研究者らがMIG溶接を使った低コストの金属3Dプリンターを開発

金属 3D プリントのコストは下がってきていますが、それでもまだかなり高価です。これにより、このテクノロジへのアクセスは中小企業に限定され、多くのアプリケーションが実証されていないことになります。「低コストの 3D 金属プリンターの設計と開発」と題された論文では、研究者チームが、金属不活性ガス (MIG) 溶接とオープンソースのマイクロコントローラーを使用して、部品の低コストの金属 3D プリント手法をどのように作成したかについて説明しています。

研究者たちは、Prusa i3 システムから 3D プリンターの設計を採用し、市販の部品をいくつか使ってそれを構築しました。「開発された金属3Dプリンターのコンポーネントには、ベアリングブロックとモーターブラケットのペア、モーターハウジング、シャフトブラケット、ボールねじ、カップリング、リミットスイッチ、リニアベアリング、ステッピングモーター、ポリウレタンシリンダー、ポリテトラフルオロエチレン（PTFE）プラスチックシリンダー、およびさまざまなファスナーが含まれます。」「MIG溶接機は、材料と材料を溶かすエネルギーを供給するために使用されます。プリンターの動きと、プリンターサーバーからホストコンピューターへのコマンドの変換は、Arduino マイクロコントローラーによって提供されるファームウェアによって制御されます。システム全体のコストは約 840 ドルで、一般的な金属 3D プリンターよりもはるかに安価です。

「作業中に金属プリントが確実に接続されるように、MIG溶接は自動的にオンとオフを切り替えるように設定されている」と研究者らは述べた。「印刷プロセスが始まる前に、シールドガスが流れ始めます。溶接トーチは、表面を構築するためにベッドに対して垂直な固定具設計の下に置かれます。溶接トーチの高さを水平にすることで、ベッド表面とノズルの間の距離が約 6 mm に調整されます。」MIG 溶接機は、下から上に向かって層ごとに部品の構築を開始します。システムをテストするために、研究者らは円筒と長方形を3Dプリントする2つの実験を行った。
「最初の実験の目的は、3D プリントプロセス中に適切な電圧を見つけて、3D プリント部品の比較的良好な形状を生成することでした。まず、カスタムシリンダーデザインに沿って溶接を行いました。溶接電圧に使用するパラメーターは、18.5 V から 22.5 V の間で変化しました。最初の実験は、50 mm/s の一定速度と 100 A の電流で行いました。最終寸法を取得し、実際の CAD データと比較しました。2 番目の実験は、新しく開発されたマシンの長方形を 3D プリントする機能を分析するために設計されました。2 番目の実験の目的は、良好な構造を生成するための適切な速度値を見つけることでした。」

最初の実験では、5 つのサンプルを 3D プリントし、その平均値を記録しました。彼らは、電圧が高いか低いかによって多孔性が生じ、電圧が高くなると溶融金属が過剰に流れて試料のサイズが小さくなることを発見した。 20.5V の電圧設定では高品質の部品が生成されましたが、寸法は正確ではありませんでした。 2番目の実験では、研究者たちは最適な印刷速度を見つけようとしました。速度が遅すぎると、表面が荒れ、融合が不十分になります。液体が固まる時間を確保するために、速度は 20 mm/s を超えてはならないことが分かりました。より良い表面仕上げを得るには、いずれの場合も後処理が必要です。ご覧のとおり、結果は完璧には程遠いですが、この価格帯であれば、多くの人がこのようなシステムの改善を試みることができます。より多くの時間と投資があれば、これは特定の金属部品の現実的な代替品になる可能性が大いにあります。

シンプルな設計の試験片は、MIG溶接と3Dプリントプロセスを使用して正常に製造され、微細構造は、層が各プリンタ層と完全に一致し、製造された層の上部領域が最初の層と比較して硬度が最も低いことを示しました。しかし、今後は製品の品質を向上させるため、またこの技術で製造された部品の機械的特性を研究して部品の実用的価値をテストするために、さらなる研究が必要です。

出典: 中国3Dプリンティングネットワーク

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