Les progrès techniques dans la communauté des prototypes rapides à réplication automatique ( RepRap ) open source ont permis à une forme distribuée de fabrication additive de se développer rapidement à l'aide de matériaux à base de polymères. Cependant, l’absence d’alternative open source au métal, ainsi que les coûts d’investissement élevés et la lenteur du débit des imprimantes 3D métalliques propriétaires commercialisées ont sévèrement limité leur déploiement. Les applications des imprimantes 3D métalliques commercialisées se limitent au prototypage rapide et aux produits finis coûteux. Cela restreint considérablement l'accès à la technologie pour les petites et moyennes entreprises, les pays en développement et son utilisation dans les laboratoires. Cet article rend compte du développement d'une imprimante 3D métallique open source <2 000 $. L'imprimante 3D métal est contrôlée avec un microcontrôleur open source et est une combinaison d'une soudeuse MIG gaz-métal commerciale à faible coût et d'un dérivé du Rostock, un deltabot RepRap. La nomenclature des matériaux, les schémas de conception électrique et mécanique ainsi que les procédures de construction et d'exploitation de base sont fournis. Une analyse technique préliminaire des propriétés de l'imprimante 3D et des produits en acier obtenus est effectuée. Les résultats de l'impression de pièces métalliques fonctionnelles personnalisées sont discutés et des conclusions sont tirées sur le potentiel de la technologie et les travaux futurs nécessaires à la distribution massive de cette technologie.
Pour la dernière imprimante 3D RepRap MOST metal, voir ceci
Nouveau logiciel : Slicer et améliorations des processus pour l'impression 3D métallique open source basée sur GMAW
Contenu
Nomenclature
| Article | Nombre | Coût (USD) | Source |
|---|---|---|---|
| Les 12 pièces imprimées à 40 $/kg | $12.00 | RepRap local | |
| Toutes les fixations | $2.00 | http://www.mcmaster.com/ | |
| Écrou M3 | 90 | ||
| Vis M3x10mm | 12 | ||
| Vis M3x12mm | 48 | ||
| Vis M3x20mm | 12 | ||
| Vis de réglage M3x8mm | 6 | ||
| Rondelle M3 | 102 | ||
| Écrous M8 | 6 | ||
| Vis de réglage M8 | 3 | ||
| Isolation céramique de 152 mm x 152 mm | 1 | $ 4.00 | |
| Bielles, roulements et attaches | http://www.amazon.com/ | ||
| Tige lisse de 300 mm x 8 mm | 6 | $25.00 | |
| Tige en fibre de carbone de 304,8 mm | 6 | $6.00 | |
| roulements 608zz | 6 | $2.40 | |
| LM8UUroulements | 6 | $6.00 | |
| Petits liens métalliques | 3 | $0.50 | |
| Extrémité de biellette de direction | 24 | $ 8.00 | |
| Courroie T5 de 600 mm | 3 | $ 5.90 | http://www.polytechdesign.com/ |
| Plaque en aluminium de 241 mm x 51 mm x 4 mm | 3 | $114.00 | Atelier d'usinage local |
| Moteur pas à pas NEMA17 (1,8 degrés, couple de maintien de 5,5 kg-cm, fil de 750 mm) | 3 | $39.00 | http://www.kysanelectronics.com/ |
| Fin de course mécanique | 3 | $3.33 | http://www.digikey.com/ |
| Carte microcontrôleur Melzi | 1 | $120.00 | http://web.archive.org/web/20160304170259/http://matterfy.com/ |
| Soudeuse MIG à réglage automatique Millermatic 140 avec chariot | 1 | $836.00 | http://www.millerwelds.com/ |
| Source de courant | 1 | $8.00 | (Recyclé)/Internet |
| Fils | 1 | $ 2.00 | (Recyclé)/Internet |
| Total | $1,194.13 |
Pièces imprimées
Imprimez ces fichiers STL sur n'importe quelle version de RepRap . Les parties rouges dans l'image de droite sont les parties imprimées. Le SCAD si vous en avez besoin.
- Fichier 3X : Fin du moteur.stl
- Fichier 3X : Fin d'idler.stl
- Fichier 3X : Terminateurs de ceinture.stl
- Fichier 3X : MOST poulie à 12 dents.stl
- Fichier:Effector.stl
- Fichier:Carriage.stl
- Fichier:Adaptateur de lit.stl
Construction
Note aux créateurs
Si vous avez déjà créé un RepRap, cela sera facile - si vous n'êtes pas familier avec les RepRaps ou les Deltabots comme le Rostock - des instructions de construction plus détaillées sont disponibles sur la page de construction MOST Prusa RepRap et dans l' aperçu de la construction Delta : MOST . Ces liens donneront des détails sur la façon, par exemple, de tresser les fils ou de configurer le microcontrôleur Melzi/Arduino. Ce concept, cependant, ne se limite pas à cette conception spécifique et devrait bien sûr fonctionner pour la plupart des imprimantes RepRap - vous avez juste besoin de l'ignifugation et de votre propre soudeuse... bonne chance ! Si cela fonctionne, envoyez-nous un message.
Préparation initiale
- Préparer tous les matériaux répertoriés dans la nomenclature
- Imprimez tous les composants en plastique sur un RepRap
- Alésez les trous de vis M3 dans chaque pièce en plastique et nettoyez les pièges à écrous avec un couteau bien aiguisé, adaptez-le à toutes les vis et écrous M3.
Construction à un seul pilier
- Fixez le moteur et la base en plastique avec des vis M3 X 10 mm avec rondelles. Insérez deux écrous M3 dans les pièges à écrous de vis de réglage de la poulie, insérez sans serrer deux vis de réglage M3 X 8 mm dans la poulie. Poussez la poulie à travers les tiges du moteur et serrez toutes les vis.
- Fixez le fin de course à son support sur la base en plastique à l'aide de vis M2 X 10 mm. Ajoutez de l'époxy pour vous assurer que l'interrupteur ne bouge pas. Assurez-vous que la vis dans le chariot s'engage dans le bras de l'interrupteur. Ajustez cette vis pour régler la position où le chariot engage l'interrupteur de fin de course.
- Utilisez une perceuse ou un couteau pour nettoyer les ouvertures des tiges, insérez 2 tiges lisses parallèles de 300 mm dans les trous du plastique de base, utilisez une vis M3 X 12 mm avec des rondelles pour fixer toute la tige afin d'immobiliser les deux tiges.
- Plongez les roulements LM8UU dans l'huile pour la lubrification, insérez 2 roulements LM8UU dans les fentes de la navette en plastique et serrez fermement chaque roulement avec deux petits attaches métalliques. Faites glisser les roulements LM8UU avec les navettes en plastique sur chaque tige.
- Fixez l'extrémité supérieure des tiges parallèles dans les plastiques supérieurs avec des vis M3 X 12 mm avec rondelles. Utilisez la vis de réglage M8 et l'écrou M8 pour fixer deux roulements 608zz dans les trous centraux du plastique supérieur.
- Passez une extrémité de la courroie T5 à travers et autour d'un terminateur de courroie et tirez la queue de la courroie à travers un autre terminateur. Enroulez l'extrémité de la courroie autour de la poulie. Enroulez l'autre extrémité de la ceinture autour des roulements 608zz. Fixez une terminaison à la navette en plastique avec des roulements LM8UU avec une vis M3 X 10 mm avec rondelle. Fixez fermement les terminateurs avec un petit serre-fils.
3X
Cela met fin à la construction d’un seul pilier. 3 piliers doivent être construits en parallèle. Des plaques d'aluminium de 241 mm x 51 mm sont fixées aux plastiques inférieur et supérieur pour donner au cadre une forme de prisme triangulaire .
Construction de plateforme
- Époxyz les extrémités du fil d’attache sur des tiges en fibre de carbone aux deux extrémités. Un jeu de vis et d'écrous M3 X 12 mm est utilisé pour fixer les extrémités du fil d'attache aux navettes en plastique. L'autre extrémité est fixée au support de platine en plastique.
- Assurez-vous que les vis M3 sont bien vissées dans le trou des extrémités du fil d'attache afin de permettre à chaque bras en fibre de carbone de se déplacer librement dans toutes les directions.
- 3 clous de 5 cm de long sont enfilés dans le support de plate-forme en plastique pour supporter le plateau en céramique de 152 mm X 152 mm.
Électronique
- Pour le schéma de câblage, voir Fig. 2
- Les moteurs pas à pas et les interrupteurs de fin de course sont câblés aux bornes correspondantes de la carte du microcontrôleur, qui est connectée à l'ordinateur Linux avec un câble USB.
- La carte est alimentée par une alimentation informatique recyclée.
- Pour contrôler la soudeuse, nous utilisons l'un de ces relais attaché aux entrées/sorties auxiliaires et aux broches d'alimentation du RAMPS. Changer l'état des broches auxquelles la carte est attachée change l'état du relais attribué à la broche activée. Les contacts du relais sont ensuite câblés en parallèle avec l'interrupteur à gâchette situé dans la poignée du pistolet de soudage. Basculer la gâchette de la poignée ou le relais fera basculer la soudeuse. De cette façon, la soudeuse peut toujours être utilisée comme elle le ferait normalement lorsqu'elle n'est pas fixée à l'imprimante...
Sécurité
- L'équipement de sécurité est basé sur les protocoles de sécurité standard du soudage MIG.
Espace de travail
- Utilisez votre imprimante 3D métal sur une surface plane isolée de l'eau et des matériaux inflammables.
- Vérifiez que vous disposez d'une mise à la terre appropriée avec une connexion métal sur métal à votre substrat.
- Assurez-vous que votre bouteille de gaz est fixée à tout moment à un support vertical ou à un chariot et utilisez uniquement des tuyaux de gaz conçus pour le soudage.
- Éliminez l’encombrement de la zone de travail car vous ferez pleuvoir des étincelles partout. Minimisez le nombre de câbles sous les pieds pour éviter de trébucher.
- Examinez régulièrement les tuyaux pour détecter les fuites, l'usure et les connexions desserrées et remplacez les conduites défectueuses. Vaporiser avec un mélange d'eau et de savon. Les bulles montreront les fuites.
- Assurer une bonne ventilation de la zone de travail. Les fumées de soudage sont dangereuses. Dans le garage d'une maison, laissez une porte ou une fenêtre ouverte et faites fonctionner un ventilateur comme échappement pour éliminer les vapeurs de votre zone de respiration. Nous avons également utilisé des masques.
Équipement de sécurité
- Portez des lunettes de sécurité à tout moment lorsque vous êtes dans le laboratoire.
- Lorsque vous imprimez et/que vous regardez l'imprimante pendant l'impression, portez un masque de soudeur/un casque de soudage (à obscurcissement automatique ou à écran rabattable avec certification ANSI actuelle) ou regardez-le à l'aide d'une webcam. Ne regardez pas l'imprimante avec des yeux non protégés !
- Utilisez des pinces pour ramasser le substrat après l'impression ou des gants de cuir épais
- Portez toujours une blouse de laboratoire ignifuge et des gants en cuir résistants lors de la manipulation des pièces imprimées.
- Portez des chaussures en cuir – montantes (les bouts en acier sont un bonus).
L’impression 3D métal vous expose au soudage pendant des périodes plus longues que ce qui est normal pour le soudage de routine. Vous devez vous assurer que toute votre peau est recouverte de quelque chose pour éviter les « coups de soleil ».
Opération
La scène est contrôlée comme une imprimante 3D RepRap Delta classique. Pour une introduction à la nomenclature, essayez ceci . Téléchargez le micrologiciel Repetier et le logiciel hôte , utilisez Arduino pour télécharger le micrologiciel sur scène et configurez Cura sur l'hôte. Cela fonctionnera sur n'importe quel type d'ordinateur mais nous recommandons le Debian gratuit et open source . Les modèles peuvent être créés et modifiés avec n'importe quel éditeur 3D, tel qu'OpenSCAD , Blender ou une application de CAO comme FreeCAD (pour une liste plus détaillée des programmes de CAO open source gratuits, cliquez ici . Le modèle doit être exporté sous forme de fichier STL. Cela est chargé dans Cura et découpé en un parcours d'outil. Cela peut prendre quelques essais pour obtenir tous les paramètres corrects. Le GCode est enregistré sur le disque et ouvert avec Repetier Host, qui l'envoie à la scène. Lorsque la plate-forme atteint le pistolet de soudage, Allumez la soudeuse en branchant le câble menant à l'interrupteur (qui doit être maintenu enfoncé avec un serre-fil). Pendant que l'impression est en cours, faites attention à la distance entre le pistolet et l'objet. Cela devrait commencer à environ 7 mm et restent les mêmes. Si elle augmente, soit diminuez la hauteur de la couche, soit ralentissez le mouvement (cela peut être fait lors de l'impression avec Repetier Host). Si elle diminue, faites l'inverse.
Fonctionnalités expérimentales
Bien que l’ensemble de la configuration soit encore hautement expérimental, certaines parties le sont plus que d’autres. Certaines fonctionnalités répertoriées ici sont testées avec différents niveaux de succès. Cura tentera d'ajuster la « largeur de ligne » du filament déposé en modifiant sa vitesse d'avance. Actuellement, le soudeur ne prend pas en charge un tel réglage, de sorte que certaines pièces reçoivent plus de matière qu'elles ne le devraient, tandis que d'autres en reçoivent moins. Pour résoudre ce problème, un plugin pour Cura a été développé qui convertit ces changements de vitesse d'alimentation en changements de vitesse de buse. Le plugin peut être trouvé avec le fichier scad sur github . Ce plugin prend également en charge l'ajout de commandes personnalisées à la fin ou au début du voyage. Ceci peut être utilisé pour activer un relais pour commuter l'alimentation de la soudeuse.
Voir également
- Analyseur d'arc open source : surveillance multi-capteurs de la fabrication additive à arc filaire
- Mécanismes de libération du substrat pour l'impression 3D de métaux en aluminium soudés à l'arc sous gaz - comment retirer votre impression du substrat avec un marteau
- Moniteur de tension et de courant open source à faible coût pour l'impression 3D de soudure à l'arc sous gaz-métal
- Optimisation par essaim de particules des paramètres d'impression pour l'impression 3D métallique open source basée sur TIG
- Développement d'un alliage hypoeutectique aluminium-silicium pour l'impression 3D basée sur GMAW à l'aide de moulages en coin
- Laboratoire open source
- Impression 3D open source d'OSAT
- Analyse économique du cycle de vie de la fabrication distribuée avec des imprimantes 3D open source
- Impacts environnementaux de la fabrication distribuée issue de l'impression 3D de composants et de produits polymères
- Construire des équipements de recherche avec du matériel gratuit et open source
- Université de Technologie de Delft - MIG+ Prusa I3
- Weld 3D - 1er spin-off commercial
- voir la littérature sur la « fabrication additive à arc filaire » (WAAM)
- Mini Metal Maker - Imprimante 3D conçue spécifiquement pour l'argile métallique qui est ensuite cuite - Instructions de construction à 25 $ donc quasi open source
- Imprimante 3D Open Source pour métaux
- Applications de l'impression 3D métallique open source basée sur GMAW
- Imprimante 3D métal la plus open source v2
- Plugin de découpe d'impression métallique 3D
- Formation in situ de mécanismes de libération de substrat pour l'impression 3D de métaux soudés à l'arc sous gaz métallique
- Moniteur de tension et de courant open source à faible coût pour l'impression 3D de soudure à l'arc sous gaz-métal
- Surveillance et contrôle intégrés de la tension et du courant de l'imprimante 3D Open Source à rotule magnétique soudée à l'arc métallique sous gaz
- Nettoyage des substrats en aluminium pour l'impression 3D : MOST
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Discussions utiles
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Médias
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- Des scientifiques de Michigan Tech construisent une imprimante 3D métallique DIY à 1 500 $ - Gigaomm , CNN Money, ARS Mobilitas
- Une imprimante métal 3D open source et à faible coût pourrait apporter une technologie révolutionnaire à des millions de personnes - International Science Times
- La nouvelle imprimante 3D métal est open source et abordable – Live Science, Yahoo News , Scientific American
- Salut à tous l’imprimante 3D métal de bureau DIY - DVice
- Vous pouvez désormais imprimer en 3D avec du métal à la maison - Carte mère
- Tester votre métal - Newsweek, Newsweek.com
- Une imprimante 3D de soudage Rostock ? - Hacker par jour
- Michigan Tech lance une imprimante métal 3D open source pour moins de 2 000 $ - Industrie de l'impression 3D
- Un moyen peu coûteux d'imprimer des pièces métalliques - The New York Times
- RT ACM (Association pour les machines informatiques) , 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
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- L'impression 3D métal et six changements clés dans la « deuxième révolution industrielle » - The Guardian
- Le registre , le télégraphe , l'indépendant , Techienews , ITPro , Eureka Magazine
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- Imprimante 3D métal : que souhaitez-vous utiliser pour fabriquer ? - Guokr.com (En bref)
- Imprimante 3D métal, 1500$. Êtes-vous prêt ? - 3dyf.com (3dyf)
- OS Chine , Accueil informatique , CN bêta , AMOBBS
Danemark
France
- En projet : une imprimante 3D métal... open source - Futura Sciences
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- Des scientifiques construisent une imprimante métal 3D open source et à faible coût
- Des scientifiques construisent une imprimante métal 3D open source et à faible coût - Economic Times (Indian Times)
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- Voici l'imprimante 3D métal que vous pouvez fabriquer vous-même - Teknisk Ukeblad (Technical Weekly)
Pologne
- Imprimer une arme à feu - Rzeczpospolita (rp.pl)
Roumanie
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- Sceau métallique 3D ouvert -Lenta.ru, 2045.ru , Kazan Federal U , Inline
- Les Américains ont créé une imprimante 3D disponible pour l'impression sur métal - Imena
- Epoch Times , Computerra , Scienceblog.ru
Espagne
- Imprimante 3D pour métal bon marché et open source - NCYT, Insurgente Press