Gặp nhóm sinh viên chế tạo máy in tampon đạt giải Nhất sinh viên nghiên cứu khoa học

Sinh viên Phạm Khải Hoàn (ngoài cùng bên phải) đại diện nhóm nghiên cứu khoa học lên nhận chứng nhận đạt giải Nhất cho đề tài máy in tampon. Ảnh: Nguyễn Hạnh

Bước tiến mới trong lĩnh vực in công nghiệp

Máy in tampon là một công nghệ in gián tiếp phổ biến trong ngành công nghiệp, đặc biệt là trong in ấn linh kiện điện tử, đồ gia dụng, thiết bị y tế và sản phẩm nhựa. Trong bối cảnh ngành công nghiệp in ấn ngày càng phát triển và đòi hỏi cao về chất lượng, độ chính xác cũng như khả năng in trên các bề mặt phức tạp, công nghệ in tampon đang dần trở thành một giải pháp tối ưu.

Tuy nhiên, trên thực tế, phần lớn máy in tampon trên thị trường Việt Nam vẫn là sản phẩm nhập khẩu từ Trung Quốc và các nước với chi phí cao, khả năng tùy biến thấp, khó bảo trì và chưa phù hợp với nhu cầu thực tế của các doanh nghiệp nội địa. Bên cạnh đó, máy in tampon nhập khẩu còn tồn tại nhiều hạn chế như độ chính xác chưa cao, nhiều thao tác thủ công, hiệu suất chưa tối ưu, mức độ tự động hóa còn hạn chế.

Theo TS. Nguyễn Thanh Lịch, giảng viên hướng dẫn nhóm sinh viên nghiên cứu khoa học, đề tài “Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo và điều khiển máy in tampon” được bắt đầu thực hiện từ tháng 12/2023. Do nhóm sinh viên: Phạm Khải Hoàn, Hà Ngọc Tuấn, Vương Ngọc Tiến, Đặng Đình Huy, Bộ môn Cơ điện tử đã hoàn thành xuất sắc, cho ra đời một máy in có khả năng in trên các bề mặt như nhựa, giấy, vải, kim loại. Nhóm sinh viên đã nội địa hóa sản phẩm và cho ra phiên bản khá đặc biệt. Đây là phiên bản đầu tiên được nghiên cứu và hoàn thành, mang dấu ấn riêng của sinh viên Khoa Cơ khí.

“Xuất phát từ thực tiễn nhu cầu in ấn trên các bề mặt phức tạp ngày càng tăng, đặc biệt trong các doanh nghiệp vừa và nhỏ tại Việt Nam, việc nghiên cứu và phát triển một hệ thống máy in tampon hiện đại, tích hợp điều khiển tự động là hết sức cần thiết.

Đề tài không chỉ hướng tới việc nội địa hóa thiết bị công nghiệp, giảm phụ thuộc vào nhập khẩu, mà còn góp phần thúc đẩy ứng dụng công nghệ tự động hóa trong lĩnh vực in ấn, mở ra nhiều tiềm năng ứng dụng thực tiễn trong sản xuất. Máy in tampon của nhóm sinh viên đạt giải năm nay có tính ứng dụng rất cao, có thể đưa vào sử dụng ngay trong thực tế”, TS. Lịch cho biết.

PGS.TS Nguyễn Văn Hùng, Hiệu trưởng Trường Đại học Giao thông vận tải cùng Hội đồng chấm giải tham quan các sản phẩm nghiên cứu khoa học của các nhóm sinh viên đạt giải cao. Ảnh: Bảo Hà

Chia sẻ về sản phẩm, sinh viên Phạm Khải Hoàn, thành viên nhóm nghiên cứu cho rằng, điều thuyết phục được hội đồng chấm giải và các doanh nghiệp của máy in tampon là hệ thống được thiết kế với cơ cấu truyền động tối ưu, sử dụng vật liệu bền vững để đảm bảo độ chính xác và độ bám dính mực in tốt trên bề mặt sản phẩm. Hệ thống điều khiển tự động được tích hợp nhằm tăng cường hiệu suất làm việc, giảm thiểu sai sót và nâng cao độ ổn định trong quá trình vận hành. Bên cạnh đó, sản phẩm của nhóm cũng được trang bị các cảm biến và thuật toán điều khiển giúp cải thiện độ chính xác của lực ép và vị trí in, từ đó nâng cao chất lượng hình ảnh in ấn.

Thiết kế cơ khí của máy in tampon gồm cụm pad in bao gồm xi lanh dẫn động miếng silicon để lấy mực và in lên bề mặt chi tiết. Floating joint giúp hấp thụ sai lệch góc, giảm nguy cơ kẹt rít trên con trượt, đảm bảo quá trình in diễn ra mượt mà. Cụm đuôi én hỗ trợ căn chỉnh vị trí miếng silicon để hình in chính xác; cụm chuyển động ngang được làm bằng thép CT3 chấn uốn theo yêu cầu; cụm cốc mực có nhiệm vụ trải đều mực lên bản in, hoạt động đồng bộ với cụm pad in nhằm đảm bảo chất lượng in ổn định.

Tấm nhôm phay CNC ở giữa giúp tạo độ cứng vững cho cụm ngang và có bề mặt phẳng giúp ray trượt lắp đặt trên cụm hoạt động ổn định. Giảm chấn giúp máy hạn chế rung trong quá trình chuyển động.

Khung thân máy đảm bảo độ cứng vững, chịu tải toàn bộ hệ thống và chứa các thiết bị điện gọn gàng. Nhóm nghiên cứu lựa chọn thép tấm cắt laser, chấn uốn thành hộp và hàn cố định để đảm bảo kết cấu chắc chắn.

Kết quả thực nghiệm cho thấy, hệ thống của sản phẩm có khả năng hoạt động ổn định, đạt độ chính xác cao, đáp ứng yêu cầu kỹ thuật của các doanh nghiệp đặt ra. Bên cạnh tính ứng dụng cao, máy in tampon của nhóm sinh viên còn có thiết kế nhỏ gọn, giá thành rẻ nhưng lại có nhiều tính năng đáp ứng được nhu cầu in của các doanh nghiệp vừa và nhỏ.

Nâng cấp máy in tampon bằng ứng dụng AI

Sinh viên Vương Ngọc Tiến cho biết, điều đặc biệt của sản phẩm còn thể hiện ở thiết bị giao diện người và máy (Human Machine Interface - HMI). Thiết bị đóng vai trò là cầu nối trung gian quan trọng, đảm bảo quá trình truyền nhận thông tin hai chiều giữa người vận hành và hệ thống điều khiển tự động hóa diễn ra một cách trực quan và hiệu quả.

Thông qua giao diện HMI, các tham số vận hành quan trọng như chế độ in, thời gian trễ của chu trình và chế độ điều khiển thủ công hay tự động có thể được thiết lập và điều chỉnh một cách linh hoạt. Hệ thống cho phép trao đổi tín hiệu phản hồi với bộ điều khiển logic khả trình (PLC), giúp người vận hành dễ dàng giám sát tình trạng làm việc tổng thể, bao gồm số lượng sản phẩm đã in và thời gian phản hồi của cảm biến.

Giảng viên hướng dẫn, TS. Nguyễn Thanh Lịch (thứ hai, từ phải sang) cùng nhóm sinh viên nghiên cứu khoa học. Ảnh: Nguyễn Hạnh

“Người sử dụng có thể thực hiện các thao tác điều chỉnh cần thiết một cách chính xác và hiệu quả, góp phần nâng cao độ tin cậy và tối ưu hóa hiệu suất vận hành của toàn bộ hệ thống. Quá trình điều khiển được thực hiện bởi PLC, dựa trên các lệnh điều khiển từ HMI và các thuật toán điều khiển được lập trình sẵn. Hệ thống điều khiển hai van khí nén 5/3 nhằm kiểm soát chính xác hành trình và vị trí của hai xy lanh khí nén, đảm bảo tính ổn định, đồng bộ và đáp ứng các yêu cầu tự động hóa trong quy trình sản xuất”, Tiến cho biết thêm.

Quá trình bắt đầu với việc nhập thông số cần thiết như loại mực, vị trí các trục và bàn in. Trước khi tiến hành các bước tiếp theo, hệ thống kiểm tra trạng thái ban đầu của các trục để đảm bảo chúng đang ở vị trí gốc. Khi quy trình được kích hoạt, dao gạt thực hiện nhiệm vụ phủ mực lên bàn in. Tiếp theo, trục Y di chuyển đến vị trí lấy mực, sau đó trục Z hạ xuống để tiếp nhận mực và trở về vị trí gốc. Sau khi hoàn tất bước này, trục Y tiếp tục di chuyển đến vị trí phôi in, và trục Z hạ xuống để thực hiện quá trình in lên sản phẩm.

Sau khi hoàn tất quá trình in, hệ thống tiến hành kiểm tra chất lượng. Nếu chất lượng in đạt yêu cầu, hệ thống kiểm tra điều kiện dừng để quyết định tiếp tục hay kết thúc quy trình. Nếu chất lượng in không đảm bảo, hệ thống thực hiện điều chỉnh và lặp lại quy trình nhằm tối ưu hóa kết quả. Lưu đồ thuật toán này đóng vai trò quan trọng trong việc xây dựng chương trình điều khiển PLC cho máy in tampon.

Với những nỗ lực cải tiến, cùng sự nhạy bén trong nghiên cứu, nắm bắt thị trường, sản phẩm của nhóm sinh viên Bộ môn Cơ điện tử đã chinh phục hội đồng chấm giải, được một số doanh nghiệp đặt vấn đề kết nối sử dụng trong dây chuyền sản xuất của doanh nghiệp.

Để có được thành quả này, ngoài sự nỗ lực, sáng tạo, còn là sự kiên trì không bỏ cuộc của nhóm sinh viên nghiên cứu khoa học. “Khó khăn thì rất nhiều, vì chúng em vừa phải đi học, đảm bảo chất lượng các môn học trên lớp vừa phải tìm tòi, nghiên cứu, chế tạo máy in tampon, trong khi tất cả đối với chúng em gần như bắt đầu từ con số 0. Nhiều lúc hoang mang, nản, muốn bỏ cuộc, nhưng rồi trách nhiệm và khao khát chinh phục khó khăn đã thức tỉnh chúng em và cả nhóm lao vào nghiên cứu, chế tạo máy in tampon bằng tất cả sự nỗ lực chúng em có, cho đến khi sản phẩm hoàn thành và được ghi nhận”, sinh viên Đặng Đình Huy chia sẻ.

Nhóm sinh viên nghiên cứu khoa học trình diễn sản phẩm máy in tampon tại triển lãm. Ảnh: Nguyễn Hạnh

Hiện, hệ thống máy in tampon do nhóm nghiên cứu phát triển đã được đưa vào thử nghiệm trên các loại bề mặt khác nhau, các bề mặt in có độ khó. Ví dụ trên bề mặt cong của cốc nhựa, hình in thể hiện màu sắc in rõ nét, bám dính tốt; Đối với tô giấy hình in đạt độ sắc nét cao, không bị nhòe, chứng tỏ mực in có độ bám dính tốt trên bề mặt giấy tráng. Hệ thống cũng cho phép in trên bề mặt vải mềm mà vẫn đảm bảo độ sắc nét của chi tiết in. Ngoài ra, kết quả in trên giấy viết cho thấy sự đồng đều và sắc nét, khẳng định khả năng ứng dụng của máy in tampon trong in ấn trên giấy văn phòng và bao bì. Kết quả in cho thấy chất lượng hình ảnh in rõ nét, đồng đều, và có độ bám mực tốt trên nhiều vật liệu như nhựa, giấy, vải, đáp ứng yêu cầu kỹ thuật đặt ra trong thực tiễn sản xuất.

Chia sẻ về những điều tâm đắc, Huy cho biết, em tâm đắc nhất là thiết kế sản phẩm rất nhỏ gọn. Trước khi bắt tay vào thiết kế, nhóm đã nghiên cứu rất kỹ thị trường. Thị trường nhiều máy in, nhưng chủ yếu của Trung Quốc và khá cồng kềnh. Nhóm đã nghiên cứu, đưa ra một thiết kế nhỏ gọn nhưng đầy đủ công năng.

Tuy nhiên, bên cạnh những ưu điểm, hệ thống vẫn tồn tại một số hạn chế nhất định. Cụ thể, hệ thống vẫn cần sự phối hợp của con người để thực hiện thao tác cấp phôi sản phẩm cho máy. Điều này phần nào làm giảm mức độ tự động hóa của hệ thống và khiến năng suất in ấn chịu ảnh hưởng bởi trình độ tay nghề và tốc độ thao tác của người vận hành.

Theo sinh viên Hà Ngọc Tuấn, hiện tại, sản phẩm của nhóm đã tinh chỉnh 80-90% độ hoàn hảo. Trong quá trình test thực tế, nhóm phát hiện vẫn còn độ trễ nhất định, do đặc tính thiết kế cho phép in trên các bề mặt phức tạp, tốc độ in của hệ thống có thể chưa đáp ứng được các yêu cầu về sản lượng cao trong các dây chuyền sản xuất công nghiệp quy mô lớn.

Thời gian tới, nhóm sẽ cải tiến, nâng cấp sản phẩm để chế tạo những chiếc máy in tampon sử dụng hiệu quả và độ chính xác in ấn cao. Nhóm định hướng mở rộng khả năng tự động hóa (đặc biệt là khâu cấp phôi), tăng tốc độ in, và nghiên cứu tích hợp hệ thống kiểm tra chất lượng đầu ra để hoàn thiện chu trình in ấn khép kín và thông minh hơn. Hoàn thiện mô hình với tối ưu hơn về mặt kinh tế.

“Phần cải thiện lớn nhất chúng em phải làm là hệ thống chuyển động. Hiện máy đang ở mô hình bán tự động, thời gian tới nhóm sẽ nâng cấp lên thành máy tự động bằng cách cài phần mềm AI. Mỗi lần in có thể in 4 màu, theo yêu cầu thiết kế của khách hàng. Đồng thời, nhóm thiết kế thêm giàn sấy bằng các bóng đèn, đảm bảo sản phẩm được sấy khô ngay trong khi chạy dưới chuyền in, và sản phẩm in hoàn thiện đạt độ sắc nét, thẩm mỹ cao”, Tuấn chia sẻ.