MOST open-source metal 3-D printer v2/zh
| 硬件许可 | CERN-OHL-S |
|---|---|
| 认证 | 开始 OSHWA 认证 |
对于第一个版本，请参阅开源金属 3D 打印机（这实际上是版本 3，尽管我们使用两个——这个版本更好，所以从这里开始）。
物料清单和蓝图
- https://osf.io/ytvgm/（包含 OpenSCAD、STL 和 BOM）
软件
应用程序
另请参阅
- 开源GMAW金属3D打印技术的应用
- 气体保护金属极电弧焊3D铝金属打印的基材脱模机制——如何用锤子将打印件从基材上取下
- 用于气体保护金属极电弧焊3D打印的低成本开源电压电流监测器
- 利用楔形铸件开发用于GMAW基3D打印的亚共晶铝硅合金
- 开源实验室
- OSAT的开源3D打印
- 基于开源3D打印机的分布式制造的生命周期经济分析
- 分布式制造（例如聚合物部件和产品的3D打印）对环境的影响
- 利用免费开源硬件构建研究设备
- 代尔夫特理工大学 - MIG+ Prusa I3
- Weld 3D - 第一个商业衍生产品（似乎已停止运营，请参阅存档副本）
- 请参阅有关“电弧增材制造”(WAAM) 的文献
- 迷你金属制造器- 专为金属粘土设计的 3D 打印机，打印完成后需烧制 - 售价 25 美元，附带组装说明，因此属于准开源软件
- 3D金属打印切片插件
- 气体保护金属极电弧焊金属3D打印基材释放机制的原位形成
- 集成电压-电流监测与控制的气体金属电弧焊磁性球形接头开源3D打印机
- 用于 3D 打印的铝基板清洗：大多数
- 使用反向三角洲法进行蜡模印模以用于金属铸造
用户须知
系统
对于这款全金属三角洲式打印机，其驱动机构采用了三个NEMA17步进电机（扭矩5.5 kg-cm），电机轴上集成了丝杠，电机和丝杠之间无需联轴器。梯形螺纹丝杠的螺距为5 mm，长度为300 mm。三个电机垂直排列在一个直径为394 mm的圆周上，彼此间隔120°。总体而言，该三轴平台基于一种常用于拾取放置操作的工业三角洲机器人设计，但允许在Z轴方向上进行更大的移动。控制由基于Arduino的控制器提供。Franklin固件（驻留在打印机微控制器上的软件）控制打印机的运动，并将来自运行在主机上的打印服务器的命令转换为打印指令。主机则提供一个Web界面，最终用户可以通过该界面控制平台运动、将打印作业添加到队列以及进行配置更改。
另一种选择是购买我们合作伙伴CNC Router Parts提供的产品。这款产品无需路由器，而是配备焊枪。虽然这套系统比基于 MOST 三角洲结构的打印机贵得多，但它可以提供更大的打印区域（或多个打印区域），并且可以使用冷却板来帮助散热。Franklin 软件也可用于控制这套打印机配置。
焊接单元
如果要在 Millermatic 190 和 Millermatic 140 之间选择，我们推荐 190。它在 3D 打印这种需要长时间打印的场合表现更佳。不过，如果您预算充足，可以购买一台能够脉冲控制电弧和/或波形控制的 MIG 焊机，当然也可以选择它。我们使用标准的 Miller Spoolmate 焊枪进行铝焊。对于钢材焊接，我们使用 Miller 的 M-100 焊枪，Miller 也是我们“美国制造”项目合作伙伴的产品。您可以使用以下工具查看这些低成本焊机的实际焊接效果：
软件/固件
我们最初使用OpenSCAD建模，使用Cura进行切片，并使用我们自主开发的名为Franklin 的固件。您可以使用任何允许将零件导出为 .STL 文件的 3D 建模软件（例如FreeCAD）。如果您选择使用 Cura，下载我们的 Cura 插件可能会有所帮助。该插件帮助 Cura 从传统的塑料切片软件转变为金属切片软件；适用于塑料零件的打印路径通常不适用于金属零件。我们目前正在开发功能远超该插件的金属版 Cura。
如果您使用 Cura，建议您手动检查生成的 G 代码，因为代码中偶尔会出现一些奇怪的瑕疵。或者，您也可以手动编写 G 代码。目前还没有一款理想的、低成本的开源切片软件能够完美适用于金属打印。我们有一位研究生正在开发一款切片软件，但尚未准备好发布。我们的 Franklin 网站提供了有关下载和使用 Franklin 控制打印机运动的信息。在 Franklin 网站底部，您可以找到我们近期发表的关于 Franklin 的论文链接，其中包含了您理解其操作所需的所有详细信息。
基材选择与清洁
我们在厚度为 1/4 英寸的 A36 钢板上打印铝和钢，钢板加工成约 6 英寸 x 6 英寸的尺寸，边角圆润。我们选择在钢板上打印铝，因为这样可以形成一个弱界面，便于用手或锤子将铝样品从基材上取下。如果您资金充足，也可以尝试在钛（或任何铁基金属会形成脆性相的材料）上打印钢，以获得相同的效果。我们论文中讨论了其他钢和铝的打印方法：
- 气体保护金属极电弧焊3D铝金属打印的基材脱模机制——如何用锤子将打印件从基材上取下
- 气体保护金属极电弧焊金属3D打印基材释放机制的原位形成
如果采用这些基材释放机制，请记住第一层焊缝的外观和声音都会很糟糕——这样做的目的就是为了获得一个劣质焊缝。后续焊层会自行修正。
使用前清洁基材至关重要，以防止出现气孔和焊接电弧形成问题。我们先对基材进行脱脂处理，然后用百洁布轻轻打磨。轻柔打磨可以去除氧化物和污垢，而不会将其进一步磨入基材内部。在焊接领域，使用百洁布存在争议——有些人对其推崇备至，有些人则完全避免使用，但我们使用后效果良好。使用前，我们用异丙醇冲洗基材，并使其彻底风干。不建议使用压缩空气，因为许多压缩空气源都含有水分。水分会导致焊缝出现气孔。
另请参阅：用于 3D 打印的铝基板清洗：MOST
焊接合金
使用优质焊丝合金！我们最初使用的是在网上能找到的最便宜的焊丝合金。并非所有制造商都会清除焊丝中的氧化物或拉丝液，而这些都会显著影响焊接质量。对于铝材，AlcoTec 和 Hobart 都是我们成功使用过的优质供应商。铝硅合金（4043、4943 和 4047）似乎最容易焊接。0.030 英寸直径的焊丝最容易操作，当然您也可以制定策略来使用更大直径的焊丝。
铝焊接和打印参数
铝焊接和打印参数
焊接参数取决于所使用的焊机和打印的零件。对于 1 英寸 x 1.25 英寸 x 4 英寸的测试块，我们发现以下参数是多层零件焊接的良好起点：
- 焊接功率：低 - Millermatic 190 上的设置“1”。
- 送丝速度：Millermatic 190 型号的“55” ~ 125 毫米/秒
- 打印速度：10 毫米/秒
- 焊丝伸出长度（焊枪枪嘴与工件之间的距离）：10毫米
- 保护气体：纯氩气，流速为 0.24 升/秒。可以增加流速，但我不建议降低这个数值。
- 层高：约2-3毫米
- 侧向珠间距：约 2-4 毫米
- 每层之间暂停：60 秒
铝材焊接时，需要对抗热量；铝材容易发热且温度居高不下。对于大型多层零件，应尽量减少零件的热输入。焊接时，热输入与焊接量成正比，与焊接速度和焊丝伸出长度成反比。增加功率可以增加热输入，提高焊接速度或增加焊丝伸出长度可以减少热输入。上述设置并非单层焊接的理想选择，而是针对多层零件进行了优化。对于单层焊接，应提高功率和送丝速度。
钢材焊接和打印参数
钢材相对容易加工。我们建议采用以下初始设置：
- 焊接功率：Millermatic 190 型号为 5 伏
- 送丝速度：Millermatic 190 型号上的“29”档位约为 25 毫米/秒
- 打印速度：7 毫米/秒
- 焊丝伸出长度（焊枪枪嘴与工件之间的距离）：10 毫米
- 保护气体：C25，流量为 30 立方英尺/小时 (CFH)
- 层高：2 毫米
- 侧向珠间距：1 毫米
- 每层之间暂停：至少 60 秒
每层焊接完成后，请利用暂停时间清理焊枪喷嘴和枪头上的焊渣。请确保保护气体孔未被焊渣堵塞。
防止孔隙率
潮湿环境会显著增加焊缝的气孔率。如果能将系统移至建筑物底层以上，使用除湿机，或避免在非常潮湿的天气进行打印，就能降低气孔率。保持基材和焊丝清洁也对获得良好的打印效果大有裨益。选择优质的焊丝合金。大多数五金店都有售喷嘴润滑脂之类的产品。您可以使用它们来防止焊嘴附近飞溅物堆积（确保保护气体的均匀稳定流动），但焊接界普遍认为，使用这些润滑脂会增加焊缝的气孔率。
安全
请参阅我们原始设计中的安全章节。任何焊接安全措施都应适用于基于焊接的3D打印。电弧会导致晒伤，长期暴露与皮肤癌和甲状腺癌有关。直视电弧会导致剧烈头痛和眼部损伤。焊接面罩和焊接帘可以有效防止这种情况发生。焊接会产生烟雾，而基于焊接的3D打印产生的烟雾比普通焊接更多。请在通风良好的区域进行打印。我们使用通风橱进行打印。保持接地路径清洁，无碎屑/氧化物。在我们的Delta型打印机中，接地路径是固定基板的金属夹具。在将基板放置到打印机上之前，最好用金属锉刀和/或砂纸清洁夹具。焊机会自动寻找接地端；请控制其接地路径，以防止设备损坏。
如有疑问，浏览在线焊接论坛和焊接文献会非常有帮助。焊接中常用的标准解决方案通常也能很好地应用于基于焊接的3D打印。
| 作者 | 约书亚·M·皮尔斯 |
|---|---|
| 执照 | CC-BY-SA-3.0 |
| 组织 | MOST，MTU |
| 引用方式 | Joshua M. Pearce (2014–2024)。“MOST 开源金属 3D 打印机 v2”。Appropedia 。检索日期：2025 年 11 月 15 日。 |