Chispas1.jpg
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AutoresGerald C. Anzalone
Chenlong Zhang
Bas Wijnen
Paul G. Sanders
Joshua M. Pearce
UbicaciónMíchigan , Estados Unidos
Estado Diseñado
modelado
Prototipado
Verificado
Verificada porMAYORÍA
Costo1.194,13 dólares
Manifiesto del OKHDescargar
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TipoPapel

Citar como Referencia de citación del documento fuente.Gerald C. Anzalone, Chenlong Zhang, Bas Wijnen, Paul G. Sanders y Joshua M. Pearce, " Low-Cost Open-Source 3-D Metal Printing " IEEE Access , 1, pp.803-810, (2013).

doi: 10.1109/ACCESS.2013.2293018 preimpresión de acceso abierto
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Licencia de hardwareCERN-OHL-S
CertificacionesIniciar la certificación OSHWA

El progreso técnico en la comunidad de prototipos rápidos autorreplicantes ( RepRap ) de código abierto ha permitido que una forma distribuida de fabricación aditiva se expanda rápidamente utilizando materiales a base de polímeros. Sin embargo, la falta de una alternativa de metal de código abierto y los altos costos de capital y el lento rendimiento de las impresoras 3D de metal comercializadas han restringido severamente su implementación. Las aplicaciones de las impresoras 3D de metal comercializadas se limitan únicamente a la creación rápida de prototipos y a productos terminados costosos. Esto restringe severamente el acceso a la tecnología para las pequeñas y medianas empresas, el mundo en desarrollo y para su uso en laboratorios. Este artículo informa sobre el desarrollo de una impresora 3D de metal de código abierto de <$2000. La impresora 3D de metal se controla con un microcontrolador de código abierto y es una combinación de una soldadora MIG de gas-metal comercial de bajo costo y un derivado del Rostock, un deltabot RepRap. Se proporcionan la lista de materiales, los esquemas de diseño eléctrico y mecánico y los procedimientos básicos de construcción y operación. Se realiza un análisis técnico preliminar de las propiedades de la impresora 3D y de los productos de acero resultantes. Se discuten los resultados de la impresión de piezas metálicas funcionales personalizadas y se extraen conclusiones sobre el potencial de la tecnología y el trabajo futuro necesario para la distribución masiva de esta tecnología.

Para conocer la última impresora 3D RepRap de metal MOST, consulte esto

Nuevo software: mejoras de proceso y corte para la impresión 3D de metal basada en GMAW de código abierto

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Lista de materiales

ArtículoNúmeroCosto(USD)Fuente
Las 12 piezas impresas a $40/kg$12.00Reprap local
Todos los sujetadores$2.00http://www.mcmaster.com/
tuerca m390
tornillo M3x10mm12
tornillo M3x12mm48
tornillo M3x20mm12
Tornillo de fijación M3x8mm6
Arandela M3102
M8tuerca6
Tornillo de fijación M83
Aislamiento cerámico de 152 mm x 152 mm.1$4.00
Varillas, rodamientos y bridas.http://www.amazon.com/
Varilla lisa de 300 mm x 8 mm.6$25.00
Varilla de fibra de carbono de 304,8 mm.6$6.00
rodamientos 608zz6$2.40
Rodamientos LM8UU6$6.00
Bridas de alambre pequeñas3$0.50
Extremo de la barra de acoplamiento24$8.00
Correa T5 de 600 mm.3$5.90http://www.polytechdesign.com/
Placa de aluminio de 241 mm x 51 mm x 4 mm.3$114.00taller mecánico local
Motor paso a paso NEMA17 (1,8 grados, par de sujeción de 5,5 kg-cm, cable de 750 mm)3$39.00http://www.kysanelectronics.com/
Final de carrera mecánico3$3.33http://www.digikey.com/
Placa de microcontrolador Melzi1$120.00http://web.archive.org/web/20160304170259/http://matterfy.com/
Soldadora MIG de ajuste automático Millermatic 140 con carro1$836.00http://www.millerwelds.com/
Fuente de alimentación1$8.00(Reciclado)/Internet
alambres1$2.00(Reciclado)/Internet
Total$1,194.13

Piezas impresas

Metalp.png

Imprima estos archivos STL en cualquier versión de RepRap . Las partes rojas en la imagen de la derecha son las partes impresas. El SCAD si lo necesitas.

Construcción

Nota para los creadores

Si ha creado un RepRap antes, esto será fácil (si no está familiarizado con RepRaps o Deltabots como Rostock), hay instrucciones de compilación más detalladas disponibles en la página de compilación de MOST Prusa RepRap y en Delta Build Overview:MOST . Esos enlaces brindarán detalles sobre cómo, por ejemplo, puedes trenzar los cables o configurar el microcontrolador Melzi/Arduino. Este concepto, sin embargo, no se limita a este diseño específico y, por supuesto, debería funcionar para la mayoría de las impresoras RepRap; solo necesita protección contra incendios y su propio soldador... ¡buena suerte! Si logra que funcione, escríbanos.

Preparación inicial

  1. Prepare todos los materiales enumerados en BOM.
  2. Imprima todos los componentes de plástico en un RepRap
  3. Escaria los orificios para tornillos M3 en cada pieza de plástico y limpia las trampas de tuercas con un cuchillo afilado, haz que se ajuste a todos los tornillos y tuercas M3.

Construcción de un solo pilar

Detalle de la parte inferior interior, que muestra la ubicación del interruptor de límite.Detalle del fondo exteriorDetalle superior
  1. Fije el motor y la base de plástico con tornillos M3 X 10 mm con arandelas. Inserte dos tuercas M3 en las trampas de tuercas de los tornillos de fijación en la polea, inserte sin apretar dos tornillos de fijación M3 X 8 mm en la polea. Empuje la polea a través de las varillas del motor y apriete todos los tornillos.
  2. Fije el interruptor de límite a su soporte en la base de plástico usando tornillos M2 X 10 mm. Agregue un poco de epoxi para asegurarse de que el interruptor no se mueva. Asegúrese de que el tornillo del carro encaje en el brazo del interruptor. Ajuste este tornillo para establecer la posición en la que el carro se acopla al interruptor de límite.
  3. Utilice un taladro o un cuchillo para limpiar las aberturas de las varillas, inserte 2 varillas lisas paralelas de 300 mm en los orificios de la base de plástico, utilice un tornillo M3 X 12 mm con arandelas para sujetar todas las varillas e inmovilizar ambas varillas.
  4. Sumerja los rodamientos LM8UU en aceite para lubricarlos, inserte 2 rodamientos LM8UU en las ranuras de la lanzadera de plástico y apriete firmemente cada rodamiento con dos pequeñas bridas para cables. Deslice los rodamientos LM8UU con las lanzaderas de plástico en cada varilla.
  5. Fije el extremo superior de las varillas paralelas a los plásticos superiores con tornillos M3 X 12 mm con arandelas. Utilice el tornillo de fijación M8 y la tuerca M8 para fijar dos rodamientos 608zz en los orificios centrales del plástico superior.
  6. Pase un extremo del cinturón T5 a través y alrededor de un terminador del cinturón y pase la cola del cinturón a través del otro terminador. Pase el extremo de la correa alrededor de la polea. Pase el otro extremo del cinturón alrededor de los cojinetes 608zz. Conecte un terminador a la lanzadera de plástico con rodamientos LM8UU con un tornillo M3 X 10 mm con arandela. Sujete firmemente los terminadores con una pequeña brida para cables.

3X

Esto pone fin a la construcción de un solo pilar. Se deben construir 3 pilares en paralelo. Se fijan placas de aluminio de 241 mm x 51 mm a los plásticos inferior y superior para darle al marco una forma de prisma triangular .

Construcción de plataforma

  1. Aplique epoxi en los extremos del alambre de amarre a las varillas de fibra de carbono en ambos extremos. El juego de tornillos y tuercas M3 X 12 mm se utiliza para sujetar los extremos del alambre de amarre a las lanzaderas de plástico. El otro extremo está sujeto al soporte de plástico del escenario.
  2. Asegúrese de que los tornillos M3 estén sin apretar a través del orificio en los extremos del cable de unión para que permita que cada brazo de fibra de carbono se mueva libremente en todas las direcciones.
  3. Se enroscan 3 clavos de 5 cm de largo en el soporte de la plataforma de plástico para sostener la bandeja de cerámica de 152 mm x 152 mm.

Electrónica

Fig.2 Diagrama de cableado
  • Para ver el diagrama de cableado, consulte la Fig. 2.
  • Los motores paso a paso y los interruptores de límite están conectados a los terminales correspondientes en la placa del microcontrolador, que está conectada a la computadora Linux con un cable USB.
  • La placa se alimenta con una fuente de alimentación de computadora reciclada.
  • Para controlar la soldadora utilizamos uno de estos relés conectados a las clavijas de alimentación y de E/S auxiliares de RAMPS. Cambiar el estado de los pines a los que está conectada la placa cambia el estado del relé asignado al pin activado. Luego, los contactos del relé se cablean en paralelo con el interruptor de gatillo en el mango de la pistola de soldar. Al alternar el gatillo del mango o el relé se alternará la soldadora. De esta manera, la soldadora aún se puede utilizar como lo haría normalmente cuando no está conectada a la impresora...

Seguridad

  • El equipo de seguridad se basa en protocolos de seguridad de soldadura MIG estándar.

Área de trabajo

  • Utilice su impresora 3D de metal sobre una superficie plana aislada del agua y materiales inflamables.
  • Verifique que tenga una conexión a tierra adecuada con una conexión de metal sobre metal a su sustrato.
  • Asegúrese de que su cilindro de gas esté asegurado a un soporte vertical o a un carro en todo momento y utilice únicamente mangueras de gas diseñadas para soldar.
  • Elimine el desorden del área de trabajo ya que lloverán chispas por todas partes. Minimice la cantidad de cables bajo los pies para evitar tropiezos.
  • Examine las mangueras periódicamente para detectar fugas, desgaste y conexiones sueltas y reemplace las líneas defectuosas. Rocíe con una mezcla de agua y jabón. Las burbujas mostrarán fugas.
  • Asegurar una ventilación adecuada del área de trabajo. Los humos de soldadura son peligrosos. En el garaje de una casa, deje una puerta o ventana abierta y encienda un ventilador de caja como escape para eliminar los vapores del área de respiración. También hemos utilizado mascarillas.

Equipo de seguridad

  • Utilice gafas de seguridad en todo momento mientras esté en el laboratorio.
  • Al imprimir y/mirar la impresora mientras imprime, use una máscara de soldador/casco de soldadura (oscurecimiento automático o pantalla abatible con certificación ANSI actual) o mírelo usando una cámara web. ¡No mire la impresora con los ojos desprotegidos!
  • Utilice unos alicates para recoger el sustrato después de imprimir o guantes de cuero gruesos.
  • Utilice siempre una bata de laboratorio resistente al fuego y guantes de cuero resistentes cuando manipule las piezas impresas.
  • Use zapatos de cuero, de caña alta (las puntas de acero son una ventaja).

La impresión 3D de metal lo expone a la soldadura durante períodos de tiempo más largos de lo normal para la soldadura de rutina. Debes asegurarte de que toda tu piel esté cubierta por algo para evitar "quemaduras solares".

Operación

El escenario se controla como una impresora 3-D RepRap Delta normal. Para obtener una introducción a la nomenclatura, pruebe esto . Descargue el firmware Repetier y el software host , use Arduino para cargar el firmware en el escenario y configure Cura en el host. Esto funcionará en cualquier tipo de computadora, pero recomendamos Debian , gratuito y de código abierto . Los modelos se pueden crear y modificar con cualquier editor 3D, como OpenSCAD , Blender o una aplicación CAD como FreeCAD (para obtener una lista más detallada de programas CAD gratuitos de código abierto, vaya aquí . El modelo debe exportarse como un archivo STL. Eso se carga en Cura y se corta en una ruta de herramienta. Es posible que sean necesarios algunos intentos para obtener todas las configuraciones correctas. El GCode se guarda en el disco y se abre con Repetier Host, que lo envía al escenario. Encienda la soldadora enchufando el cable que va al interruptor (que debe mantenerse presionado con una brida). Mientras se realiza la impresión, preste atención a la distancia entre la pistola y el objeto. Esta debe comenzar aproximadamente a 7. mm y permanece igual, si aumenta, disminuya la altura de la capa o ralentice el movimiento (esto se puede hacer durante la impresión con Repetier Host).

Funciones experimentales

Si bien toda la configuración es todavía muy experimental, algunas partes son más experimentales que otras. Aquí se enumeran algunas características que se están probando con varios niveles de éxito. Cura intentará ajustar el "ancho de línea" del filamento depositado cambiando su velocidad de avance. Actualmente el soldador no admite ningún ajuste de este tipo, por lo que algunas piezas obtienen más material del que deberían, mientras que otras obtienen menos. Para resolver esto, se desarrolló un complemento para Cura que convierte estos cambios en la velocidad de avance en cambios en la velocidad de la boquilla. El complemento se puede encontrar con el archivo scad en github . Este complemento también admite la adición de comandos personalizados cuando finaliza o comienza el viaje. Esto se puede utilizar para activar un relé para cambiar la alimentación del soldador.

Ver también

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Discusiones útiles

Medios de comunicación

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  • Impresión 3D de metal, código abierto y maní - Tom's Hardware

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