Tạo Mẫu Nhanh

Quy Trình cơ bản:
Mặc dù có nhiều kỹ thuật tạo mẫu nhanh tồn tại nhưng tất cả đều sử dụng một quy trình gồm 5 bước cơ bản. Các bước thực hiện:

1. Tạo mô hình CAD 3 chiều
2. Chuyển đổi mô hình CAD sang định dạng STL
3. Cắt file STL thành những tiết diện theo thứ tự trên trục Z
4. Xây dựng mô hình (một) lớp trên đỉnh của lớp trước đó
5. Làm sạch và hoàn thành vật thể

Tạo mô hình CAD (CAD Model Creation): Trước tiên, đối tượng được mô hình hóa bằng cách sử dụng một thiết kế với sự trợ giúp của máy tính, lập mô hình khối rắn bằng các phần mềm như: Solidworks, ProE,.. Các nhà thiết kế có thể sử dụng một tập tin CAD có từ trước hoặc tạo mới theo mục đích tạo mẩu. Quá trình này giống hệt nhau đối với các loại kỹ thuật RP khác nhau.

Chuyển đổi sang định dạng STL (Conversion to STL format): Các phần mềm  3D khác nhau sử dụng thuật toán khác nhau để thể hiện vật thể rắn (Solid part), để thiết lập tính thống nhất - định dạng STL (stereolithography) đã được áp dụng như là tiêu chuẩn của ngành công nghiệp tạo mẫu nhanh. Định dạng này là quỹ tích của các mặt tam giác phẳng lắp ráp liên tục với nhau thể hiện bề mặt của vật thể trong không gian ba chiều. Do định dạng STL sử dụng các yếu tố mặt phẳng (planar triangles) nên nó không thể hiện bề mặt cong một cách chính xác. Tăng số lượng mặt tam giác có thể cải thiện độ mịn của bề mặt cong nhưng bù lại dung lượng file sẽ tăng. Các chi tiết lớn, phức tạp sẽ cần nhiều thời gian cho khâu tiền xử lý và xây dựng định dạng STL. Do đó, người thiết kế phải cân nhắc giữa yếu tố thời gian, dung lượng file và độ chính xác để có được một file STL hữu ích.

Cắt file STL (Slice the STL file): trong bước này, một chương trình tiền xử lý file STL sẽ được xây dựng, một sô chương trình có sẵn và hầu hết cho phép người dùng điều chỉnh kích thước, vị trí và hướng đặt để mô hình. 

Xác định hướng đặt là quan trong với nhiều lý do: 
- Tính chất của mẫu tạo thành sẽ thay đổi tương đồng với phương hướng đặt để. Ví dụ: mẩu sẽ yếu hơn và ít chính xác hơn theo phương Z so với phương XY
- Hướng đặt mô hình quyết định thời gian xây dựng mô hình. Vì thế nên đặt phương ngắn nhất của vật thể theo hướng Z của thiết bị để giảm số lượng các lớp do đó rút ngắn thời gian xây dựng mô hình.
- Mổi lát cắt (layer) có bề dày dao động từ 0.016mm đến 0.7mm tùy theo công nghệ khác nhau. Hiện tại, công nghệ Polyjet của Objet/Stratasys có thể đạt bề dày lớp cắt 0.016mm
Chương trình cũng đồng thời tạo ra một cấu trúc phụ trợ để hổ trợ các mô hình trong quá trình xây dựng (gọi là vật liệu support). Nó hổ trợ hữu ích cho các tính năng của mô hình như: phần nhô ra không chân (beam); lỗ hỗng bên trong và phần vách mỏng. Mổi nhà sản xuất máy Print 3D cung cấp độc quyền phần mềm của riêng mình.

Xây dựng mô hình (Layer by layer): đây là bước chủ đạo của quy trình tạo mẩu, nó sử dụng một trong những kỹ thuật khác nhau (RP techniques) (Sẽ mô tả chi tiết trong bài viết sau). Hệ thống xây dựng từng lớp vật liệu từ: polyme, dung dich nhựa lỏng, giấy, kim loại bột ... Hầu hết là tự động, ít có sự can thiệp của con người.

Làm sạch và kết thúc: đây là bước cuối cùng của quy trình, bước này liên quan đến việc loại bỏ các phần từ phụ trợ (có đề cập ở bước số 3). Nguyên mẩu có thể yêu cầu phải làm sạch và xử lý bề mặt bằng phương pháp: đánh nhám, Sơn phủ để cải thiện hình dạng và độ bền của nó.

Scan 3D + Reverse Engineering

Một số sản phẩm điển hình của 3DPS:

1. Bông gang: Scan 3D + Reverse Engineering (RE) --> Xuất file Solidworks

2. Khay nhựa: Quét 3D + Xử lý file STL + RE --> Xuất file parasolid

3. Đầu xe wave 110: Scan 3D + Thiết kế ngược --> Xuất file Solidworks

4. Khuôn tựa lưng ghế: Scan 3D khuôn tại nhà máy của khách hàng + RE đạt độ chính xác cao --> Xuất file ProE

5. Kính lặn: Quét mẩu 3D + Thiết kế ngược --> Xuất file STEP

6. Ghế trẻ mẫu giáo: 3D Scan + Redesign --> Xuất file IGS

7. Đế giầy: Scan 3D + 3D modeling --> STEP

8. Cánh quạt: Scan 3D + redesign --> IGS

CAD to STL

   Định dạng STL đã trở nên quen thuộc với CAD user, trên thị trường đang từng bước xuất hiện rất nhiều thiết bị đầu cuối sử dụng STL như một điều kiện cần có của dữ liệu đầu vào. Rất nhiều phần mềm CAD trên thị trường đều có thể export định dạng STL.
   Tuy nhiên, tùy theo mổi phần mềm - tùy theo giá trị khai báo ban đầu mà chất lượng của dữ liệu STL sẽ khác nhau, thậm chí bị lỗi. Điều này ảnh hưởng đến kết quả của khâu phía sau. 
   Để có dữ liệu STL tốt nhất, ta nên thực hiện đúng quy trình sau:


1. Solidworks:

• File > Save As
• Set Save As Type to STL
• Options > Fine > OK
• Save
• STL settings: How to change STL settings
• File > Save As
• STL > Options
• For a smoother STL file, change the Resolution to Custom
• Change the deviation to 0.0005in (0.01 mm)
• Change the angle to 5 (Smaller deviations and angles will produce a smoother file, but the file size will get larger)

2. Pro / Engineer:

• File > Export > Model
• STL
• Set chord height to 0. The field will be replaced by minimum acceptable value.
• Set Angle Control to 1
• OK

3. Catia:

• Select STL command
• Maximum Seg to 0.015mm
• Select the model and > select Yes
• Select Export > type File name > OK

4. IronCAD

• Right Click on the part
• Part properties > Rendering
• Set Facet Surface smoothing to 150
• File > Export
• Choose .STL

5. Rhino

• File > Save As
• Select File Type to STL
• Select File Name > Save
• Select Binary
• Select Detail Controls from Mesh Options
• Max Angle = 20, Max aspect ration = 6, Min edge Length = 0.0001
• OK

6. UGS NX

• File > Export > Rapid Prototyping
• Output type: Binary
• Triangle & Adjacency Tolerance: 0.015 mm
• Set Auto normal Gen to ON
• Set Normal Display to ON
• Set Triangle Display to ON
• File Header Information: Press OK
• In case a error messages "Negative coordinates found" appears, it can be ignored

7. Solid Edge

• Open Model & select File > Save As
• Select File type as STL
• Options > conversion tolerance to 0.015 mm
• Surface Plane Angle > 45°
• Select Binary type and OK
• Name & Save STL file

8. AutoDesk Inventor

• Go to the File menu, then select the ‘Save Copy As’ option
• Select STL from the Types drop-down
• Click the Options button, and choose the High detail level
• Click the Save Button

Posted in: