Nghiên cứu các thông số làm việc ảnh hưởng đến độ chính xác sản phẩm của máy in 3D hai đầu phun theo công nghệ FDM

KHOA HỌC KỸ THUẬT THỦY LỢI VÀ MÔI TRƯỜNG - SỐ ĐẶC BIỆT (10/2019) - HỘI NGHỊ KHCN LẦN THỨ XII - CLB CƠ KHÍ - ĐỘNG LỰC 237 
BÀI BÁO KHOA HỌC 
NGHIÊN CỨU CÁC THÔNG SỐ LÀM VIỆC ẢNH HƯỞNG 
ĐẾN ĐỘ CHÍNH XÁC SẢN PHẨM CỦA MÁY IN 3D HAI ĐẦU PHUN 
THEO CÔNG NGHỆ FDM 
Đoàn Yên Thế1 
Tóm tắt: Trong bài báo trình bày kết quả nghiên cứu thiết kế chế tạo máy in 3D hai đầu phun và nghiên cứu 
về sự ảnh hưởng của các thông số làm việc như: độ dày lớp in, tốc độ in và độ điền đầy ảnh hưởng đến độ 
chính xác cũng như chất lượng bề mặt của chi tiết in 3D. Phương pháp thực nghiệm Taguchi được sử dụng để 
thiết kế thí nghiệm và đánh giá mức độ ảnh hưởng của từng thông số đó đến độ chính xác chi tiết mẫu in 3D. 
Từ khoá: Máy in 3D, FDM, Taguchi, độ dày lớp in, tốc độ in. 
1. ĐẶT VẤN ĐỀ * 
Hiện nay trên thế giới có rất nhiều công nghệ in 
3D khác nhau ứng dụng trong các ngành công 
nghiệp. Các loại máy in 3D sẽ tạo ra các sản phẩm in 
3D với vật liệu khác nhau như: nhựa, kim loại, 
composite. Các loại máy in 3D chủ yếu sử dụng 
trong ngành công nghiệp thiết kế các sản phẩm mẫu 
và phục vụ công tác đào tạo nghiên cứu của các 
trường học. Bài báo này trình bày kết quả nghiên 
cứu thiết kế máy in 3D hai đầu phun công nghệ 
FDM sử dụng mã nguồn mở, dễ tiếp cận phù hợp để 
nghiên cứu phát triển sản phẩm với linh kiện dễ tìm 
kiếm và giá thành hợp lý. 
Hiện nay những loại máy in 3D được chế tạo ở 
Việt Nam còn một số hạn chế như bị giới hạn kích 
thước sản phẩm in, độ chính xác và chất lượng bề 
mặt còn thấp, và độ tin cậy của máy chưa cao. 
Trong báo cáo này tác giả trình bày nghiên cứu 
thiết kế chế tạo máy in 3D hai đầu phun có thể in 
vật thể 3D đạt được kích thước 280 x 280 x 300 
(mm) với yêu cầu máy in 3D làm việc có độ tin 
cậy cao. Mặt khác, chất lượng sản phẩm in 3D 
được cải thiện như nâng cao độ chính xác kích 
thước và chất lượng bề mặt. 
Để nâng cao độ chính xác sản phẩm của máy in 
3D hai đầu phun công nghệ FDM sau khi đã thiết kế 
chế tạo thì cần phải đánh giá độ chính xác của sản 
1 Khoa Cơ khí, Trường Đại học Thủy lợi 
phẩm in. Trong bài báo này tác giả đã ứng dụng 
phương pháp thực nghiệm Taguchi để đánh giá các 
thông số làm việc ảnh hưởng đến độ chính xác kích 
thước sản phẩm in 3D. Sự phụ thuộc của các thông 
số làm việc như: độ dày lớp in, tốc độ in và độ điền 
đầy ảnh hưởng đến độ chính xác cũng như chất 
lượng bề mặt của chi tiết được nghiên cứu. Từ kết 
quả nghiên cứu này cung cấp những cơ sở cho việc 
lựa chọn các thông số phù hợp trong quá trình in sản 
phẩm để đạt được độ chính xác theo yêu cầu. 
2. MÔ HÌNH THIẾT KẾ MÁY IN 3D HAI 
ĐẦU PHUN THEO CÔNG NGHỆ FDM 
2.1. Thiết kế mô hình máy in 3D 
Dựa theo yêu cầu làm việc và không gian làm 
việc của máy in 3D hai đầu phun công nghệ FDM, 
phương án thiết kế kết cấu máy in 3D được mô tả 
như Hình 1. Các bộ phận chính của máy gồm: (1) tủ 
điện , (2) cụm trục Z và bàn máy, (3) cụm trục Y, (4) 
cụm trục X, (5) cụm đầu phun, (6) màn hình điều 
khiển, (7) khung máy. 
2.1.1. Cụm trục X 
Cụm trục X có nhiệm vụ là điều khiển máy tịnh 
tiến theo phương X và đỡ đầu phun. Phương án thiết 
kế cụm trục X được đưa ra như Hình 2. Kết cấu 
chính cụm trục X gồm: (1) ray trượt, (2) puli căng 
đai GT2, (3) Tấm đỡ cơ cấu trục X, (4) cụm đầu 
phun, (5) dây đai GT2 bản 10mm, (6) cảm biến hành 
trình, (7) motor step dẫn động. 
KHOA HỌC KỸ THUẬT THỦY LỢI VÀ MÔI TRƯỜNG - SỐ ĐẶC BIỆT (10/2019) - HỘI NGHỊ KHCN LẦN THỨ XII - CLB CƠ KHÍ - ĐỘNG LỰC 238 
Hình 1. Mô hình tổng thể của máy Hình 2. Cụm trục X 
2.1.2. Cụm trục Y 
Cụm trục Y là điều khiển máy tịnh tiến theo phương 
Y và đỡ cụm trục X, cụm trục Z. Phương án thiết kế 
cụm trục Y được đưa ra như Hình 3. Kết cấu chính của 
cụm trục Y gồm: (1) puly GT2 20 răng, (2) gá đỡ ray 
trượt, (3) dây đai GT2 bản 10mm, (4) gá động cơ, (5) 
động cơ step motor 57 dẫn động trục y, (6) Khớp nối, 
(7) trục dẫn động, (8) gối đỡ ổ, (9) Puly dẫn động GT2 
20 răng , (10) Ray trượt vuông 12, (11) Cơ cấu căng đai 
2.1.3. Cụm trục Z 
Hình 3. Cụm trục Y Hình 4. Cụm trục Z 
Cụm trục Z là điều khiển máy tịnh tiến theo 
phương Z và đỡ bàn máy. Phương án thiết kế cụm 
trục Z được đưa ra như Hình 4. Kết cấu chính của 
cụm trục Z gồm: (1) Khớp nối mềm và động cơ, (2) 
tấm sau , (3) tấm đỡ bàn công xôn, (4) xích nhựa đi 
dây điện, (5) Gối đỡ trục, (6) kẹp trục, (7) tấm đỡ 
trên, (8) vít me đai ốc bi 12mm, (9) thanh trượt con 
trượt bi 16mm, (10) bàn gia nhiệt, (11) đỡ bàn gia 
nhiệt, (12) tấm đỡ dưới. 
Các thông số kỹ thuật chính của máy in 3D như 
được mô tả trong Bảng 1. 
Bảng 1. Các thông số kỹ thuật máy in 3D 
Đặc tính kỹ thuật Thông số 
Kích thước máy (mm) 540 x 700 x 730 
Hành trình máy (mm) 280x280x300 
KHOA HỌC KỸ THUẬT THỦY LỢI VÀ MÔI TRƯỜNG - SỐ ĐẶC BIỆT (10/2019) - HỘI NGHỊ KHCN LẦN THỨ XII - CLB CƠ KHÍ - ĐỘNG LỰC 239 
Đặc tính kỹ thuật Thông số 
Động cơ bước trục X và bộ tời nhựa NEMA 17(42) 34mm 1.2A 
Đầu phun nhựa Công suất 40 W 
Khả năng gia công In 3D các chi tiết phức tạpVà in 2 mầu 
Vật liệu in Nhựa ABS hoặc PLA 
Đường kính đùng tối đa 0.4 mm 
Động cơ bước trục Y và trục Z NEMA 57 3A 
2.2. Máy in 3D được chế tạo và chạy thử nghiệm 
Hình 5. Máy in 3D hai đầu phun được 
 chế tạo và chạy thử nghiệm 
Hình 6. Một số sản phẩm in 3D của máy in 3D 
 hai đầu phun 
3. ĐÁNH GIÁ THÔNG SỐ LÀM VIỆC ẢNH 
HƯỞNG ĐẾN ĐỘ CHÍNH XÁC CỦA SẢN 
PHẨM IN 3D 
3.1. Xác định các thông số thực nghiệm 
Độ chính xác của các sản phẩm in 3D phụ thuộc 
rất nhiều vào các thông số như kết cấu của máy và 
các thông số điều khiển trong quá trình làm việc. Để 
nâng cao chất lượng sản phẩm in 3D cần nghiên cứu 
các thông số làm việc ảnh hưởng đến độ chính xác 
của sản phẩm. Theo kết quả nghiên cứu (Omar A. 
Mohamed, et al 2014) cho thấy sai lệch về kích 
thước của sản phẩm in 3D phụ thuộc vào chiều dày 
lớp in, khoảng cách giữa các khoảng hở, chiều cao 
mỗi lớp. Theo (Nancharaiah T, 2011) chỉ ra rằng bề 
dày lớp và bề rộng đường đùn ảnh hưởng nhiều đến 
chất lượng sản phẩm về độ chính xác kích thước và 
độ nhám bề mặt. Phương pháp thực nghiệm Taguchi 
được sử dụng để thiết kế thí nghiệm và đánh giá 
mức độ ảnh hưởng của các thông số làm việc (Sood 
AK, Ohdar R, Mahapatra S, 2009), cho thấy bề dày 
lớp, tốc độ in và độ điền đầy ảnh hưởng đến độ 
chính xác cũng như chất lượng bề mặt của chi tiết. 
Từ những kết quả nghiên cứu trên và kinh 
nghiệm trong quá trình chạy thử nghiệm máy in 3D 
và khả năng làm việc của máy, trong nghiên cứu này 
sẽ tập trung phân tích, đánh giá ba thông số làm làm 
việc: tốc độ in (V), chiều cao mỗi lớp in (H), bề rộng 
đường đùn (W) thay đổi với ba mức như Bảng 2. 
Bảng 2. Các thông số thực nghiệm đánh giá độ chính xác sản phẩm in 3D 
Giá trị thí nghiệm 
Thông số làm việc Ký hiệu 
Mức 1 Mức 2 Mức 3 
Đơn vị 
Tốc độ in V 40 50 60 mm/s 
Chiều cao mỗi lớp in H 0.15 0.2 0.25 mm 
Bề rộng đường đùn W 0.3 0.4 0.5 mm 
KHOA HỌC KỸ THUẬT THỦY LỢI VÀ MÔI TRƯỜNG - SỐ ĐẶC BIỆT (10/2019) - HỘI NGHỊ KHCN LẦN THỨ XII - CLB CƠ KHÍ - ĐỘNG LỰC 240 
3.2. Thiết kế mẫu thí nghiệm 
Trong nghiên cứu này, thiết kế thí nghiệm L9 
(Bảng 3) với ba thông số và ba cấp độ thay đổi được 
lựa chọn để tiến hành thí nghiệm. Mẫu thí nghiệm 
Hình 7 được thiết kế với các kích thước cơ bản của 
sản phẩm in 3D gồm: chiều dài, chiều rộng, chiều cao 
và kích thước lỗ tròn. Các kích thước này được đo và 
đánh giá trên mỗi mẫu. Mẫu in được thiết kế bằng 
phần mềm Solidwork 2016 và lưu file ở định dạng 
*.STL sau đó được đưa vào phần mềm cắt lớp 
Repitier Host để cài đặt thông số. Cuối cùng xuất file 
sang định đạng Gcode và nạp trực tiếp vào máy in 
FDM. Mẫu in 3D được in bằng vật liệu nhựa PLA. 
Để kiểm tra kích thước ta dùng Panme điện tử có 
độ chia nhỏ nhất là 0.001 và để đo kích thước dài và 
thước cặp để đo đường kính lỗ. Giá trị sai lệch của 
các kích thước được ghi vào Bảng 3. Để xây dựng 
mô hình thực nghiệm đánh giá các thông số làm việc 
ảnh hưởng đến độ chính xác của sản phẩm in 3D, thí 
nghiệm được tiến hành dựa trên phương pháp 
Taguchi. Và được xử lý tính toán bằng phần mềm 
Minitab 2016. 
Hình 7. Mẫu thiết kế thí nghiệm 
Bảng 3. Thiết kế trực giao L9 theo phương pháp Taguchi 
Mức 
STT 
V H W 
X (mm) Y (mm) Z (mm) D (mm) 
1 1 1 1 29.976 39.891 9.969 9.8 
2 1 2 2 29.891 39.849 9.974 9.88 
3 1 3 3 29.96 39.92 9.919 9.9 
4 2 1 2 29.929 39.82 10.028 9.86 
5 2 2 3 29.957 39.848 9.957 9.88 
6 2 3 1 29.911 39.923 9.924 9.78 
7 3 1 3 29.982 39.87 10.138 9.78 
8 3 2 1 29.926 39.808 10.026 9.76 
9 3 3 2 29.959 40.02 9.864 9.78 
3.3. Kết quả và thảo luận 
Bảng 4, 5, 6, 7 thể hiện giá trị độ nhiễu trung 
bình cho từng thông số và mức độ đánh giá tương 
ứng với mức độ ảnh hưởng của các thông số đối với 
kích thước theo trục X, Y, Z, kích thước lỗ D. Từ đó 
tính được phạm vi Delta = Cao SN – Thấp SN của 
mỗi thông số. Đối với một thông số giá trị Delta 
càng lớn thì mức độ ảnh hưởng của nó càng nhiều. 
Từ đó ta xếp hạng được mức độ ảnh hưởng của từng 
thông số. Kết quả của các bảng trên được đưa ra 
bằng phần mềm Minitab 2016. 
Hình 8, 9, 10, 11 cho thấy mức độ ảnh hưởng 
của các thông số qua độ dốc của đồ thị tương ứng 
với ảnh hưởng của các thông số đến kích thước theo 
trục X, Y, Z, kích thước lỗ D. Kết quả của hình trên 
được đưa ra từ phân tích tín hiệu nhiễu S/N bằng 
phần mềm Minitab 2016. 
Bảng 4. Mức độ ảnh hưởng của các thông 
số đối với kích thước theo trục X 
 Bảng 5. Mức độ ảnh hưởng của các thông 
số đối với kích thước theo trục Y 
Level V H W Level V H W 
1 26.54 30.09 25.34 1 19.02 17.29 18.62 
KHOA HỌC KỸ THUẬT THỦY LỢI VÀ MÔI TRƯỜNG - SỐ ĐẶC BIỆT (10/2019) - HỘI NGHỊ KHCN LẦN THỨ XII - CLB CƠ KHÍ - ĐỘNG LỰC 241 
Level V H W Level V H W 
2 23.77 23.07 23.32 2 17.84 15.71 21.76 
3 28.42 25.57 30.06 3 22.01 26.06 18.67 
Delta 4.65 7.02 6.74 Delta 4.17 10.36 3.15 
Rank 3 1 2 Rank 2 1 3 
Hình 8. Ảnh hưởng của các thông số đến 
kích thước theo trục X 
 Hình 9. Ảnh hưởng của các thông số đến 
kích thước theo trục Y 
Từ giá trị Bảng 4 và kết quả thể hiện trên Hình 8 
nhận được bộ thông số làm việc phù hợp để giảm sai 
lệch kích thước theo trục Z như sau: V = 60 m/s; H 
= 0.15 mm, W = 0.5 mm; 
Từ giá trị Bảng 5 và kết quả thể hiện trên Hình 9 
nhận được bộ thông số làm việc phù hợp để giảm sai 
lệch kích thước theo trục Y như sau: V = 40 m/s; H 
= 0.25 mm, W = 0.4 mm; 
Từ giá trị Bảng 6 và kết quả thể hiện trên Hình 
10 nhận được bộ thông số làm việc phù hợp để giảm 
sai lệch kích thước theo trục Z như sau: V = 40 m/s; 
H = 0.2 mm; W= 0.3mm; 
Bảng 6. Mức độ ảnh hưởng của các thông số 
đối với kích thước theo trục Z 
 Bảng 7. Mức độ ảnh hưởng của các thông số 
đối với kích thước D 
Level V H W Level V H W 
1 27.90 23.41 28.09 1 17.47 14.74 13.18 
2 24.19 30.24 23.96 2 16.22 16.41 16.22 
3 22.08 20.51 22.12 3 12.90 15.43 17.19 
Delta 5.82 9.73 5.96 Delta 4.57 1.65 4.01 
Rank 3 1 2 Rank 1 3 2 
Hình 10. Ảnh hưởng của các thông số đến 
kích thước theo trục Z 
 Hình 11. Ảnh hưởng của các thông số đến 
kích thước đường kính D 
KHOA HỌC KỸ THUẬT THỦY LỢI VÀ MÔI TRƯỜNG - SỐ ĐẶC BIỆT (10/2019) - HỘI NGHỊ KHCN LẦN THỨ XII - CLB CƠ KHÍ - ĐỘNG LỰC 242 
Từ giá trị Bảng 7 và kết quả thể hiện trên Hình 
11 nhận được bộ thông số làm việc để giảm sai lệch 
kích thước đường kính lỗ như sau: V= 40 m/s; H = 
0.2 mm, W = 0.5mm; 
Từ Bảng 4, 5, 6, 7 ta đánh giá được chiều cao 
mỗi lớp in (H) là thông số ảnh hưởng lớn nhất đến 
độ chính xác kích thước của sản phẩm in 3D và vận 
tốc (V) là thông số ảnh hưởng lớn nhất đến độ chính 
xác của đường kính lỗ. 
5. KẾT LUẬN 
Bài báo này đã nghiên cứu thiết kế, chế tạo và 
thử nghiệm máy in 3D hai đầu phun theo công 
nghệ FDM đã đạt được các yêu cầu về thông số 
kỹ thuật so với thiết kế. Các sản phẩm thử 
nghiệm được in từ máy in 3D đã đạt yêu cầu về 
chất lượng sản phẩm như độ nhẵn bề mặt và sai 
số kích thước đáp ứng được yêu cầu so với thiết 
kế. Các sai số của kích thước cho phép là tương 
đối nhỏ có thể đạt được 0.05 (mm). Máy in 3D 2 
đầu phun được chế tạo sử dụng tốt cho việc 
nghiên cứu, đào tạo ở các trường đại học, cao 
đẳng, trung cấp nghề.. 
Trong bài báo này đã trình bày kết quả nghiên 
cứu sự ảnh hưởng thông số làm việc như của máy in 
như tốc độ in (V), chiều cao mỗi lớp in (H), bề rộng 
đường đùn (W) đến độ chính xác kích thước sản 
phẩm in 3D của máy in 2 đầu phun. Kết quả nghiên 
cứu đã sử dụng phương pháp Taguchi để phân tích 
và đánh giá các thông số làm việc và đưa ra bộ thông 
số phù hợp để nâng cao độ chính xác cho các sản 
phẩm in 3D. Các kết quả nghiên cứu này rất có ý 
nghĩa về mặt khoa học giúp các nhà thiết kế không 
ngừng cải tiến để nâng cao chất lượng sản phẩm in 
3D và độ tin cậy của các máy in 3D. 
TÀI LIỆU THAM KHẢO 
Nancharaiah T, (2011), Optimization of process parameters in FDM process using design of experiments, Int 
J Emerg Technol 2(1): 100-102. 
Omar A. Mohamed, Syed H. Masood, Jahar L. Bhowmik, (2014), Optimization of fused deposition modeling 
process parameters: a review of current research and future prospects. 
PGS. TS. Nguyễn Trọng Hùng, TS. Phùng Xuân Sơn, (2016) Giáo trình thiết kế thực nghiệm trong chế tạo 
máy. NXB Xây dựng. 
Sood AK, Ohdar R, Mahapatra S, (2009), Improving dimentional accuracy of fused deposition modeling 
processed part using grey Taguchi method, Mater Des 30(10): 4243-4252 
Abstract: 
RESEARCH ON PARAMETERS AFFECTING THE ACCURACY 
OF 3D PRINTER PRODUCTS BY FDM TECHNOLOGY 
The paper presents the research results on designing and manufacturing two-nozzle 3D printers and shows 
the results of the influencing parameters such as printing thickness, printing speed and filling rate affecting 
the accuracy as well as surface quality of 3D printing products. Taguchi's experimental method is used to 
design experiments and evaluate the effect of these parameters on the accuracy of 3D printing products. 
Keywords: 3D printing machine, FDM, thickness, printing speed and filling rate. 
Ngày nhận bài: 01/7/2019 
Ngày chấp nhận đăng: 30/8/2019