Open-source metal 3-D printer/开源金属3D打印机

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开源自复制快速原型机（RepRap）社区的技术进步使得分布式增材制造技术能够利用聚合物材料迅速发展。然而，由于缺乏开源的金属替代方案，以及专有商业化金属3D打印机的高昂成本和低生产效率，严重限制了其应用。商业化金属3D打印机的应用仅限于快速原型制作和昂贵的成品制造。这严重限制了中小企业、发展中国家以及实验室使用该技术。本文介绍了一种成本低于2000美元的开源金属3D打印机的开发。该金属3D打印机采用开源微控制器控制，结合了低成本商用气体保护金属极化焊机（MIG焊机）和Rostock衍生型Deltabot RepRap。本文提供了物料清单、电气和机械设计图以及基本结构和操作规程。本文对3D打印机的性能及其打印的钢材产品进行了初步技术分析。讨论了定制功能性金属部件的打印结果，并就该技术的潜力以及未来大规模推广应用该技术所需开展的工作得出结论。

有关最新的 MOST 金属 RepRap 3D 打印机，请参阅此处。

新软件：开源GMAW金属3D打印的切片器和工艺改进

▼本页面是利用RepRap 3D 打印技术制造OSAT（外包半导体器件）以促进可持续发展的国际项目的一部分。了解更多

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物料清单

打印部件

可以使用任何版本的RepRap 打印机打印这些 STL 文件。右图中的红色部分是打印出来的部件。如果需要，还可以查看SCAD文件。

• 3X文件：End motor.stl
• 3X文件：End idler.stl
• 3X文件：Belt terminators.stl
• 3X文件：MOST 12 齿滑轮.stl
• 文件：Effector.stl
• 文件：Carriage.stl
• 文件：床适配器.stl

施工

致创作者：

如果您之前组装过 RepRap，那这将很容易——如果您不熟悉 RepRap 或像 Rostock 这样的 Deltabot，可以访问MOST Prusa RepRap 组装页面和Delta 组装概述：MOST，那里有更详细的组装说明。这些链接会详细介绍如何编织电线或配置 Melzi/Arduino 微控制器。当然，这个方法并不局限于这个特定的设计，它应该适用于大多数 RepRap 打印机——您只需要防火材料和自己的焊机……祝您好运！如果您成功了，请告诉我们。

初始准备

1. 准备物料清单 (BOM) 中列出的所有材料。
2. 使用RepRap打印机打印所有塑料部件。
3. 扩孔各塑料部件上的M3螺丝孔，并用锋利的刀片清理螺母缝隙，使其适用于所有M3螺丝和螺母。

单柱式建筑

1. 用带垫圈的 M3 x 10mm 螺丝将电机和底座塑料件固定在一起。将两个 M3 螺母插入皮带轮上的定位螺母槽中，然后将两个 M3 x 8mm 定位螺丝松松地插入皮带轮。将皮带轮穿过电机杆，并拧紧所有螺丝。
2. 使用 M2 x 10mm 螺丝将限位开关固定到底座塑料上的支架上。涂抹一些环氧树脂以确保开关不会移动。确保滑架上的螺丝与开关臂啮合。调整此螺丝以设置滑架与限位开关啮合的位置。
3. 用钻头或刀清理杆孔，将 2 根平行的 300 毫米光滑杆插入底座塑料的孔中，用带垫圈的 M3 X 12 毫米螺钉将所有杆固定，以固定两根杆。
4. 将LM8UU轴承浸入油中进行润滑，将2个LM8UU轴承插入塑料滑槽中，并用两根小扎带将每个轴承牢牢固定。将带有塑料滑槽的LM8UU轴承滑到每根杆上。
5. 用带垫圈的 M3 x 12mm 螺钉将平行杆的顶端固定到顶部塑料件上。使用 M8 紧定螺钉和 M8 螺母将两个 608zz 轴承固定到顶部塑料件的中心孔中。
6. 将T5皮带的一端穿过并绕过一个皮带终端，然后将皮带尾端穿过另一个终端。将皮带末端绕过皮带轮。将皮带的另一端绕过608zz轴承。使用带垫圈的M3×10mm螺钉，将一个终端通过LM8UU轴承固定到塑料梭子上。用小扎带牢固地固定终端。

3倍

单柱搭建到此结束。接下来需要并排搭建3根柱子。将241毫米×51毫米的铝板连接到底部和顶部的塑料板上，使框架呈三角棱柱形状。

平台构建

1. 将扎线两端用环氧树脂粘合到碳纤维杆上。使用 M3 x 12mm 螺钉和螺母将扎线两端固定到塑料滑轮上。另一端固定到塑料舞台支架上。
2. 确保 M3 螺丝松松地穿过拉线末端的孔，以便每个碳纤维臂都能在各个方向上自由移动。
3. 3 根 5 厘米长的钉子穿过塑料平台支架，用于支撑 152 毫米 x 152 毫米的陶瓷托盘。

电子

• 接线图见图 2。
• 步进电机和限位开关通过导线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。
• 该电路板使用回收的电脑电源供电。
• 为了控制焊机，我们使用一个连接到 RAMPS 辅助 I/O 和电源引脚的继电器。改变电路板所连接的引脚状态，就会改变分配给该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。切换手柄触发开关或继电器即可切换焊机状态。这样，即使焊机未连接到打印机，也能像往常一样使用。

安全

• 安全设备依据标准的MIG焊接安全规程制定。

工作区

• 请在远离水和易燃物的平坦表面上使用金属 3D 打印机。
• 请确认您的基板已通过金属对金属的连接正确接地。
• 务必确保气瓶始终固定在直立支架或推车上，并且只能使用专为焊接设计的燃气软管。
• 清理工作区域内的杂物，因为火花会四处飞溅。尽量减少脚下的电线数量，以免绊倒。
• 定期检查软管是否有泄漏、磨损和连接松动，并更换故障管路。用肥皂水混合液喷洒软管，如果出现气泡，则表明存在泄漏。
• 确保工作区域通风良好。焊接烟雾有害。在家用车库中，打开门窗，并使用箱式风扇排气，以清除呼吸区域内的烟雾。我们也佩戴了口罩。

安全装备

• 在实验室中必须始终佩戴安全眼镜。
• 打印时，请佩戴焊工面罩/焊接头盔（自动变光或翻转式，并符合现行ANSI认证标准），或使用网络摄像头观看打印机。切勿用未加防护的眼睛观看打印机！
• 打印完成后，用钳子或厚皮手套夹取基材。
• 处理打印部件时，务必穿戴阻燃实验服和厚重的皮手套。
• 穿皮鞋——高帮鞋（钢头鞋更佳）。

金属3D打印作业会使你长时间暴露在焊接环境中，比普通焊接作业所需时间更长。你应该确保所有皮肤都被遮盖起来，以避免晒伤。

操作

该平台的操作方式与普通的 RepRap Delta 3D 打印机类似。如需了解相关术语，请点击此处。下载Repetier 固件和主机软件，使用Arduino将固件上传到平台，并在主机上安装Cura。此方案适用于任何类型的计算机，但我们推荐使用免费开源的Debian 系统。可以使用任何 3D 编辑器创建和修改模型，例如OpenSCAD、Blender或FreeCAD等 CAD 应用程序（如需更详细的免费开源 CAD 程序列表，请点击此处）。模型应导出为 STL 文件。该文件加载到 Cura 中并切片生成刀具路径。可能需要尝试几次才能正确设置所有参数。G 代码保存到磁盘，并使用 Repetier Host 打开，Repetier Host 会将其发送到打印平台。当平台到达焊枪时，插入连接到开关的电缆（用扎带按住开关）以启动焊机。打印过程中，请注意焊枪与物体之间的距离。初始距离应约为 7 毫米，并保持不变。如果距离增加，请降低层高或减慢移动速度（这可以在打印过程中使用 Repetier Host 完成）。如果距离减小，则进行相反的操作。

实验性功能

虽然整个装置仍处于高度实验阶段，但某些部分的实验性更强。以下列出了一些正在测试的功能，其成功程度各不相同。Cura 会尝试通过改变送料速度来调整沉积线材的“线宽”。目前，焊机不支持任何此类调整，因此某些部件的材料过多，而另一些部件的材料过少。为了解决这个问题，我们开发了一个 Cura 插件，可以将这些送料速度的变化转换为喷嘴速度的变化。该插件与GitHub上的 scad 文件一起提供。此外，该插件还支持在焊机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。

另请参阅

• 开源电弧分析仪：用于监测线材电弧增材制造的多传感器
• 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
• 基于粒子群算法的开源TIG金属3D打印打印参数优化
• 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 - 首个商业衍生产品
• 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
• Código abierto Impresora 3-D para Metales
• 开源GMAW金属3D打印技术的应用
• MOST开源金属3D打印机v2
• 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
• 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
• 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

有用讨论

• RepRap论坛讨论
• Thingiverse 讨论
• Reddit 讨论
• 每日黑客马拉松讨论
• Rastall G+ 讨论
• 《注册报》讨论
• Slashdot 讨论
• Google 群组：3D 打印机使用技巧、窍门和评测

媒体

美国媒体

• 科学家打造低成本开源3D金属打印机- 密歇根理工大学新闻、Phys.org、Science Daily、Science Codex、The Cherry Creek News、Planet Infowars、Business Standard、GentedeHoy（西班牙语）、ItechPost、Reddit、CBS Detroit、Bubblenews、Lab Manager、3ders、Hexus
• 螺丝松了？3D打印机可能很快就能为你打造一个新的——NBC新闻
• 金属打印：工程师打造DIY焊接3D打印机，成本不到1500美元- 国际商业时报
• 密歇根理工大学科学家们打造了一台价值 1500 美元的 DIY 金属 3D 打印机- Gigaomm、CNN Money、ARS Mobilitas
• 低成本开源3D金属打印机或将为数百万人带来革命性技术——《国际科学时报》
• 新型3D金属打印机开源且价格亲民——Live Science、雅虎新闻、《科学美国人》
• DIY桌面3D金属打印机万岁！ —— DVice
• 现在你可以在家进行金属3D打印了 -主板
• 考验你的实力——《新闻周刊》，Newsweek.com
• Rostock Welding 3D打印机？ - Hack-a-Day
• 密歇根理工大学发布开源3D金属打印机，售价低于2000美元- 3D打印行业
• 打印金属零件的低成本方法——《纽约时报》
• RT ACM（美国计算机协会）、Treehugger、3D Printer World、Engineering.com、Geeky Gadgets、Gizmodo、Dragons Tales、The Examiner、ICT Career、VR Zone、Gizmag、Computer Weekly、ITPro Portal、Consett Magazine、Shift Frequency
• 与 Sigma Labs 签署合作备忘录：Market Watch、Sacramento Bee、MSN Money、华尔街日报、雅虎财经、商业周刊、ABC 27、3D Printing Industry、3Ders、Technorati、Design News 等媒体均有报道。
• 3DPI撰稿人Mike Molitch-Hou评选的2013年五大3D打印应用——3D打印行业
• 2013 年诞生的 10 个最令人惊叹的开源硬件项目- 开放电子学
• Metal Manufacturing.net的下一代 3D 打印技术
• 打印革命，新型3D打印技术——现场速览
• 自由成型金属3D打印机是功能更强大的3D打印机——3D打印行业
• 优雅与机器人金属3D打印——乔里斯·拉尔曼的MX3D-METAL ——3D打印机世界
• 密歇根理工大学处于研究前沿——第二波
• 8 个值得关注的精彩开源项目！ - Electronics For You Times
• 颠覆性技术——绞死银行家
• 面向消费者的金属打印——Aurora Labs 的 S1——3D打印机世界
• 使用 MIG 焊机进行金属打印- Hack-A-Day
• 荷兰学生利用 Prusa i3 打印机和 MIG 焊机自制金属 3D 打印机- 3Ders，学生将 Prusa i3 打印机与 MIG 焊机结合，打造经济实惠的金属 3D 打印机- 3D Print
• 荷兰学生利用 Prusa i3 打印机和 MIG 焊机自制金属 3D 打印机 #3DPMetal - Adafruit
• 我是铝人——《汽车与驾驶》杂志2017年刊

国际媒体

英国

• 《卫报》：金属3D打印与“第二次工业革命”的六大关键转变
• 《The Register》、《The Telegraph》、《The Independent》、《Techienews》、《ITPro》、《Eureka Magazine》

加拿大

• 科学家发布开源3D金属打印机计划 - 加拿大制造/设计工程
• Substance：基于开源创新技术的新型低成本 3D 金属打印机

中国

• 3D金属打印机：你想用它来做什么？ - Guokr.com（简述）
• 3D金属打印机，售价1500美元。准备好了吗？ - 3dyf.com (3dyf)
• OS China、IT Home、CN Beta、AMOBBS

丹麦

• Byg din egen 3D 金属打印机售价 6,500 克朗- Ingeniøren

法国

• 项目介绍：一款开源的 3D 金属打印机- Futura Sciences
• 通用纳米技术

德国

• 3D打印机制造的金属设备- Scienexx，Linux杂志

印度

• 科学家打造低成本开源3D金属打印机- Jagran Post
• 科学家研发出低成本开源3D金属打印机——《经济时报》（印度时报）

意大利

• 金属3D打印、开源软件和花生——Tom's Hardware

日本

• 低成本DIY！密歇根理工大学正在开发一款开源的3D金属打印机——社会设计新闻

立陶宛

• 从现在起，只需1.5美元就能在家制作一台3D金属打印机——Mokslasit 15分钟，Technologijos

马来西亚

• 2014年将主导市场的六大科技趋势- HongKiat

挪威

• Her er metal-3D-printeren du kan lage selv - Teknisk Ukeblad（技术周刊）

波兰

• 打印一把枪- Rzeczpospolita (rp.pl)

罗马尼亚

• 适用于任何用户的 3D 打印机焊接金属- Sfera

俄罗斯

• 3D金属封条已打开-Lenta.ru、2045.ru、喀山联邦大学、Inline
• 美国人研制出了一种可用于金属打印的3D打印机——伊梅纳
• 《大纪元时报》、《计算机杂志》、Scienceblog.ru

西班牙

• Impresora 3D para metal、barata y de código abierto - NCYT、Insurgente Press