Sparks1.jpg
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作者Gerald C. Anzalone
张晨龙
Bas Wijnen
Paul G. Sanders
Joshua M. Pearce
地点美国密歇根
地位 设计
模仿
原型
已验证
经核实最多
成本1,194.13美元
OKH 清单下载
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类型

引用 源文献的引用参考。Gerald C. Anzalone、Chenlong Zhang、Bas Wijnen、Paul G. Sanders 和 Joshua M. Pearce,“低成本开源 3-D 金属打印IEEE Access,1,第 803-810 页,(2013 年)。

doi: 10.1109/ACCESS.2013.2293018开放获取预印本
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硬件许可证CERN 高级激光测距系统
认证开始 OSHWA 认证

开源自复制快速原型机 ( RepRap ) 社区的技术进步使得使用聚合物基材料的分布式增材制造得以迅速扩展。然而,缺乏开源金属替代品以及专有商业化金属 3D 打印机的高资本成本和低吞吐量严重限制了它们的部署。商业化金属 3D 打印机的应用仅限于快速原型和昂贵的成品。这严重限制了中小企业、发展中国家和实验室使用该技术。本文报告了一款售价不到 2000 美元的开源金属 3D 打印机的开发。金属 3D 打印机由开源微控制器控制,是低成本商用气体金属 MIG 焊机和 Rostock 衍生产品 deltabot RepRap 的组合。提供了物料清单、电气和机械设计原理图以及基本构造和操作程序。对 3D 打印机及其钢产品的性能进行了初步技术分析。讨论了打印定制功能金属部件的结果,并得出了有关该技术的潜力以及该技术大规模推广所需的未来工作的结论。

对于最新的 MOST 金属 RepRap 3D 打印机,请参阅

新软件:开源 GMAW 金属 3D 打印的切片机和工艺改进

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材料清单

物品数字费用(美元)来源
所有 12 个打印部件 @ 40 美元/公斤12.00 美元当地代表说唱
所有紧固件2.00 美元http://www.mcmaster.com/
M3螺母90
M3x10 毫米螺丝12
M3x12mm 螺丝四十八
M3x20mm 螺丝12
M3x8mm 固定螺钉6
M3垫圈102
M8螺母6
M8紧定螺钉3
152mm x 152mm 陶瓷绝缘1$ 4.00
杆、轴承和拉杆http://www.amazon.com/
300mm x 8mm 光杆625.00 美元
304.8mm碳纤维杆66.00 美元
608zz轴承62.40 美元
LM8UU轴承66.00 美元
小扎带30.50 美元
横拉杆端24$ 8.00
600mm T5皮带35.90 美元http://www.polytechdesign.com/
241mm x 51mm x 4mm 铝板3114.00 美元当地机械车间
NEMA17 步进电机(1.8 度,5.5kg-cm 保持扭矩,750mm 电线)339.00 美元http://www.kysanelectronics.com/
机械限位开关33.33 美元http://www.digikey.com/
Melzi 微控制器板1120.00 美元http://web.archive.org/web/20160304170259/http://matterfy.com/
Millermatic 140 自动设置 MIG 焊机(带推车)1836.00 美元http://www.millerwelds.com/
电源18.00 美元(回收)/互联网
电线1$ 2.00(回收)/互联网
全部的1,194.13美元

印刷部件

金属.png

在任何版本的RepRap上打印这些 STL 文件。右图中的红色部分是打印的部分。如果需要,可以使用SCAD 。

建造

制作者须知

如果您之前制作过 RepRap,这将很容易——如果您不熟悉 RepRaps 或像 Rostock 这样的 Deltabots——可以在MOST Prusa RepRap 构建页面Delta Build 概述:MOST上找到更详细的构建说明。这些链接将提供有关如何编织电线或配置 Melzi/Arduino 微控制器的详细信息。然而,这个概念并不局限于这个特定的设计,当然应该适用于大多数 RepRap 打印机——你只需要防火材料和你自己的焊机……祝你好运!如果你让它工作了——请给我们写信。

初步准备

  1. 准备好BOM清单中列出的所有物料
  2. 在RepRap上打印所有塑料部件
  3. 在每个塑料部件上铰出 M3 螺丝孔,并用锋利的刀清理螺母陷阱,使其适合所有 M3 螺钉和螺母

单柱构建

底部内部细节,显示限位开关的位置底部外侧细节细节顶部
  1. 使用带垫圈的 M3 X 10mm 螺钉固定电机和底座塑料。将两个 M3 螺母插入滑轮中的固定螺钉螺母槽中,将两个 M3 X 8mm 固定螺钉松散地插​​入滑轮中。将滑轮推入电机杆并拧紧所有螺钉。
  2. 使用 M2 X 10mm 螺钉将限位开关固定到底座塑料上的支架上。添加一些环氧树脂以确保开关不会移动。确保托架中的螺钉与开关臂接合。调整此螺钉以设置托架与限位开关接合的位置。
  3. 使用钻头或刀子清理杆开口,将 2 根平行的 300 毫米光滑杆插入底座塑料上的孔中,使用带垫圈的 M3 X 12 毫米螺钉固定所有杆以固定两根杆。
  4. 将 LM8UU 轴承浸入油中进行润滑,将 2 个 LM8UU 轴承插入塑料梭子的槽中,并用两根小线扎将每个轴承牢固地拧紧。将 LM8UU 轴承连同塑料梭子一起滑到每根杆上。
  5. 使用带垫圈的 M3 X 12mm 螺钉将平行杆的顶端固定到顶部塑料中。使用 M8 紧定螺钉和 M8 螺母将两个 608zz 轴承固定到顶部塑料的中心孔中。
  6. 将 T5 皮带的一端穿过并绕过一个皮带端接器,并将皮带尾部拉过另一个端接器。将皮带的一端绕在滑轮上。将皮带的另一端绕在 608zz 轴承上。使用带垫圈的 M3 X 10mm 螺钉将一个端接器连接到带有 LM8UU 轴承的塑料梭子上。使用小线扎带将端接器牢牢固定。

3X

单柱构建到此结束。应平行构建 3 根柱子。241mm X 51mm 铝板附在底部和顶部塑料上,使框架呈三棱柱形状

平台构建

  1. 将绑线两端用环氧树脂粘合到碳纤维棒上。使用 M3 X 12mm 螺钉和螺母套件将绑线两端固定到塑料梭子上。另一端固定在塑料舞台支架上。
  2. 确保 M3 螺钉松散地穿过扎线末端的孔,以便每个碳纤维臂都能自由地向各个方向移动。
  3. 3 个 5cm 长的钉子拧入塑料平台支架,用于支撑 152mm X 152mm 的陶瓷托盘。

电子产品

图 2 接线图
  • 接线图见图2
  • 步进电机和限位开关连接到微控制器板上的相应端子,微控制器板通过 USB 电缆连接到Linux计算机。
  • 该板由回收的计算机电源供电。
  • 为了控制焊机,我们使用连接到 RAMPS 辅助输入/输出和电源引脚的其中一个继电器。更改电路板所连接的引脚的状态会更改分配给激活引脚的继电器的状态。然后将继电器触点与焊枪手柄中的触发开关并联。切换手柄触发器或继电器将切换焊机。这样,焊机仍可像未连接到打印机时一样正常使用...

安全

  • 安全设备基于标准 MIG 焊接安全协议

工作区域

  • 在远离水和易燃材料的平面上使用金属 3D 打印机。
  • 验证您是否已通过金属对金属连接将基板正确接地。
  • 确保您的气瓶始终固定在直立支架或推车上,并且仅使用专为焊接设计的气软管。
  • 清除工作区内的杂物,因为火花四溅。尽量减少脚下的电缆数量,以免绊倒。
  • 定期检查软管是否有泄漏、磨损和连接松动,并更换故障管线。用肥皂水混合物喷洒。气泡表示有泄漏。
  • 确保工作区域通风良好。焊接烟雾具有危险性。在家庭车库中,请打开门或窗户,并运行箱式风扇作为排气装置,以清除呼吸区域中的烟雾。我们还使用了面罩。

安全装备

  • 在实验室内始终佩戴安全眼镜。
  • 打印时和/或打印时查看打印机时,请佩戴焊工面罩/焊接头盔(自动变暗或翻转遮光,符合当前 ANSI 认证)或使用网络摄像头查看。请勿用未受保护的眼睛查看打印机!
  • 打印后使用钳子拾取基材或戴厚皮手套
  • 处理打印部件时,务必穿着阻燃实验室工作服和重型皮手套
  • 穿皮鞋——高帮鞋(钢头鞋是加分项)。

金属 3D 打印需要您长时间接触焊接,这比常规焊接要长。您应确保所有皮肤都覆盖有某种东西,以避免“晒伤”。

手术

该平台的控制方式与常规 RepRap Delta 3-D 打印机类似。要了解术语,请尝试以下方法。下载Repetier 固件和主机软件,使用Arduino将固件上传到平台,并在主机上设置Cura。这适用于任何类型的计算机,但我们推荐免费开源的Debian。可以使用任何 3-D 编辑器创建和修改模型,例如OpenSCADBlender或 CAD 应用程序,例如FreeCAD(有关免费开源 CAD 程序的更详细列表,请点击此处)。模型应导出为 STL 文件。将其加载到 Cura 中并切片为刀具路径。可能需要尝试几次才能正确设置所有设置。GCode 将保存到磁盘并使用 Repetier Host 打开,然后将其发送到舞台。当平台到达焊枪时,通过插入通向开关的电缆打开焊机(用电线扎带按住开关)。打印时,请注意焊枪和物体之间的距离。该距离应从大约 7 毫米开始并保持不变。如果它增加,则降低层高或减慢移动速度(这可以在使用 Repetier Host 打印期间完成)。如果它减少,则执行相反的操作。

实验性功能

虽然整个设置仍处于高度实验阶段,但有些部分比其他部分更具实验性。这里列出了一些功能,这些功能正在测试中,并取得了不同程度的成功。Cura 将尝试通过改变其进给率来调整沉积灯丝的“线宽”。目前,焊机不支持任何此类调整,因此有些部件获得的材料比应有的多,而其他部件获得的材料则较少。为了解决这个问题,开发了一个 Cura 插件,可以将这些进给率变化转换为喷嘴速度变化。可以在github上的 scad 文件中找到该插件。此插件还支持在行程结束或开始时添加自定义命令。这可用于激活继电器以切换焊机电源。

也可以看看

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