MOST 开源金属 3D 打印机 v2
有关第一个版本，请参阅开源金属 3-D 打印机（这实际上是第 3 版，尽管我们使用了两个 - 这个更好，所以从这里开始）
内容
物料清单和蓝图
- https://osf.io/ytvgm/（包括 OpenSCAD、STL 和 BOM）
软件
应用
参见
- 基于开源 GMAW 的金属 3D 打印的应用
- 气体金属电弧焊 3D 铝金属打印的基材释放机制- 如何用锤子将打印件从基材上取下
- 用于气体保护金属电弧焊 3D 打印的低成本开源电压和电流监测器
- 采用楔形铸件进行 GMAW 3D 打印的亚共晶铝硅合金开发
- 开源实验室
- OSAT 的开源 3D 打印
- 开源3D打印机分布式制造的生命周期经济分析
- 3D 打印聚合物部件和产品的分布式制造对环境的影响
- 使用免费的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，请参阅存档副本）
- 请参阅有关“电弧增材制造”(WAAM) 的文献
- 迷你金属制作机- 专为金属粘土设计的 3D 打印机，然后进行烧制 - 25 美元的构建说明，因此是准开源的
- 3D 金属打印切片机插件
- 气体保护金属电弧焊金属 3D 打印的基体释放机制的原位形成
- 集成电压 - 电流监测和气体金属电弧焊磁球接头开源 3-D 打印机的控制
- 3D打印铝基板清洗：MOST
- 使用逆向 delta 法进行蜡印金属铸造
用户须知
系统背景
对于全金属 Delta 打印机，驱动机构采用三个 NEMA17 步进电机（5.5 kg-cm 扭矩），轴上集成有丝杠，电机和丝杠之间无需联轴器。梯形螺纹丝杠的螺距为 5 毫米，长度为 300 毫米。三个电机垂直排列在 394 毫米的圆上，间隔 120°。一般来说，3 轴平台基于工业 Delta 机器人设计，常用于拾取和放置操作，但允许在 z 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，转换主机上运行的打印机服务器的命令。主机反过来提供一个 Web 界面，最终用户可以从中控制平台运动、排队打印作业和进行配置更改。
另一种方法是购买我们的合作伙伴CNC Router Parts提供的产品。不要连接路由器，而是连接焊枪。该系统比 MOST Delta 打印机贵得多，但它允许您使用更大的打印区域（或多个打印区域），并且您可以使用冷却板来帮助散热。Franklin 也可用于控制此打印机设置。
焊接单元
如果在 Millermatic 190 和 Millermatic 140 之间进行选择，我们推荐 190。它更适合 3D 打印的长打印周期。但是，如果您有足够的预算购买 MIG 焊机，可以脉冲电弧和/或控制波形，请务必使用它。我们使用标准的 Miller Spoolmate 焊枪进行铝焊接。对于钢焊接，我们使用 M-100 焊枪，也是来自我们的 America Makes 项目合作伙伴 Miller。您可以使用以下工具看到这些低成本焊机的工作情况：
软件/固件
我们最初在OpenSCAD中建模我们的部件，使用Cura对其进行切片，并使用内部开发的固件Franklin。您可以使用任何允许您将部件导出为 .STL 文件的 3-D 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。该插件有助于将 Cura 从传统的基于塑料的切片软件转变为基于金属的切片软件；用于打印塑料部件的打印路径通常不适用于金属。我们目前正在研究一种远远超出插件范围的金属 Cura。
如果您使用 Cura，则应手动检查生成的 GCode，因为代码中偶尔会出现奇怪的伪影。或者，您可以手动编写 GCode。目前没有理想的、低成本的开源切片软件非常适合金属。我们现在有一名研究生正在开发切片软件，但尚未准备好分发。我们的 Franklin 网站提供有关下载和使用 Franklin 来控制打印机运动的信息。Franklin 网站底部有一个指向我们最近发布的与 Franklin 相关的论文的链接，其中包含您了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，这些钢板被加工成约 6 英寸 x 6 英寸的圆角。我们在钢上打印铝，因为这提供了一个弱界面，因此可以用手或锤子将铝样品从基材上取下。如果您有资金，您也可以在钛上（或在任何铁基金属形成脆性相的材料上）打印钢以获得相同的效果。我们的论文中讨论了钢和铝的其他方法：
- 气体金属电弧焊 3D 铝金属打印的基材释放机制- 如何用锤子将打印件从基材上取下
- 气体保护金属电弧焊金属 3D 打印的基体释放机制的原位形成
如果您采用其中一种基材释放机制，请记住第一层的外观和声音都会很糟糕 - 此处的目标是获得不良焊接。这会在后续层中自行纠正。
使用前清洁基材以防止孔隙和焊接电弧形成问题非常重要。我们除去基材上的油脂，然后用百洁布轻轻打磨基材。轻柔打磨可去除氧化物和污垢，而不会将其进一步磨入基材中。焊接界对百洁布的使用存在争议 - 有些人对其深信不疑，有些人则完全避免使用，但我们在使用它们时取得了良好的效果。我们用异丙醇冲洗基材，并在使用前让其彻底风干。不建议使用压缩空气，因为许多压缩空气源都含有水分。水分会给焊缝带来孔隙。
另请参阅：3D 打印铝基板清洗：MOST
焊接合金
使用优质焊接合金！我们最初使用的是互联网上能找到的最便宜的焊接合金。并非所有制造商都会清除焊丝中的氧化物或抽取液体，这些会严重影响焊接质量。对于铝，AlcoTec 和 Hobart 是质量上乘的供应商，我们曾成功打印过。铝硅合金（4043、4943 和 4047）似乎是最容易打印的。0.030 英寸直径的线材最容易使用，尽管您可以制定使用更大直径线材的策略。
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部件。对于 1"x1.25"x4" 测试块，我们发现以下参数是多层部件的良好起点：
- 焊接功率：低 - Millermatic 190 上的设置为“1”
- 送丝速度：Millermatic 上的“55”为 190 ~ 125 毫米/秒
- 打印速度：10 毫米/秒
- 焊丝伸出量（焊枪头与工件之间的距离）：10mm
- 保护气体：纯氩气，流速为 0.24 升/秒。这个数字可以增加，但我不会减少。
- 层高：~2-3 毫米
- 横向珠间距：~2-4 毫米
- 每层暂停：60 秒
使用铝时，您需要对抗热量；铝很容易变热并且保持高温。在大型多层部件中，您需要尽量减少部件的热量输入。在焊接中，热量输入与焊接成正比，与焊接速度和焊丝伸出量成反比。增加功率以增加热量输入，增加速度或焊丝伸出量以减少热量输入。上面给出的设置对于单层来说并不理想，但已针对多层部件进行了优化。对于单层，增加功率和焊丝送料速度。
钢焊接和打印参数
钢材相对容易加工。我们建议以下初始设置：
- 焊接电源：Millermatic 190 上为 5 伏
- 送丝速度：Millermatic 上的“29”为 190 ~ 25 毫米/秒
- 打印速度：7 毫米/秒
- 焊丝伸出量（焊枪头与工件之间的距离）：10 毫米
- 保护气体：C25，30 CFH（立方英尺/小时）
- 层高：2 毫米
- 横向焊珠间距：1 毫米
- 每层暂停：至少 60 秒
每焊完一层后，需在暂停期间清理焊枪喷嘴和头部的飞溅物。请确保保护气孔不会被飞溅物堵塞。
防止孔隙
潮湿环境会显著增加焊缝中的孔隙率。如果您可以将系统从建筑物的底层移开、使用除湿机或避免在非常潮湿的日子打印，您的孔隙率水平将会降低。保持基材和电线清洁也有助于获得良好的打印效果。选择优质的焊接合金。大多数五金店都有喷嘴胶等产品。您可以使用它们来防止接触尖端附近积聚飞溅物（确保保护气体持续均匀流动），然而，焊接界普遍认为使用这些胶会增加焊缝的孔隙率。
安全
请参阅我们原始设计中的安全部分。任何焊接时采取的安全措施也应适用于焊接 3D 打印。电弧会导致晒伤，长期接触电弧会导致皮肤癌和甲状腺癌。盯着电弧会导致非常痛苦的头痛和眼睛损伤。焊接面罩和焊接窗帘可以防止这种情况。焊接会产生烟雾，而焊接 3D 打印产生的烟雾比普通焊接多。在通风良好的地方打印。我们在通风橱中打印。保持接地路径清洁，无碎屑/氧化物。在我们的 Delta 型打印机中，接地路径是将基板固定到位的金属夹紧机构。在将基板放到打印机上之前，最好用金属锉刀和/或砂纸清洁夹具。焊工会找到地线；控制您希望它接地的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。焊接中采用的标准解决方案通常可以很好地转化为基于焊接的 3D 打印。