ thuật này có ưu điểm như sau: Không cần chuẩn bị dụng cụ cắt gọt.

Không tốn đồ gá, sửa đổi nhanh, thiết kế lại chi tiết thuận lợi, có thể thiết kế

những chi tiết phức tạp mà khi gia công trên những máy công cụ số khó khăn

hoặc không gia công được.

Ra đời vào năm 1998, kỹ thuật tạo mẫu nhanh đang tồn tại hơn 30 công

nghệ khác nhau như : SLA, LOM, SLS, …. Với nguyên tắc chung là bồi đắp vật

liệu hoặc tách vật liệu theo lớp. Với mỗi phương pháp, mỗi loại vật liệu khác

nhau thì độ chính xác cũng khác nhau.

* Ưu điểm của công nghệ tạo mẫu nhanh.

Tạo mẫu nhanh có những ưu điểm sau đây:

+ Tăng khả năng quan sát trong quá trình thiết kế.

+ Tạo được mẫu có độ phức tạp cao.

+ Giảm chi phí, thời gian thiết kế và chế tạo.

+ Cho phép giảm chu kỳ thiết kế, chế tạo sản phẩm để mang sản phẩm ra thị

trường nhanh hơn.


65

* Nhược điểm của công nghệ tạo mẫu nhanh.

+ Độ bền của mẫu phụ thuộc vào vật liệu và công nghệ sử dụng.

+ Độ chính xác của sản phẩm không cao vì nguyên tắc gia công đắp vật liệu

theo từng lớp.

+ Giá thành của sản phẩm còn cao do chi phí đầu tư và bảo trì thiết bị lớn.

3.2. Các bước công nghệ trong tạo mẫu nhanh

Quá trình tạo mẫu nhanh của mỗi công nghệ có những điểm khác nhau,

nhưng chúng đều có các bước sau.

3.2.1. Mô hình hoá CAD

Đây là bước đầu tiên trong quá trình tạo mẫu nhanh, áp dụng cho tất cả

các hệ thống tạo mẫu nhanh khác nhau, nó gắn liền với việc tạo mô hình 3D của

vật thể thiết kế bằng máy tính.

Để tạo ra mô hình vật thể thiết kế, người thiết kế có thể xây dựng mô hình

nhờ phần mềm CAD, Scaner hoặc tạo dựng vật thể theo toạ độ mà máy đo toạ

độ cung cấp.

Đây là bước quan trọng nhất và quyết định đến chất lượng và độ chính

xác của sản phẩm.

3.2.2. Xuất sang dạng file.STL

Thông thường một file CAD cần chuyển đến bộ dịch của máy tạo mẫu

nhanh. Bước này đảm bảo dữ liệu CAD đưa vào máy tạo mẫu nhanh được định

dạng STL, dạng mô hình biểu diễn mặt biên gồm nhiều mảnh tam giác rất nhỏ.

Đây là định dạng tiêu chuẩn của máy tạo mẫu nhanh.

3.2.3. Tạo các chân đỡ sản phẩm

Bước này nhằm tạo chân đỡ và được lưu trong 1 file CAD riêng. Các nhà

thiết kế CAD có thể trực tiếp thực hiện nhiệm vụ này hoặc bằng các phần mềm

chuyên dụng của tạo mẫu nhanh. Việc thiết kế chân đế nhằm:

+ Đảm bảo các lưỡi phủ không bị va vào bàn đặt chi tiết.

+ Đảm bảo bất cứ biên dạng nhỏ nào của bàn đặt chi tiết cũng không ảnh

hưởng đến quá trình chế tạo chi tiết.


66

+ Cung cấp phương thức đơn giản nhất cho việc lấy sản phẩm ra khỏi tấm

đế khi chế tạo xong

3.2.4. Cắt lát

Cả chi tiết và chân đỡ đều phải cắt lát. Chi tiết được cắt lát toán học bằng

máy tính thành 1 chuỗi các mặt phẳng song song với nhau. Cũng trong bước này

cần phải lựa chọn các thông số như chiều dày lớp cắt, kiểu chế tạo dự tính, chiều

sâu lưu hoá, khoảng cách các bước quét cần thiết, …

Để quá trình chế tạo được tốt thì phải định hướng chế tạo. Một quá trình

định hướng chế tạo hợp lý có thể nâng cao được độ chính xác chi tiết và giảm

thời gian chế tạo chi tiết do đó giảm được giá thành sản phẩm. Định hướng chế

tạo phụ thuộc vào mục tiêu lựa chọn, có nhiều mục tiêu như: Chiều cao chế tạo,

chất lượng bề mặt, việc chế tạo các phần nâng đỡ sản phẩm, …

3.2.5. Chế tạo

Đây là giai đoạn polyme hoá nhựa hay thiêu kết vật liệu và kết quả cuối

cùng một vật thể 3D được tạo ra. Tuỳ theo phương pháp gia công việc chế tạo

được thực hiện với phần cứng và phần mềm với vật liệu thích hợp. Nhưng quá

trình chế tạo vẫn tuân theo nguyên tắc gia công vật liệu theo từng lớp, lớp này

kế tiếp lớp kia. Vật thể được hình thành có thể theo cách bồi đắp vật hay tách bỏ

vật liệu theo lớp. Kết cấu đỡ được chế tạo trước hoặc được chế tạo cùng với chi

tiết. Tuỳ theo phương pháp, sau mỗi lớp bàn đỡ được hạ xuống hoặc nâng lên để

gia công lớp tiếp theo. Các chuyển động của bàn đỡ và dụng cụ đều được lập

trình và điều khiển bằng máy tính.

3.2.6. Loại bỏ vật liệu thừa, hoàn thiện và làm sạch vật thể chế tạo

Sau khi kết thúc quá trình chế tạo, vật liệu thừa (bột thừa trong phương pháp

thiêu kết, nhựa lỏng thừa, các lớp vật liệu đã được cắt bỏ trong phương pháp

LOM …) được lấy đi khỏi vùng gia công. Vật thể sau khi chế tạo được lấy ra

khỏi vùng gia công và được làm sạch bằng các phương pháp như phun khí, rửa,

sửa và làm sạch bằng phương pháp cơ khí.


67

3.2.7. Xử lý sau chế tạo

Trong một số công nghệ tạo mẫu nhanh, vật thể sau chế tạo mới chỉ được

thiêu kết hay polyme hoá một phần nên chưa đạt được các chỉ tiêu cao nhất về

các tính chất cơ lý hoá… nên cần phải có các bước xử lý tiếp theo tuỳ theo

phương pháp chế tạo. Vật thể sau khi được tạo hình có thể được thiêu kết hoàn

thiện hoặc nhúng vào nhựa hay cao su để tiến hành polyme hoá hay lưu hoá để

đạt yêu cầu đặt ra.

3.2.8. Hoàn thiện chi tiết

Tuỳ theo mục đích sử dụng, có thể dùng nhiều mức hoàn thiện chi tiết

nhằm mô hình hoá quan sát và mô hình hoá khái niệm, chỉ cần loại bỏ các chân

đỡ là được. Để linh hoạt và tối ưu hơn có nhiều phương pháp hoàn thiện như

bằng tay, phun các hạt có kích thước nhỏ, hay biện pháp tích hợp cả hai phương

pháp trên. Các chi tiết cũng có thể được đánh bóng, sơn hay phủ kim loại.

3.3. Các công nghệ tạo mẫu nhanh

3.3.1. Các công nghệ tạo mẫu nhanh sử dụng vật liệu ở dạng lỏng

a. Hoá rắn polime lỏng cảm quang

- Phương pháp này được xây dựng dựa trên hiện tượng một số loại

polime lỏng bị hoá rắn dưới tác động của bức xạ điện từ: VD: như tia tử ngoại,

tia laze…

- Chi tiết có thể được xây dựng bằng cách hoá rắn từng điểm hoặc hoá

rắn toàn bộ lớp.

- Phương pháp này được áp dụng khá phổ biến.

b. Hoá rắn vật liệu nóng chảy

- Đây là phương pháp dựa trên việc làm chảy và hoá rắn lại vật liệu chế

tạo chi tiết.

- Phương pháp này có 2 dạng chính đó là lắng đọng vật liệu nóng chảy

tại các điểm và hoá rắn vật liệu cả lớp cùng lúc.


68

3.3.2. Các công nghệ tạo mẫu nhanh sử dụng vật liệu ở dạng bột

Các phương pháp này tạo chi tiết bằng cách liên kết các hạt dạng bột với

nhau bằng tia Laze hay bằng vật liệu kết dính riêng. Có 3 phương pháp được

dùng phổ biến hiện nay khi tạo chi tiết dạng bột là:

- Thiêu kết có chọn lọc bằng băng Laze.

- Tạo hình dạng lưới bằng kỹ thuật Laze.

- Sử dụng công nghệ in 3 chiều.

3.3.3. Các công nghệ tạo mẫu nhanh sử dụng vật liệu ở dạng tấm

Các phương pháp này tạo chi tiết bằng cách sử dụng tia Laze hay vật

liệu kết dính liên kết các tấm mỏng với nhau. Có 3 phương pháp được dùng hiện

nay khi tạo chi tiết dạng tấm:

- Gia công vật liệu dạng tấm mỏng.

- Tạo hình dùng tấm giấy.

- Polime hoá các lá vật liệu rắn.

4.3. Dữ liệu đầu vào trong công nghệ tạo mẫu nhanh

Dữ liệu đầu vào quan trọng nhất cần thiết cho công nghệ tạo mẫu nhanh

là dữ liệu về biên dạng của mô hình cần chế tạo. Ngoài ra còn cần các thông tin

khác như dung sai, chất lượng bề mặt, vật liệu gia công, phương pháp và thông

số gia công. Dữ liệu về mô hình chủ yếu ở các dạng sau:

- Mô hình bề mặt (Surface). - Mô hình khối rắn (Solid). - Dữ liệu dạng điểm. - Dữ liệu dạng toán học. - Dữ liệu dạng hình ảnh. - Dữ liệu lớp cắt.


69

5.3. Ứng dụng của công nghệ tạo mẫu nhanh

5.3.1. 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

5.3.2. 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…

5.3.3. Tạo mẫu nhanh trong chế tạo sản xuất

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.

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 một hình ảnh bằng một ngàn lời nói thì mô hình vật lý bằng

một ngàn hình ảnh.

5.3.4. Ứng dụng tạo mẫu nhanh trong 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 qui trình tạo mẫu nhanh và tạo ra vật thể vật lý, mô hình này được

gọi là mô hình y học.


70

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 phẫu thuật phức tạp một cách tốt hơn.


71

CHƯƠNG IV: MỘT SỐ CÔNG NGHỆ TẠO MẪU NHANH ĐIỂN HÌNH

4.1. Công nghệ tạo mẫu nhanh SLA

Phương pháp tạo mẫu nhanh SLA (Stereo Lithography Aparatus) được

phát minh bởi Charles Hull vào năm 1984 và được phát triển bởi công ty 3D

Systems – Mỹ (thành lập năm 1996 Charles W. Hull và Raymond - S – Freed).

Hình 4.1: Máy tạo mẫu nhanh SLA

Thiết bị SLA – 190 là thiết bị đầu tiên của phương pháp tạo mẫu nhanh và

sử dụng tia laser He-Cd. Thiết bị SLA sử dụng tia laser He-Cd. Thiết bị SLA –

350 sử dụng laser ở trạng thái rắn Nd: YVO4. Thiết bị SLA – 500 sử dụng tia

laser Argon-ion rất mạnh. Tất cả các thiết bị đều sử dụng chung một loại vật liệu

sản xuất là loại nhựa lỏng có khả năng đông đặc dưới tác dụng của các tia tử

ngoại như: tia gama, tia cực tím, tia x, tia electron, phóng xạ của trường điện từ,

… như expoxy, actylates, … Tên thương mại của các loại nhựa này là: Accura

60 plastic, Accura 25 plastic, Accura 10 plastic, Accura 50 Natural plastic,

Accura 50 Grey plastic, Accura Bluestone nano-composite plastic, Accura

45HC plastic…


72

* Qúa trình tạo mẫu bằng phương pháp SLA được trải qua 5 giai đoạn

- Tạo mô hình CAD 3D

- Tạo file dữ liệu .STL

- Kiểm tra

- Tạo mẫu

- Hậu xử lý

Nguyên lý làm việc :

Hình 4.2: Nguyên lý hoạt động của phương pháp SLA

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 được điều khiển bằng máy tính thông qua hệ thống quét bằng

quang học sẽ quét lên bề mặt theo những tiết diện của từng mặt cắt. Vật liệu

lỏng khi bị tác động của chùm tia laser sẽ bị đông đặc lại hoặc là được xử lý.

Sau đó, Cơ cấu nâng được dịch chuyển xuống phía dưới một đoạn đúng bằng

chiều dày của một lớp và quá trình được lặp lại. Các lớp liên kết lại với nhau

thành khối. Cuối cùng vật thể được lấy ra từ thùng đựng chất lỏng và chất lỏng

còn lại thông thường được xử lý trong lò nung đặc biệt. Bởi vì chi tiết được tạo

thành trong môi trường chất lỏng và bên trong vật thể còn chứa chất lỏng

polyme, 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 không bị

nổi lên hoặc không bị trôi nổi tự do ở trong thùng.

Sau khi lấy chi tiết ra khỏi hệ thống SLA, chi tiết phải trải qua một loạt

các quá trình hậu xử lý để làm sạch, gỡ bỏ cơ cấu trợ giúp...


73

* Một số ưu, nhược điểm của phương pháp SLA.

- Ưu điểm :

+ Hệ thống cứng vững và hoàn toàn tự động.

+ Độ chính xác kích thước cao +/-0.1 mm.

+ Độ bóng bề mặt cao.

+ Độ phân giải cao phù hợp với các chi tiết phức tạp.

+ Với sự hổ trợ của phần mềm chuyên dụng QuickCast cho phép tạo

mẫu cho quá trình đúc khuôn kim loại nhanh chóng và chính xác.

- Nhược điểm :

+ Sản phẩm bị cong vênh.

+ Giá thành hơi cao.

+ Vật liệu sử dụng bị hạn chế.

+ Phải qua giai đoạn hậu xử lý.

+ Chi phí vận hành và bảo trì cao.

4.2. Công nghệ tạo mẫu nhanh SLS

Phương pháp SLS (Selective Laser Sintering) này được phát minh bởi

Carl Deckard vào năm 1986 ở trường đại học Texas và được bằng sáng chế

1989, được đưa ra thị trường bởi tập đoàn DTM (được thành lập 1987). Thiết bị

đầu tiên được thương mại hoá vào 1992. Đây là một trong những phương pháp

đầu tiên và được công nhận sau SLA. Phương pháp này cũng dựa trên quá trình

chế tạo từng lớp nhưng chất polymer lỏng được thay bằng vật liệu bột.

Hình 4.3: Máy tạo mẫu nhanh SLS


74

Nguyên lý làm việc:

Hình 4.4: Nguyên lý hoạt động của phương pháp SLS

Phương pháp SLS sử dụng tính chất của vật liệu bột là có thể hóa rắn dưới

tác dụng của nhiệt (như nylon, elastomer, kim loại). Một lớp mỏng của bột

nguyên liệu được trải trên bề mặt của xy lanh công tác bằng một trống định

mức. Sau đó, tia laser hóa rắn (kết tinh) phần bột nằm trong đường biên của mặt

cắt (không thực sự làm chảy chất bột), làm cho chúng dính chặt ở những chỗ có

bề mặt tiếp xúc.

Trong một số trường hợp, quá trình nung chảy hoàn toàn hạt bột vật liệu

được áp dụng. Quá trình kết tinh có thể được điều khiển tương tự như quá trình

polymer hoá trong phương pháp tạo hình lập thể SLA. Sau đó xy lanh hạ xuống

một khoảng cách bằng độ dày lớp kế tiếp, bột nguyên liệu được đưa vào và quá

trình được lặp lại cho đến khi chi tiết được hoàn thành.

Trong quá trình chế tạo, những phần vật liệu không nằm trong đường bao

mặt cắt sẽ được lấy ra sau khi hoàn thành chi tiết, và được xem như bộ phận phụ

trợ để cho lớp mới được xây dựng. Điều này có thể làm giảm 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).


75

Vật liệu sử dụng: Polycacbonate (PC), nylon, sáp, bột kim loại (copper

polyamide, rapid steel), bột gốm (ceramic), glass filled nylon, vật liệu đàn hồi

(elastomer).

* Quá trình tạo mẫu :

Sản phẩm được chia thành các lát cắt từ file định dạng. STL tạo một lớp

bằng cách trải các lớp bột, thiêu kết bằng nguồn laser CO2 theo các bước sau :

- Một lớp vật liệu bột nóng chảy được đặt vào buồng chứa sản phẩm.

- Lớp vật liệu bột đầu tiên được quét bằng tia laser CO2 và đông đặc lại

và vật liệu bột không được xử lý sẽ được đưa trở về thùng chứa liệu.

- Khi lớp thứ nhất đã hoàn thành thì lớp vật liệu bột thứ hai được cấp và

thông qua con lăn cơ khí chuẩn bị cho quá trình quét lớp thứ hai.

- Bước hai và bước ba được lặp lại cho đến khi sản phẩm được hoàn

thành.

Sau khi quá trình kết thúc, sản phẩm được lấy ra khỏi buồng xử lý và có

thể qua giai đoạn hậu xử lý hoặc đánh bóng lại như phun cát tùy từng ứng dụng

của sản phẩm.

* Một số ưu, nhược điểm của phương pháp SLS.

- Ưu điểm :

+ Số lượng vật liệu đưa vào quá trình cao giúp cho quá trình tạo mẫu

nhanh chóng.

+ Vật liệu đa dạng, không đắt tiền.

+ Vật liệu an toàn.

+ Không cần cơ cấu hỗ trợ (Support).

+ Giảm sự bóp méo do ứng suất.

+ Giảm các giai đoạn của quá trình hậu xử lý như chỉ cần phun cát.

+ Không cần xử lý tinh (Post-curing).

+ Chế tạo cùng lúc nhiều chi tiết.

- Nhược điểm :

+ Độ bóng bề mặt thô.

+ Chi tiết ở trạng thái rỗ.


76

+ Lớp đầu tiên có thể đòi hỏi một đế tựa để giảm ảnh hưởng nhiệt

+ Mật độ chi tiết không đồng nhất.

+ Thay đổi vật liệu cần phải làm sạch máy kỹ càng.

4.3. Công nghệ tạo mẫu nhanh LOM

Công nghệ tạo mẫu LOM (Laminate Object Manufacturing ) được phát

minh bởi Michael Feygin vào năm 1985 và được tung ra thị trường bởi công ty

Helisy.

Hình 4.5 : Nguyên lý hoạt động của phương pháp LOM


Đầu tiên, thiết bị nâng ở vị trí cao nhất cách con lăn nhiệt một khoảng

bằng đúng độ dày của lớp vật liệu, tiếp theo con lăn nhiệt sẽ cán lớp vật liệu này,

dưới bề mặt của vật liệu có chất kết dính mà khi được ép và gia nhiệt bởi trục

lăn nó sẽ giúp lớp này liên kết với lớp trước. Hệ thống quang học sẽ đưa tia laser

đến để cắt vật liệu theo hình dạng hình học của mô hình đã tạo từ CAD. Vật liệu

được cắt bởi tia laser theo đường viền của mặt cắt lát. Phần vật liệu dư sẽ được

thu hồi bằng con lăn hồi liệu. Sau đó đế hạ xuống cấu nâng hạ xuống thấp và vật

liệu mới được nạp vào, cơ cấu lại nâng lên chậm đến vị trí thấp hơn chiều cao

trước đó, trục cán sẽ tạo liên kết giữa lớp thứ hai với lớp thứ bằng đúng chiều

dày lớp vật liệu kế tiếp.

Chu kỳ này được lặp lại cho đến khi kết thúc. Những vật liệu dư đóng vai trò

như cơ cấu phụ trợ để đỡ cho chi tiết. Vật liệu dư này cũng được cắt thành


77

những đường ngang dọc (cross-hatch). Những đường giao tuyến song song này

làm bong những vật liệu dư để nó được lấy đi dễ dàng sau khi chế tạo. Sau đó,

bề mặt của chi tiết có thể được đánh bóng, xi mạ, hoặc sơn phủ theo yêu cầu.

Theo nguyên tắc tất cả các vật liệu dạng tấm đều có thể sử dụng cho hệ thống

LOM. Nhưng thông thường LOM sử dụng nhiều nhất là giấy, plastic, gốm và

vật liệu composite

* Một số ưu nhược điểm của phương pháp LOM.

- Ưu điểm:

+ Vật liệu đa dạng, rẻ tiền. Về nguyên tắc có thể sử dụng các loại vật liệu:

giấy, chất dẻo, kim loại, composites và gốm.

+ Độ chính xác cao đạt được tốt hơn 0,25 mm. Bằng việc cắt vật liệu thay

vì hóa rắn nó, hệ thống có thể bảo vệ được những đặc tính ban đầu của vật liệu.

+ Không cần thiết kết cấu hỗ trợ.

+ Tốc độ cao, nhanh hơn các phương pháp tạo lớp khác bởi vì tia laser

không cắt toàn bộ diện tích mà chỉ quét theo chu vi bên ngoài. Do đó, vật liệu

dày và mỏng có tốc độ cắt bằng nhau.

+ Không có sự thay đổi pha trong quá trình chế tạo chi tiết nên tránh được

độ co rút của vật liệu.

+ Không độc hại và ô nhiễm môi trường.

- Nhược điểm:

+ Không thu hồi được vật liệu dư. Sự cong vênh của chi tiết thường là vấn

đề chính của phương pháp LOM.

+ Lấy sản phẩm ra khỏi kết cấu hỗ trợ khó khăn.

+ Độ bóng bề mặt không cao.


78

4.4. Công nghệ tạo mẫu nhanh SGC

Hệ thống tạo mẫu nhanh SGC (Solid Ground Curing) được sản xuất bởi

công ty Cubital Ltd. Công ty Cubital Ltd được thành lập 1987 và sản phẩm

thương mại đầu tiên là 1991. Bên ngoài Israel, công ty Cubital còn có các công

ty ở Mỹ và Đức. Các sản phẩm của Cubital bao gồm: Solider 4600 và Solider

5600 (tính đến năm 1997).


Chi tiết được xây dựng từng lớp một từ vật liệu lỏng photopolymer.Vật

liệu này sẽ bị động cứng dưới tác dụng của tia cực tím.

Các bước được tiến hành như sau:

- Chuẩn bị dữ liệu

- Tạo mặt nạ và tạo mẫu.

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.


79

* Một số ưu 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 cao, thiết bị làm việc 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.


80

4.5. Tạo mẫu nhanh bằng công nghệ in 3 chiều

Công nghệ in 3 chiều (3D Printing Technology) là sản phẩm của hãng

Zcoporation của Mỹ đây là hãng chuyên cung cấp, sản xuất và cung cấp các

thiết bị tạo mẫu nhanh với công nghệ in 3 chiều có tốc độ nhanh nhất hiện

nay.Công nghệ này có thể chế tạo ra các sản phẩm mẫu nhanh, dễ dàng với chi

phí thấp từ dữ liệu dạng CAD và các dạng kỹ thuật số khác.

Thiết bị in 3 chiều sử dụng công nghệ kết dính vật liệu bột là một phát

minh sáng chế của Ely Sachs học viện công nghệ Massachusetts (MIT) của mỹ

để chế tạo ra các chi tiết trực tiếp từ các file dữ liệu số.

Hình 4.6: Máy in 3 chiều


81

* Nguyên lý làm việc.

Phương pháp 3D Printing hoạt động theo nguyên tắc in “phun mực”. Một

loại mực keo đặc biệt được phun lên lớp bột nhựa đã được trải phẳng và hoá

cứng. Như thế là chúng đã tạo ra một lớp và từng lớp dần dần tạo ra vật thể.

Hình 4.7: Cấu tạo máy in 3 chiều

Công nghệ này được thực hiện qua 5 bước :

- Đầu tiên thiết bị trải ra một lớp bột mỏng

- Sau đó đầu phun ra các chất dính kết để tạo ra mặt tiết diện ngang của

chi tiết hoặc sản phẩm.

- Lúc này piston giữa hạ xuống một bậc tạo không gian cho lớp (mặt tiết

diện mới) hình thành.

- Quá trình được lặp lại cho đến khi toàn bộ chi tiết hoặc sản phẩm hình

thành.

- Sau khi hoàn thành chi tiết hoặc sản phẩm sẽ được bao bọc một lớp bột

thừa, lúc này chỉ việc rung hoặc lắc và nới lỏng bột để lấy chi tiết hoặc sản phẩm

ra. Bột thừa có thể tái sử dụng.


82

* Một số ưu nhược điểm của công nghệ in 3D.

- Ưu điểm:

+ Tốc độ hình thành sản phẩm rất nhanh, có thể gấp 5-10 lần so với công

nghệ khác

+ Chi phi đầu tư sở hữu thấp nhất trong lĩnh vực công nhgệ tạo mẫu

nhanh.

+ Chi phí nguyên vật liệu và chi phí sản xuất thấp.

+ Đa dạng về vật liệu chế tạo và các ứng dụng.

+ Có thể in các vật có cấu tạo hình học phức tạp mà không cần giá đỡ.

+ Dễ dàng chuẩn bị, sử dụng, và bảo dưỡng.

+ Là công nghệ tạo mẫu có đầy đủ màu sắc lên đến hàng triệu màu.

+ Công nghệ in 3D cho phép chế tạo các sản phẩm đa dạng từ các vật liệu

khác nhau, màu sắc khác nhau, khối lượng và kích thước với các tỷ lệ khác nhau

so với chi tiết hoặc sản phẩm thật.

Ngoài ra còn có các phương pháp khác: 3DP, DSPC, BPM, DFL, SDM,

MSDM, FDM.


83

CHƯƠNG V: ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ TẠO MẪU NHANH ĐỂ CHẾ

TẠO MỘT SỐ SẢN PHẨM TRÊN MÁY TẠO MẪU SPECTRUM Z510

5.1. Các chỉ tiêu kỹ thuật của máy

5.1.1. Thông số kỹ thuật của máy Z510

- Độ dày lớp cắt mẫu: 0,089 – 0,203 mm.

- In 3 chiều màu sắc thực.

- Tốc độ in màu: 2 lớp/phút.

- Kích thước mẫu lớn nhất: 254 x 356 x 203 mm .

- Độ phân giải: 600 x 540 DPI.

- Có thể tạo được nhiều mẫu cùng một lúc.

- Số đầu tia phun 1216.

- In màu: RGB full colour, 16 triệu màu.

5.1.2. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của máy Spectrum Z510 Hệ thống pitton cấp bột và chế tạo

Hình 5.1 : Cấu tạo thiết bị tạo mẫu nhanh Spectrum Z510 3D Printer


84

Hình 5.2 : Cấu tạo thiết bị tạo mẫu nhanh Spectrum Z510 3D Printer

Hình 5.3 : Cấu tạo thiết bị làm sạch chi tiết mẫu, hoàn thiện lần cuối ZD


85

* Nguyên lý hoạt động.

- Thiết bị tạo mẫu nhanh Spectrum Z510 được dùng để tạo chi tiết mẫu

có màu sắc thực và khuôn đúc kim loại. Thiết bị được chế tạo dựa trên phương

pháp in 3 chiều. Phương pháp này được hình thành như sau:

- Đầu tiên con lăn gạt để rải đều bột trên mặt nền chế tạo. Đầu in sẽ phun

chất kết dính nhằm liên kết các hạt bột với nhau để tạo mặt cắt ngang của vật

thể. Sau đó piston cấp bột nâng lên còn piston chế tạo lùi xuống một khoảng

đúng bằng chiều dày lớp in. Quá trình tiếp tục cho đến khi chi tiết được tạo

xong.

Hình 5.4: Sơ đồ nguyên lý hoạt động của thiết bị Spectrum Z510

- Kết hợp với việc ứng dụng công nghệ CAD trong thiết kế 3D chúng ta

có thể chế tạo được các chi tiết có hình dạng phức tạp bất kỳ, mà nếu gia công

bằng phương pháp khác sẽ rất khó khăn thậm chí là không thể. Đặc biệt nó có

thể chế tạo các cấu trúc bên trong phức tạp, thành mỏng hoặc các chi tiết lắp

ghép với nhau trong một lần gia công. Nó cho phép sửa đổi thiết kế chi tiết đơn

giản.

- Thiết bị sử dụng phương pháp in 3 chiều, do không làm biến đổi trạng

thái của vật liệu nên độ chính xác chế tạo đạt được rất cao.

- Đặc biệt, kết hợp với việc ứng dụng thiết bị đo 3 chiều CMM chúng ta

có thể chế tạo được chi tiết có hình dạng giống chi tiết mẫu với độ chính xác rất

cao.


86

5.2. Tạo mẫu một số sản phẩm

Bước 1: Thiết lập mô hình CAD của chi tiết mẫu (chính là mô hình kết

quả được xây dựng ở chương II)

Hình 5.5 : Mô hình CAD của chi tiết dùng để tạo mẫu

Bước 2: Chuẩn bị máy tạo mẫu nhanh

1. Cho bột trong buồng cấp bột 2. Cho keo kết dính vào bình

3. Cán phẳng bột để tạo nền ban đầu


87

4. Cho chất tẩy rửa vào bình 5. Vệ sinh trạm rửa đầu in

6. Chuyển máy sang chế độ làm việc online.

Hình 5.6 : Các bược chuẩn bị cho máy tạo mẫu nhanh

Bước 3: Khởi động phần mềm Zprint

Hình 5.7 : Phần mềm đi của máy in Spectrum Z510


88

Bước 4: Nhập mô hình CAD đã tạo và hiệu chỉnh lại mô hình.

Hình 5.8 : Mô hình CAD được gọi vào phần mềm

Bước 5: Thiết lập chế độ in cho máy.

Nhấn chuột trái vào File chọn 3D Print Setup →Hộp thoại xuất hiện

Chọn loại máy in trong mục Printer bằng cách kích chuột trái vào Select

Printer →cửa số thứ 2 hiện ra chọn máy trong mục Offline là Spectrum →

Chọn OK →chọn độ dày cho mỗi lượt in trong mục Layer Thickness → Kích

chọn OK kết thúc việc thiết lập chế độ in.

Hình 5.9 : Thiết lập chế độ in cho máy


89

Bước 6: In chi tiết mẫu.

Nhấn chuột trái vào File chọn Print 3D

Hình 5.6 : In chi tiết

Hình 5.10 : In chi tiết

Bước 7: Lấy mẫu và hoàn thiện lần cuối.

Hình 5.11 : Lấy mẫu và làm sạch mẫu in


90

5.3. Một vài sản phẩm được in trên máy Spectrun Z510 ( Z – Zcorp )

*Sản phẩm trong lĩnh vực cơ khí.

Hình 5.12 : Một vài sản phẩm cơ khí được in trên máy tạo mẫu nhanh

* Sản phẩm trong lĩnh vự kiến trúc.

Hình 5.13 : Sản phẩm tạo mẫu nhanh trong lĩnh vực kiến trục và công nghệ thông tin


91

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ. Sau hơn 3 tháng thực hiện đồ án, được sự hướng dẫn tận tình của các

thầy tại bộ môn Thiết Kế Máy chúng em đã hoàn thành được đồ án đúng theo

thời gian được qui định … Đối chiếu kết quả đạt được với bản nhiệm vụ đồ án,

em đánh giá chung kết quả đạt được như sau:

1. Đã hoàn thành được hiệm vụ đặt ra: Đó là tìm hiểu và nắm bắt được

công nghệ thiết kế ngược, các công cụ và thiết bị hỗ trợ cho quá trình thiết kế,

chế tạo ngược. Và áp dụng được các thiết bị và công cụ này vào quá trình tạo

mẫu ra sản phẩm .

2. Đồ án đã thực hiện đầy đủ nội dụng quy định. Bao gồm:

- Tìm hiểu về khái niệm, quy trình, ứng dụng của công nghệ thiết kế

ngược trong sản xuất.

- Tìm hiểu và sử dụng thiết bị số hóa ATOS I

- Sử dụng phần mềm thiết kế ngược XOR để xây dựng lại mô hình CAD

cho mẫu sản phẩm từ dữ liệu số hóa.

- Tìm hiểu được cấu tạo, nguyên lý hoạt động của một số phương pháp

tạo mẫu nhanh điển hình .

- Quy trình tạo ra sản phẩm trên máy tạo mẫu nhanh SPECTRUM Z510.

3.Hạn chế của đồ án

Mặc dù đã cố gắng tìm hiểu nghiên cứu kỹ song do đây là một lĩnh vực

khá mới mẻ, thiếu trang thiết bị và hạn chế kiến thức nên có một số vấn đề em

đánh giá chưa sâu như việc đánh giá sai số thiết kế bằng phương pháp đo trực

tiếp. Sản phẩm được tạo ra đạt độ bóng chưa cao, chưa sử dụng được (Do chưa

có vật liệu phù hợp).

Kiến nghị : Là sinh viên chuẩn bị tốt nghiệp, đồ án tốt nghiệp thực sự

đã mang lại cho em nhiều kiến thức và kinh nghiệm quý báu. Thông qua đồ án

em học được nhiều điều mới mẻ, có được cái nhìn sâu sắc và tổng quan hơn về

chế tạo, sản xuất sản phẩm trong thực tế. Đồ án " Nghiên cứu công nghệ thiết kế

ngược và ứng dụng vào quá trình tạo mẫu nhanh ". Đã giúp em tổng hợp được

kiến thức nhiều môn học như chi tiết máy, dung sai, công nghệ kim loại,


92

CAD/CAM/CAE… Đây sẽ là cơ sở quan trọng trong công tác nghiên cứu, chế

tạo và ứng dụng CAD/CAM/CAE vào sản xuất công nghiêp hiện nay. Sản xuất

theo công nghệ tạo mẫu nhanh thực sự có nhiều ứng dụng thực tế và đang trở

thành một trong các xu hướng của sản xuất hiện tại. Do vây mà nó cần được

quan tâm, phát triển hơn nữa để có thể góp phần đưa công nghệ Việt Nam bắt

kịp thế giới.

Mặc dù đã nỗ lực cố gắng song do thời gian hạn chế nên đồ án của em

sẽ không tránh khởi được những thiếu xót, tuy nhiên em cũng tự đánh giá đã

hoàn thành nhiệm vụ đặt ra.


93

TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] PGS.TS. Trương Tất Đích, Chi tiết máy (Tập 1 và tập 2) (2001),

Nhà xuất bản Giao thông vận tải, Hà Nội.

[2] PGS.TS. An Hiệp, PGS.TS. Trần Vĩnh Hưng, KS Nguyễn Văn

Thiệp (2003), Phần mềm thiết kế công nghiệp Autodesk Inventor, Nhà xuất bản

khoa học và kỹ thuật, Hà Nội- Năm 2007.

[3] PGS.TS. An Hiệp, PGS.TS Trần Vĩnh Hưng, Dung sai và đo lường

Cơ Khí, Nhà xuất bản Giao thông vận tải, Hà Nội.

[4] PGS.TS .An Hiệp , PGS.TS Trần Vĩnh Hưng, Thiết kế chi tiết máy

trên máy vi tính , Nhà xuất bản Giao thông vận tải, Hà Nội, Năm 2006.

[5] Tài liệu công nghệ đo 3D, Công nghệ Scan 3D của hang GOM –

http: www.gom.com

[6] Tài liệu phần mềm thiết kế ngược Reverse Engineerung của hãng

Rapidform – http : www.rapidform.com

[7] Tài liệu máy in 3D Spectrum Z510 của hãng Zcorp – http:

www.Zcorp.com

Bài thuyết minh hoàn chỉnh môn thiết kế ngược

Documents

Transcript of Bài thuyết minh hoàn chỉnh môn thiết kế ngược