研究人員使用MIG焊接開發(fā)低成本金屬3D打印機(jī)

金屬3D打印雖然成本下降，但仍然相當(dāng)昂貴。這限制了中小型企業(yè)對(duì)該技術(shù)的使用，這意味著許多應(yīng)用程序未經(jīng)驗(yàn)證。在一篇題為“設(shè)計(jì)和開發(fā)低成本3D金屬打印機(jī)”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(jī)設(shè)計(jì)，并使用了幾個(gè)現(xiàn)成的組件來構(gòu)建它。“開發(fā)的金屬3D打印機(jī)的組件包括：一對(duì)軸承座和電機(jī)支架，電機(jī)外殼，軸支架，滾珠絲杠，聯(lián)軸器，限位開關(guān)，直線軸承，步進(jìn)電機(jī)，聚氨酯氣缸，聚四氟乙烯(PTFE)塑料氣缸及各種緊固件。“MIG焊接機(jī)用于提供材料和能量以熔化材料。打印機(jī)的移動(dòng)以及從打印機(jī)服務(wù)器到主機(jī)的命令轉(zhuǎn)換由Arduino微控制器提供的固件控制。整個(gè)系統(tǒng)的成本約為840美元，比典型的金屬3D打印機(jī)便宜得多。

“為了確保在操作過程中連接金屬印刷，MIG焊接設(shè)置為自動(dòng)打開和關(guān)閉，”研究人員說道。 “在印刷過程開始之前，保護(hù)氣體已經(jīng)開始流動(dòng)。將焊炬置于垂直于床的夾具設(shè)計(jì)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。”MIG焊機(jī)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(jìn)行了兩次實(shí)驗(yàn)，其中圓柱體和矩形被3D打印。

“第一個(gè)實(shí)驗(yàn)的目的是在3D打印過程中找到合適的電壓，以產(chǎn)生相對(duì)良好的3D打印部件的幾何形狀。 首先，焊接沿著定制氣缸設(shè)計(jì)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(gè)實(shí)驗(yàn)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(shí)際CAD數(shù)據(jù)進(jìn)行比較。設(shè)計(jì)第二個(gè)實(shí)驗(yàn)以便分析新開發(fā)的機(jī)器3D打印矩形形狀的能力。第二個(gè)實(shí)驗(yàn)的目的是找到適當(dāng)?shù)乃俣戎祦懋a(chǎn)生良好的結(jié)構(gòu)。“

對(duì)于第一個(gè)實(shí)驗(yàn)，五個(gè)樣品被3D打印并記錄它們的平均值。他們發(fā)現(xiàn)當(dāng)電壓高或低時(shí)發(fā)生孔隙率，并且由于熔融金屬的過量流動(dòng)，較高的電壓會(huì)減小試樣的尺寸。 20.5V的電壓設(shè)置產(chǎn)生了高質(zhì)量的部件，但它在尺寸上不準(zhǔn)確。在第二個(gè)實(shí)驗(yàn)中，研究人員試圖找到最佳的印刷速度。速度太慢導(dǎo)致表面粗糙和融合不良。他們發(fā)現(xiàn)速度不應(yīng)高于20毫米/秒，因此液體有時(shí)間固化。在所有情況下都需要進(jìn)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(yuǎn)非完美，但在這個(gè)價(jià)位上，許多人都可以嘗試改進(jìn)這樣的系統(tǒng)。如果有更多的時(shí)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(shè)計(jì)標(biāo)本，微觀結(jié)構(gòu)表明，該層與每個(gè)打印機(jī)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(jìn)一步研究，以提高產(chǎn)品的質(zhì)量，同時(shí)還要研究這種技術(shù)生產(chǎn)的零件的機(jī)械性能，以測試零件的實(shí)用價(jià)值。


來源：中國3D打印網(wǎng)