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能够使用聚合物材料快速扩展。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缓慢的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制作和昂贵的成品。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 2000 美元以下的开源金属 3D 打印机的开发情况。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 的衍生产品 deltabot RepRap 的组合。提供材料清单、电气和机械设计原理图以及基本施工和操作程序。对 3D 打印机和所得钢铁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大规模推广该技术所需的未来工作的结论。
对于最新的 MOST 金属 RepRap 3D 打印机，请参阅此
新软件：基于开源 GMAW 的金属 3D 打印的切片机和工艺改进
内容
材料清单
| 物品 | 数字 | 成本(美元) | 来源 |
|---|---|---|---|
| 所有 12 个打印部件 @ 40 美元/公斤 | 12.00 美元 | 本地RepRap | |
| 所有紧固件 | $2.00 | http://www.mcmaster.com/ | |
| M3螺母 | 90 | ||
| M3x10 毫米螺丝 | 12 | ||
| M3x12mm螺丝 | 48 | ||
| M3x20mm螺丝 | 12 | ||
| M3x8mm 紧定螺钉 | 6 | ||
| M3垫圈 | 102 | ||
| M8螺母 | 6 | ||
| M8紧定螺钉 | 3 | ||
| 152mm x 152mm 陶瓷绝缘体 | 1 | $ 4.00 | |
| 杆、轴承和拉杆 | http://www.amazon.com/ | ||
| 300mm x 8mm 光滑杆 | 6 | $25.00 | |
| 304.8mm碳纤维杆 | 6 | $6.00 | |
| 608zz轴承 | 6 | 2.40 美元 | |
| LM8UU轴承 | 6 | $6.00 | |
| 小扎带 | 3 | 0.50 美元 | |
| 横拉杆端 | 24 | $ 8.00 | |
| 600mm T5皮带 | 3 | 5.90 美元 | http://www.polytechdesign.com/ |
| 241mm x 51mm x 4mm 铝板 | 3 | $114.00 | 当地机械厂 |
| NEMA17步进电机（1.8度，5.5kg-cm保持扭矩，750mm线） | 3 | $39.00 | http://www.kysan electronics.com/ |
| 机械限位开关 | 3 | 3.33 美元 | http://www.digikey.com/ |
| Melzi 微控制器板 | 1 | $120.00 | http://web.archive.org/web/20160304170259/http://matterfy.com/ |
| Millermatic 140 带推车的自动设置 MIG 焊机 | 1 | $836.00 | http://www.millerwelds.com/ |
| 电源 | 1 | $8.00 | （回收）/互联网 |
| 电线 | 1 | 2.00 美元 | （回收）/互联网 |
| 全部的 | 1,194.13 美元 |
印刷零件
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。SCAD （如果您需要的话）。
建造
创客须知
如果您之前已经制作过 RepRap，那么这会很容易 - 如果您不熟悉 RepRaps 或 Deltabot（如 Rostock） - 更详细的构建说明可在 MOST Prusa RepRap 构建页面和Delta 构建概述：MOST 中找到。这些链接将详细介绍如何编织电线或配置 Melzi/Arduino 微控制器等。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——您只需要防火和您自己的焊机......祝您好运！如果您能正常使用 - 请给我们留言。
初步准备
- 准备好BOM中列出的所有材料
- 在RepRap上打印所有塑料部件
- 铰削每个塑料件上的M3螺丝孔，并用锋利的刀清理螺母陷阱，使其适合所有M3螺丝和螺母
单柱建造
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- 使用带垫圈的 M3 X 10mm 螺钉连接电机和底座塑料。将两个 M3 螺母插入滑轮中的紧定螺钉螺母槽中，将两个 M3 X 8mm 紧定螺钉松松地插入滑轮中。将皮带轮推过电机杆并拧紧所有螺钉。
- 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啮合。调节此螺钉以设置托架与限位开关接合的位置。
- 使用钻头或小刀清洁杆开口，将 2 个平行的 300mm 光滑杆插入底座塑料的孔中，使用带垫圈的 M3 X 12mm 螺钉紧固所有杆以固定两个杆。
- 将 LM8UU 轴承浸入油中进行润滑，将 2 个 LM8UU 轴承插入塑料梭的槽中，并用两个小扎带将每个轴承拧紧。将带有塑料梭的 LM8UU 轴承滑到每个杆上。
- 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。
- 将 T5 皮带的一端穿过并绕过一个皮带终端器，然后将皮带尾部拉过另一个终端器。将皮带末端绕在滑轮上。将皮带的另一端绕在 608zz 轴承上。使用带有垫圈的 M3 X 10mm 螺钉将一个端接器连接到带有 LM8UU 轴承的塑料梭上。用小扎带牢固地固定端子。
3X
单支柱构建就此结束。应平行建造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。
平台搭建
- 将连接线末端用环氧树脂涂在两端的碳纤维杆上。M3 X 12mm 螺钉和螺母套件用于将扎线端部紧固到塑料梭上。另一端固定在塑料载物台支架上。
- 确保 M3 螺钉松散地穿过扎线端部的孔，以便每个碳纤维臂能够在各个方向自由移动。
- 将 3 个 5 厘米长的钉子拧入塑料平台支架中，用于支撑 152 毫米 X 152 毫米陶瓷托盘。
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相应的端子，微控制器通过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 I/O 和电源引脚的继电器之一。更改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，焊机在未连接到打印机时仍然可以像平常一样使用......
安全
- 安全设备基于标准 MIG 焊接安全协议
工作区域
- 在与水和易燃材料隔离的平坦表面上使用金属 3D 打印机。
- 验证您是否通过金属对金属连接到基板正确接地。
- 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管。
- 消除工作区域的杂乱，因为火花四溅。尽量减少脚下电缆的数量，以避免绊倒。
- 定期检查软管是否有泄漏、磨损和连接松动，并更换有故障的管路。喷洒肥皂和水的混合物。气泡会显示泄漏。
- 确保工作区域通风良好。焊接烟雾是危险的。在家庭车库中，打开门或窗户，并运行箱式风扇作为排气装置，以清除呼吸区域的烟雾。我们也用过口罩。
安全装备
- 在实验室中始终佩戴安全眼镜。
- 打印和/在打印时查看打印机时，请佩戴焊工面罩/焊接头盔（自动变光或具有当前 ANSI 认证的翻转遮光罩）或使用网络摄像头查看。请勿用未受保护的眼睛观看打印机！
- 打印后使用钳子或厚皮手套夹起基材
- 处理打印部件时，请务必穿戴阻燃实验室外套和重型皮手套
- 穿皮鞋——高帮鞋（钢头鞋更好）。
与常规焊接相比，金属 3D 打印的焊接时间更长。您应该确保所有皮肤都被东西覆盖以避免“晒伤”。
手术
该平台的控制方式与常规 RepRap Delta 3-D 打印机类似。有关命名法的入门知识，请尝试此。下载Repetier固件和主机软件，使用Arduino将固件上传到舞台，并在主机上设置Cura 。这适用于任何类型的计算机，但我们推荐免费且开源的Debian。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（有关免费开源 CAD 程序的更详细列表，请访问此处。模型应导出为 STL 文件。加载到 Cura 中并切片到刀具路径。可能需要几次尝试才能正确设置所有设置。GCode 保存到磁盘并使用 Repetier Host 打开，Repetier Host 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（用扎带将其压住）来打开焊机。打印进行时，请注意喷枪和物体之间的距离。这应该从大约 7 开始mm 并保持不变。如果它增加，请降低层高，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。
实验特点
虽然整个设置仍然是高度实验性的，但某些部分比其他部分更具实验性。此处列出的一些功能正在接受不同程度的成功测试。Cura 将尝试通过改变其进给率来调整沉积细丝的“线宽”。目前焊机不支持任何此类调整，因此某些零件获得的材料比应有的多，而另一些零件则获得的材料较少。为了解决这个问题，开发了 Cura 插件，它将这些进给率变化转换为喷嘴速度变化。该插件可以通过github上的 scad 文件找到。该插件还支持在旅行结束或开始时添加自定义命令。这可用于激活继电器来切换焊机电源。
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有用的讨论
媒体
美国媒体
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- 密歇根理工大学的科学家打造了一台价值 1,500 美元的 DIY 金属 3D 打印机- Gigaomm、CNN Money、ARS Mobilitas
- 低成本、开源 3D 金属打印机可以为数百万人带来革命性技术- International Science Times
- 新型 3D 金属打印机开源且价格实惠- Live Science、雅虎新闻、科学美国人
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国际媒体
英国
加拿大
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中国
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- OS中国、IT之家、CN Beta、AMOBBS
丹麦
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法国
- 项目中：3D 金属打印机...开源- Futura Sciences
- GNT
德国
- 3D 打印机的金属设备- Sciencex、Linux 杂志
印度
- 科学家打造低成本开源 3D 金属打印机- Jagran Post
- 科学家打造低成本、开源 3D 金属打印机- 经济时报（印度时报）
意大利
- 金属 3D 打印、开源和花生 - Tom's Hardware
日本
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立陶宛
- 从现在起，3D金属打印机只需1.5‰。在家就能赚美元- Mokslasit 15 分钟，Technologijos
马来西亚
- 2014 年将占据主导地位的 6 大技术趋势- 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
- 适合任何用户的 3D 打印机焊接金属- Sfera
俄罗斯
- 3D 金属密封打开-Lenta.ru，2045.ru，喀山联邦大学，内联
- 美国人创造了一种可在金属上打印的 3D 打印机- Imena
- 大纪元、Computerra、Scienceblog.ru
西班牙
- Impresora 3D para metal、barata y de código abierto - NCYT、Insurgente Press