研究人员使用MIG焊接开发低成本金属3D打印机

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。“开发的金属3D打印机的组件包括：一对轴承座和电机支架，电机外壳，轴支架，滚珠丝杠，联轴器，限位开关，直线轴承，步进电机，聚氨酯气缸，聚四氟乙烯（PTFE）塑料气缸及各种紧固件。“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。

“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，”研究人员说道。 “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。

“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18.5 V至22.5 V之间变化。第一个实验以50 mm / s的恒定速度和100 A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。正如您所看到的，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。

打印过程输出（a）速度为20 mm / s，（b）速度为40 mm / s，（c）速度为60 mm / s，（d）速度为80 mm / s

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。