Công nghệ tạo mẫu nhanh hướng phát triển của ngành cơ khí Công nghệ tạo mẫu nhanh (Rapid Prototyping – RP) là công nghệ sản xuất tiên tiến, bên cạnh việc lập trình gia công trên máy CNC để gia công chế tạo sản phẩm người ta xây dựng mô hình CAD 3D trên máy tính và gia công theo cách thực hiện trực tiếp từ những dữ liệu của mô hình. Công nghệ tạo mẫu nhanh sản xuất các mô hình sản phẩm bằng
phương pháp đắp từng lớp vật liệu dựa trên dữ liệu CAD. Với công nghệ này cho phép các các kỹ sư thiết kế nhanh chóng tạo ra được những sản phẩm 3 chiều, thuận tiện trong việc chế tạo hững sản phẩm mới.Công nghệ này ngày càng được ứng dụng nhiều trong công nghiệp và chứng tỏ ưu thế vượt trội trong quá trình tạo mẫu. Nó giải quyết bài toán tạo hình và gia công những chi tiết, sản phẩm theo cách thực hiện trực tiếp từ những dữ liệu của mô hình thiết kế ảo 3 chiều trên máy tính, khác với công
nghệ truyền thống là hớt đi những lớp vật liệu. Công nghệ RP đang là mục tiêu nghiên cứu và ứng dụng trong ngành cơ khí công nghệ cao. Chi tiết được thiết kế trên phần mềm CAD/CAM thể hiện đầy đủ tính chất vật lý như sản phẩm thật thể hiện bằng những mặt cong khép kín với kích thước giới hạn rõ ràng. Mô hình dạng khối sẽ tự động giới hạn thể tích và chuyển sang file định dạng “. STL” (StereoLithography). Máy tính phân tích file .STL để xác định rõ ràng mô hình và các
lớp mỏng trên mặt cắt ngang. Hiện nay trong thực tế sản xuất đã ứng dụng một số phương pháp tạo mẫu nhanh:
Hình 1. Phương pháp SLA - Phương pháp dán nhiều lớp (Laminated Object Manufacture - LOM): Hệ thống quang học sẽ đưa tia lazer đến để cắt vật liệu tấm theo đường biên của từng lớp. Vật liệu dư nằm ngoài biên dạng lát cắt, cũng được cắt thành những đường ngang dọc để dễ dàng lấy đi sau khi chế tạo xong chi tiết. Nguyên lý hoạt động: Dùng tia laser CO2 chiếu qua đầu quan sát cắt các vật liệu dạng tấm mỏng (thường là giấy) theo đường biên các mặt cắt của mẫu, sau đó cuộn gia nhiệt cấp nhiệt độ làm nóng chảy keo trên bề mặt tấm để dán các mặt cắt với nhau. Phương pháp này phù hợp cho các vật mẫu có kích thước rộng.
Hình 2. Phương pháp LOM - Phương pháp thiêu kết lazet chọn lọc (Selective Laser Sintering - SLS): Công nghệ này dựa trên nguyên lý thiêu kết làm nóng chảy vật liệu bột bằng chùm tia laser CO2 hóa rắn vật liệu bột nằm trong đường biên của mặt cắt. Làm cho chúng dính chặt lại với nhau ở những chỗ có bề mặt tiếp xúc với lazer. Nguyên lý hoạt động: Dùng chùm tia laser CO2 chiếu qua thấu kính, máy quét phản chiếu hướng vào bề mặt vật liệu thiêu kết. Lớp vật liệu được dính chặt với nhau khi cuộn cán phẳng lăn qua. Công nghệ này áp dụng đối với hầu hết các vật liệu có tính dẻo nỏng.
Hình 3. Phương pháp SLS - Phương pháp rải dây nóng chảy (Fused Deposition Modeling - FDM): Vật liệu thường là dạng sợi đùn qua vòi phun được gia nhiệt và rải từng lớp theo tiết diện vật thể. Có hai đầu phun mang hai loại vật liệu khác nhau, một đầu là vật liệu tạo hình sản phẩm và đầu còn lại là vật liệu hỗ trợ tạo hình. Khác với các công nghệ khác là thay vì tạo nên các lớp mặt cắt khác nhau bằng cách sử dụng tia laser chiếu lên bề mặt vật liệu làm đông cứng vật liệu tạo thành một lớp mặt cắt thì trong công nghệ này vật liệu dưới dạng chảy dẻo được đùn ra từ một đầu ép phun điều khiển CNC để tạo nên một mặt cắt của mẫu.
Hình 4. Phương pháp FDM - Phương pháp in ba chiều (Three Dimensional Printing - 3DP): Phương pháp này rất dùng một đầu phun hỗn hợp chất kết dính. Những phần tử bột sẽ được liên kết với nhau ở những miền có chất kết dính. Công nghệ này áp dụng cho các thiết bị làm việc theo nguyên lí máy in. Công nghệ 3D Priting sử dụng vật liệu dạng bột để chế tạo mẫu song điểm đặc biệt của công nghệ này là không dùng nguồn nhiệt để tạo biến đổi hoá lý hoặc nung chảy vật liệu như trong các công nghệ nêu trên mà sử dụng một loại keo kết dính phun lên lớp bột để tạo sự kết dính giữa các hạt bột và giữa các lớp với nhau.
Hình 6. Mô hình các cuộc cách mạng công nghiệp trong lịch sử Công nghệ tạo mẫu nhanh được áp dụng rộng rãi trong ngành Công nghệ Kỹ thuật Cơ khí, đặc biệt trong việc đúc khuôn vỏ mỏng để chế tạo những chi tiết có hình dáng biên dạng phức tạp... Với những tính năng vượt trội của công nghệ này đã giúp cho các kỹ sư chế tạo giảm bớt thời gian gia công, đáp ứng ngay được nhu cầu thương mại của khách hàng và sẽ phát triển mạnh trong cuộc cách mạng công nghiệp lần thứ Tư. |
