研究人員使用MIG焊接開發(fā)低成本金屬3D打印機

金屬3D打印雖然成本下降，但仍然相當昂貴。這限制了中小型企業(yè)對該技術(shù)的使用，這意味著許多應用程序未經(jīng)驗證。在一篇題為“設計和開發(fā)低成本3D金屬打印機”的論文中，一組研究人員討論了他們?nèi)绾蝿?chuàng)建一種利用金屬惰性氣體(MIG)焊接和開源微控制器制造零件的低成本金屬3D打印的方法。

研究人員從Prusa i3系統(tǒng)中采用了他們的3D打印機設計，并使用了幾個現(xiàn)成的組件來構(gòu)建它�！伴_發(fā)的金屬3D打印機的組件包括：一對軸承座和電機支架，電機外殼，軸支架，滾珠絲杠，聯(lián)軸器，限位開關(guān)，直線軸承，步進電機，聚氨酯氣缸，聚四氟乙烯(PTFE)塑料氣缸及各種緊固件�！癕IG焊接機用于提供材料和能量以熔化材料。打印機的移動以及從打印機服務器到主機的命令轉(zhuǎn)換由Arduino微控制器提供的固件控制。整個系統(tǒng)的成本約為840美元，比典型的金屬3D打印機便宜得多。

“為了確保在操作過程中連接金屬印刷，MIG焊接設置為自動打開和關(guān)閉，”研究人員說道。 “在印刷過程開始之前，保護氣體已經(jīng)開始流動。將焊炬置于垂直于床的夾具設計下以構(gòu)建表面。通過調(diào)平焊炬的高度，將床表面和噴嘴之間的距離調(diào)節(jié)到約6mm�！盡IG焊機開始從底部到頂部逐層構(gòu)建零件。為了測試該系統(tǒng)，研究人員進行了兩次實驗，其中圓柱體和矩形被3D打印。

“第一個實驗的目的是在3D打印過程中找到合適的電壓，以產(chǎn)生相對良好的3D打印部件的幾何形狀。 首先，焊接沿著定制氣缸設計沉積。用于焊接電壓的參數(shù)在18.5 V至22.5 V之間變化。第一個實驗以50 mm / s的恒定速度和100 A的電流完成。獲取最終尺寸并與實際CAD數(shù)據(jù)進行比較。設計第二個實驗以便分析新開發(fā)的機器3D打印矩形形狀的能力。第二個實驗的目的是找到適當?shù)乃俣戎祦懋a(chǎn)生良好的結(jié)構(gòu)�！�

對于第一個實驗，五個樣品被3D打印并記錄它們的平均值。他們發(fā)現(xiàn)當電壓高或低時發(fā)生孔隙率，并且由于熔融金屬的過量流動，較高的電壓會減小試樣的尺寸。 20.5V的電壓設置產(chǎn)生了高質(zhì)量的部件，但它在尺寸上不準確。在第二個實驗中，研究人員試圖找到最佳的印刷速度。速度太慢導致表面粗糙和融合不良。他們發(fā)現(xiàn)速度不應高于20毫米/秒，因此液體有時間固化。在所有情況下都需要進行后處理以獲得更好的表面光潔度。正如您所看到的，結(jié)果遠非完美，但在這個價位上，許多人都可以嘗試改進這樣的系統(tǒng)。如果有更多的時間和投資，這很可能成為某些金屬零件的可行替代品。

使用MIG焊接和3D打印工藝成功制造了簡單的設計標本，微觀結(jié)構(gòu)表明，該層與每個打印機層完美地重合，并且與初始層相比，所制造層的頂部區(qū)域具有最低硬度。然而，未來還需要進一步研究，以提高產(chǎn)品的質(zhì)量，同時還要研究這種技術(shù)生產(chǎn)的零件的機械性能，以測試零件的實用價值。


來源：中國3D打印網(wǎng)