Sparks1.jpg
Chispas1.jpg
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AutoresGerald C. Anzalone
Chenlong Zhang
Bas Wijnen
Paul G. Sanders
Joshua M. Pearce
UbicaciónMichigan , Estados Unidos
Estado Diseñado
Modelado
Prototipado
Verificado
Verificado porMAYORÍA
CostoUSD 1.194,13
Manifiesto del OKHDescargar
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TipoPapel

Citar como Citation reference for the source document.Gerald C. Anzalone, Chenlong Zhang, Bas Wijnen, Paul G. Sanders y Joshua M. Pearce, " Impresión de metal 3D de código abierto y bajo costo ", IEEE Access , 1, págs. 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 de código abierto ( RepRap ) ha permitido que una forma distribuida de fabricación aditiva se expanda rápidamente utilizando materiales basados ​​en 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 propietarias han restringido severamente su implementación. Las aplicaciones de las impresoras 3D de metal comercializadas se limitan solo a la creación rápida de prototipos y productos terminados costosos. Esto restringe severamente el acceso a la tecnología para pequeñas y medianas empresas, el mundo en desarrollo y para su uso en laboratorios. Este documento informa sobre el desarrollo de una impresora 3D de metal de código abierto de menos de $ 2000. La impresora 3D de metal se controla con un microcontrolador de código abierto y es una combinación de un soldador MIG de gas-metal comercial de bajo costo y un derivado de Rostock, un deltabot RepRap. Se proporciona 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 en el cortador y el proceso 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 USD el kg$12.00RepRap local
Todos los sujetadores$2.00http://www.mcmaster.com/
Tuerca M390
Tornillo M3x10 mm12
Tornillo M3x12mm48
Tornillo M3x20mm12
Tornillo de fijación M3x8 mm6
Lavadora M3102
Tuerca M86
Tornillo de fijación M83
Aislamiento cerámico de 152 mm x 152 mm1$ 4,00
Bielas, cojinetes y tiranteshttp://www.amazon.com/
Varilla lisa de 300 mm x 8 mm6$25.00
Varilla de fibra de carbono de 304,8 mm6$6.00
Cojinetes 608zz6$2,40
Rodamientos LM8UU6$6.00
Bridas de alambre pequeñas3$0,50
Extremo de la barra de acoplamiento24$8.00
Correa T5 de 600 mm3$ 5,90http://www.polytechdesign.com/
Placa de aluminio de 241 mm x 51 mm x 4 mm3$114.00Taller de maquinaria local
Motor paso a paso NEMA17 (1,8 grados, par de retención de 5,5 kg-cm, cable de 750 mm)3$39.00http://www.kysanelectronics.com/
Interruptor de límite mecánico3$3,33http://www.digikey.com/
Placa de microcontrolador Melzi1$120.00http://web.archive.org/web/20160304170259/http://matterfy.com/
Soldadora MIG Millermatic 140 Auto-set con carro1$836.00http://www.millerwelds.com/
Fuente de alimentación1$8.00(Reciclado)/Internet
Cables1$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 necesita.

Construcción

Nota para los creadores

Si ya has fabricado una RepRap antes, esto te resultará fácil. Si no estás familiarizado con RepRaps o Deltabots como el Rostock, encontrarás instrucciones de construcción más detalladas en la página de construcción de MOST Prusa RepRap y en la descripción general de la construcción de Delta: MOST . Esos enlaces te darán detalles sobre cómo, por ejemplo, puedes trenzar los cables o configurar el microcontrolador Melzi/Arduino. Sin embargo, este concepto no se limita a este diseño específico y, por supuesto, debería funcionar para la mayoría de las impresoras RepRap. Solo necesitas la protección contra incendios y tu propio soldador... ¡buena suerte! Si logras que funcione, escríbenos.

Preparación inicial

  1. Prepare todos los materiales enumerados en la lista de materiales
  2. Imprima todos los componentes plásticos en una RepRap
  3. Escariar los orificios de los tornillos M3 en cada pieza de plástico y limpiar las trampas de las tuercas con un cuchillo afilado, para que se ajuste a todos los tornillos y tuercas M3.

Construcción de un solo pilar

Detalle de la parte interior inferior, que muestra la ubicación del interruptor de límite.
Detalle de la parte inferior exterior
Detalle superior
  1. Fije el motor y la base de plástico con tornillos M3 X 10 mm con arandelas. Inserte dos tuercas M3 en las ranuras para 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 ajuste todos los tornillos.
  2. Fije el interruptor de límite a su soporte en la base de plástico con tornillos M2 X 10 mm. Agregue un poco de epoxi para asegurarse de que el interruptor no se mueva. Asegúrese de que el tornillo en el carro se acople al brazo del interruptor. Ajuste este tornillo para fijar 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 del plástico de la base, utilice un tornillo M3 X 12 mm con arandelas para fijar todas las varillas e inmovilizar ambas varillas.
  4. Sumerja los cojinetes LM8UU en aceite para lubricarlos, inserte 2 cojinetes LM8UU en las ranuras de la lanzadera de plástico y ajuste firmemente cada cojinete con dos bridas de alambre pequeñas. Deslice los cojinetes LM8UU con las lanzaderas de plástico sobre cada varilla.
  5. Fije el extremo superior de las varillas paralelas en los plásticos superiores con tornillos M3 X 12 mm con arandelas. Utilice el tornillo de fijación M8 y la tuerca M8 para fijar dos cojinetes 608zz en los orificios centrales del plástico superior.
  6. Pase un extremo de la correa T5 a través y alrededor de un terminador de correa y tire de la cola de la correa a través del otro terminador. Enrolle el extremo de la correa alrededor de la polea. Enrolle el otro extremo de la correa alrededor de los cojinetes 608zz. Conecte un terminador a la lanzadera de plástico con cojinetes LM8UU con un tornillo M3 X 10 mm con arandela. Sujete firmemente los terminadores con una pequeña brida.

3 veces

Con esto finaliza la construcción de un solo pilar. Se deben construir 3 pilares en paralelo. Se unen 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. Fije con epoxi los extremos del alambre de amarre a las varillas de fibra de carbono en ambos extremos. Se utiliza un juego de tornillos y tuercas M3 X 12 mm para sujetar los extremos del alambre de amarre a las lanzaderas de plástico. El otro extremo se sujeta al soporte de plástico de la platina.
  2. Asegúrese de que los tornillos M3 pasen sin apretar a través del orificio en los extremos del cable de amarre para permitir que cada brazo de fibra de carbono se mueva en todas las direcciones libremente.
  3. Se enroscan 3 clavos de 5 cm de largo en el soporte de 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 figura 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 los pines de alimentación y de E/S auxiliares de RAMPS. Al cambiar el estado de los pines a los que está conectada la placa, se cambia el estado del relé asignado al pin activado. Los contactos del relé se conectan en paralelo con el interruptor del gatillo en el mango de la pistola de soldar. Al alternar el gatillo del mango o el relé, se activará la soldadora. De esta manera, la soldadora se puede seguir utilizando 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 de materiales inflamables.
  • Verifique que tenga una conexión a tierra adecuada con una conexión de metal con metal a su sustrato.
  • Asegúrese de que su cilindro de gas esté asegurado a un soporte vertical o carro en todo momento y utilice únicamente mangueras de gas diseñadas para soldar.
  • Elimina el desorden del área de trabajo, ya que caerán chispas por todas partes. Reduce al mínimo la cantidad de cables bajo tus 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 indicarán las fugas.
  • Asegúrese de que la zona de trabajo esté bien ventilada. Los humos de soldadura son peligrosos. En el garaje de una casa, deje una puerta o una ventana abiertas y haga funcionar un ventilador de caja como escape para eliminar los humos de la zona por la que respira. También hemos utilizado máscaras.

Equipo de seguridad

  • Use gafas de seguridad en todo momento mientras esté en el laboratorio.
  • Al imprimir o mirar la impresora mientras imprime, use una máscara o casco de soldador (con oscurecimiento automático o pantalla abatible con certificación ANSI vigente) o mírela con una cámara web. ¡No mire la impresora con los ojos desprotegidos!
  • Utilice 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 al manipular las piezas impresas.
  • Use zapatos de cuero, de caña alta (las punteras de acero son una ventaja).

La impresión 3D de metal te expone a la soldadura durante períodos de tiempo más largos que los que se suelen realizar con la soldadura de rutina. Debes asegurarte de que toda tu piel esté cubierta con algo para evitar "quemaduras solares".

Operación

El escenario se controla como una impresora 3D RepRap Delta normal. Para obtener una introducción a la nomenclatura, pruebe esto . Descargue el firmware y el software del host de Repetier , 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, una versión gratuita 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, haga clic aquí) . El modelo debe exportarse como un archivo STL. Este se carga en Cura y se corta en una trayectoria de herramienta. Puede que sean necesarios varios intentos para que todos los ajustes sean correctos. El código G se guarda en el disco y se abre con Repetier Host, que lo envía al escenario. Cuando la plataforma llega a la pistola de soldar, encienda el soldador enchufando el cable que conduce 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 en aproximadamente 7 mm y permanecer igual. Si aumenta, disminuya la altura de la capa o ralentice el movimiento (esto se puede hacer durante la impresión con Repetier Host). Si disminuye, haga lo contrario.

Características experimentales

Aunque toda la configuración todavía es muy experimental, algunas partes son más experimentales que otras. Aquí se enumeran algunas características que se están probando con distintos niveles de éxito. Cura intentará ajustar el "ancho de línea" del filamento depositado cambiando su velocidad de avance. Actualmente, la soldadora no admite ningún ajuste de este tipo, por lo que algunas partes obtienen más material del que deberían, mientras que otras obtienen menos. Para resolver esto, se desarrolló un complemento para Cura que convierte estos cambios de velocidad de avance en cambios de 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 recorrido. Esto se puede utilizar para activar un relé para cambiar la potencia de la soldadora.

Véase también

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Discusiones útiles

Medios de comunicación

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

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