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研究人员使用MIG焊接开发低成本金属3D打印机

导读: 在一篇题为“设计和开发低成本3D金属打印机”的论文中,一组研究人员讨论了他们如何创建一种利用金属惰性气体(MIG)焊接和开源微控制器制造零件的低成本金属3D打印的方法。

金属3D打印虽然成本下降,但仍然相当昂贵。这限制了中小型企业对该技术的使用,这意味着许多应用程序未经验证。在一篇题为“设计和开发低成本3D金属打印机”的论文中,一组研究人员讨论了他们如何创建一种利用金属惰性气体(MIG)焊接和开源微控制器制造零件的低成本金属3D打印的方法。

研究人员使用MIG焊接开发低成本金属3D打印机研究人员从Prusa i3系统中采用了他们的3D打印机设计,并使用了几个现成的组件来构建它。MIG焊接机用于提供材料和能量以熔化材料。打印机的移动以及从打印机服务器到主机的命令转换由Arduino微控制器提供的固件控制。整个系统的成本约为840美元,比典型的金属3D打印机便宜得多。

据介绍,为了确保在操作过程中连接金属印刷,MIG焊接设置为自动打开和关闭。在印刷过程开始之前,保护气体已经开始流动。将焊炬置于垂直于床的夹具设计下以构建表面。通过调平焊炬的高度,将床表面和喷嘴之间的距离调节到约6mm。MIG焊机开始从底部到顶部逐层构建零件。为了测试该系统,研究人员进行了两次实验,其中圆柱体和矩形被3D打印。

据了解,第一个实验的目的是在3D打印过程中找到合适的电压,以产生相对良好的3D打印部件的几何形状。首先,焊接沿着定制气缸设计沉积。用于焊接电压的参数在18.5V至22.5V之间变化。第一个实验以50mm/s的恒定速度和100A的电流完成。获取最终尺寸并与实际CAD数据进行比较。设计第二个实验以便分析新开发的机器3D打印矩形形状的能力。第二个实验的目的是找到适当的速度值来产生良好的结构。对于第一个实验,五个样品被3D打印并记录它们的平均值。他们发现当电压高或低时发生孔隙率,并且由于熔融金属的过量流动,较高的电压会减小试样的尺寸。20.5V的电压设置产生了高质量的部件,但它在尺寸上不准确。在第二个实验中,研究人员试图找到最佳的印刷速度。速度太慢导致表面粗糙和融合不良。他们发现速度不应高于20毫米/秒,因此液体有时间固化。在所有情况下都需要进行后处理以获得更好的表面光洁度。结果远非完美,但在这个价位上,许多人都可以尝试改进这样的系统。如果有更多的时间和投资,这很可能成为某些金属零件的可行替代品。

点评:使用MIG焊接和3D打印工艺成功制造了简单的设计标本,微观结构表明,该层与每个打印机层完美地重合,并且与初始层相比,所制造层的顶部区域具有最低硬度。然而,未来还需要进一步研究,以提高产品的质量,同时还要研究这种技术生产的零件的机械性能,以测试零件的实用价值。

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