Недорогой 3D-принтер по металлу на базе сварочного аппарата

    image

    В Мичиганском технологическом университете разработан 3D-принтер на базе аппарата для дуговой электросварки. Чертежи, спецификации и софт для принтера полностью открыты, а стоимость частей и материалов для сборки принтера — меньше 2000 долларов. В отличие от недавно анонсированного принтера по металлу Mini Metal Maker, который использует металлоглину и требует обжига изделий после печати, принтер из Мичиганского технологического использует обычную сварочную проволоку, и не требует никакой дополнительной обработки готовых изделий (если не считать обработку напильником).

    Существующие сегодня промышленные металлические 3D-принтеры стоят сотни тысяч долларов. Сварочные роботы, с которыми всё же корректнее сравнивать мичиганскую разработку, тоже недёшевы. Радикального снижения цены удалось добиться, совместив две уже существовавшие технологии — дуговую сварку и дельта-робота Rostock из проекта RepRap для позиционирования детали.

    Разрешение принтера пока что довольно низкое, но это связано прежде всего с использованием серийного сварочного аппарата, минимальный диаметр сварочной проволоки в котором 0.8 миллиметра. Если модифицировать сварочный аппарат для работы с более тонкой проволокой и меньшими токами, то вполне можно достичь гораздо большей точности.

    Кроме проволоки для работы принтера необходим газ. Разработчики использовали смесь аргона и углекислого газа. Кроме того, техника безопасности при работе с металлическим принтером аналогична технике безопасности при сварке, так что работать с ним в домашних условиях не получится — нужна отдельная мастерская.

    Статья с описанием принтера и экспериментов с ним опубликована в журнале IEEE Access, есть свободный препринт на academia.edu. Все материалы, включая чертежи деталей и инструкцию по сборке, есть в вики проекта.

    Share post
    AdBlock has stolen the banner, but banners are not teeth — they will be back

    More
    Ads

    Comments 76

      +5
      А видео с демонстрацией процесса сварки печати, случайно, нигде нету?
        +7
        На страничке проекта есть видео говорящего человека на фоне процесса. Оно слишком уныло, чтобы ставить его в статью. Предполагаю, что из-за яркой мигающей электрической дуги разработчики просто не смогли ничего нормального снять без профессиональной видеотехники.
          +13
          Или просто лень было приделать фильтр от сварочной каски к видеокамере.
            +3
            Вот за что я люблю русских!
              +5
              Все нормальные сварщики так и демонстрируют на камеру процесс своей работы, независимо от национальности. Обычная маска, через которую и снимают сварочную дугу
              0
              к мобильнику ;-)
              +7
              Прочитал «горящего человека»… Много думал.
            +6
            «русским языком же написано — после сборки обработать напильником»
              +1
              Это очень круто. Но это не может быть хорошо из-за сварки на открытом воздухе.
                0
                Добавлю, что результат и модель бесконечно отличаются друг от друга, не так как в промышленном металлическом 3d принтере.
                  +3
                  Из статьи
                  Кроме проволоки для работы принтера необходим газ. Разработчики использовали смесь аргона и углекислого газа.
                    +1
                    И как там свойства?
                      +2
                      При сварке в среде защитного инертного газа, расплав не контактирует с кислородом, содержащимся в воздухе. Почитайте про аргонно-дуговую сварку. Даже при сварке штучным электродом, обмазка плавится и образует облако защитного газа, что уж говорить о применении аргона…
                        +4
                        Для сварки более страшен азот, нежели кислород, он имеет свойство проникать в структуру метала и делать шов более хрупким. Для ручной сварки полуавтоматом достаточно углекислоты, а вот для данного вида печати без аргона не обойтись. При использование аргона, помимо его защиты от окружающей среды, дуга в разы стабильнее.
                  +3
                  Как сварщик скажу одно — бред.
                    +1
                    Ну почему же бред? Для создания больших, грубых деталей по идее его достаточно. А если варить в бескислородной атмосфере, то деталь будет даже без окалины. Или я в чём-то ошибаюсь?
                      +1
                      Сварка итак проходит в облаке изолирующего от атмосферы (в т.ч. кислорода) газа…
                        +10
                        Дело не в окалине. Можно взять аргон, использовать tig (тогда можно варить хоть на кухне), подобрать присадку (обычная 12.6X не прокатит из-за самозакалки) и капля за каплей «налить» деталь любой почти сложности. А бред потому, что «вылитая» подобным способом «заготовка» будет иметь весьма невысокую точность поверхности, кривую геометрию, а энергозатраты и время на её производство будут очень большими. Ребята не изобрели ничего нового — любому сварщику периодически приходится наплавлять изношенные/отколотые/отломанные куски деталей. Но одно дело, когда подобным образом наплавляют недостающий кусок/слой, и совсем другое, когда «отливают» деталь заново. Дешевле освоить станки для обработки металлов или литье. Либо, если очень хочется альтернативы, использовать обратный процесс — выпиливать заготовку из железной чушки плазмой.
                          +2
                          Прикол в том, что тут для заливки детали весьма сложной формы достаточно только кнопку нажать и не нужен сварщик с хорошо набитой рукой. Ну и это первые образцы. Репрап помните? Какие он убогие детальки поначалу печатал и во что это вылилось?
                            +5
                            для заливки детали весьма сложной формы
                            Простите, какой сложности форма? Полости будут ужасные, тонкие стенки не сделает (на медяхе наплавлять надо уметь, тут роботу задачу не формализуешь). Остаются либо станины (цельные или с полостями), либо прутки, загнутые по типу «как в кузнице» (хотя это неверный термин, но к делу это не относится).
                            не нужен сварщик с хорошо набитой рукой
                            Нужен слесарь с хорошо набитой рукой и безлимит зачистных кругов и фрез для выпиливания пазов. А варить… Варить, если зрение есть и руки не дрожат — можно научиться за пару недель. Надо только, чтобы в первый день показали, на что смотреть и как не надо делать. Качество будет такое же, как у этого станка.
                            Конечно, под давление не пойдёт, а неответственные металлоконструкции — вполне.

                            Это пригодится тем, кто панически боится подходить к сварке или не имеет времени на этот монотонный процесс (а сверкать придется долго, так как надо делать паузы для остывания каждой капли), а качество устроит без [долгой] шлифовки. По материалам — любая фасонина вместе с порезкой и доставкой будет дешевле, чем потратить несколько килограмм легированной проволоки и баллон-другой аргона.
                              0
                              Давайте понаблюдаем за развитием этой технологии лет 5-7, а потом будем выносить вердикты.
                                0
                                Ручная дуговая сварка покрытыми электродами известна уже более 100 лет. И до сих пор, как требовался в придачу к сварочному аппарату опытный сварщик, так и требуется. Менялись электроды, состав покрытия, размеры сварочных аппаратов, а сварщик как рядом стоял, так и стоит. Знаете, почему? Просто сварка — не в последнюю очередь требует практического опыта и интуиции, которых в учебнике не опишешь и не алгоритмизируешь. Именно по этому, сварщиков обычно учат по принципу — «одевай маску, становись рядом и смотри».
                                  0
                                  Полностью автоматические сварочные роботы есть уже не один десяток лет. Да, для сварки чего угодно с чем угодно без толкового сварщика не обойтись. Но тут то типовой процесс его можно автоматизировать.
                                    0
                                    Автоматическая сварка применяется для длинных однородных швов(под флюсом, к примеру ) либо для точечной сварки. Роботов-универсалов, способных варить что угодно, не существует.
                                      +1
                                      А я вам о чем? Но тут то не нужен универсал.
                                        0
                                        Я вам еще раз повторюсь — вы не понимаете сути вопроса. Для таких сложных операций, как наплавление сложных конструкций обычной РДС, необходим тщательный контроль со стороны опытного сварщика. Вплоть до того, что принимать такие решения, как, к примеру, о необходимости поддува защитным газом с другой стороны обрабатываемой детали.
                                          0
                                          youtu.be/A10XEZvkgbY
                                          Вот это видео смотрели?
                                            0
                                            Смотрел. Не впечатлило не в последнюю очередь по причинам размеров, сложности установки и низкого разрешения — все равно требуется последующая фрезеровка. Может быть, когда-нибудь эта установка и будет стоить до 1000 долл. и будет размером с репрап. Но что-то мне сомнительно.
                                              0
                                              Раз продается, значит востребована. Возможно деталь на выходе получается дешевле чисто фрезерованной из глыбы. А все остальные параметры вопрос развития технологий. Лет через 5-7 допилят.
                                                0
                                                Ну, отчеты по продажам нам с вами не известны. Да и там многократно более сложная установка, нежели репрап с горелкой п.а. вместо экструдера. И будет ли она через 5-7 лет доступна домашнему пользователю для домашних поделок — большой вопрос.
                                                  0
                                                  Ничего страшного, первый репрап тоже ничего кроме ехидных комментариев не вызывал.
                                      0
                                      Вероятно это будет использоваться в космосе, когда с собой не потащишь станок, но катушку сварочной проволоки можно прихватить — вполне.
                                0
                                Что в вашем понимании «сложная деталь»? В процессе сварки деталь будет деформироваться в результате сильного нагрева, а учитывая, что процесс наплавления идет послойно, предсказать форму конечного изделия будет довольно сложно. Да и стоимость расходных материалов(проволока, газ, наконечники) сделает такую деталь сказочно дорогой.
                                  0
                                  Ну вот показанная шестеренка уже тянет на сложную деталь. Вручную такую вылепить очень сложно.
                                    0
                                    Отрезным кругом в первом приближении такую шестерню из болванки можно выпилить за 15 минут. Только прямыми резами. Фрезерному станку даже лучше, когда металл литой, а не наплавленный.
                                    Да и без болгарки станочник выточит эту красоту, только опять же — вопрос в его квалификации, как он износит фрезы и резцы за это время.

                                    Повторюсь, перспектива данной разработки в том, что для наплавки (восстановления/упрочнения) не требуется выделять человеко-часы, очертил девайсу необходимые формы — и он трудится. Создавать новое — за два дня я не придумал случая, когда этот способ лучше традиционных (литьё/ковка/мехобработка/сварка из элементов).
                                      0
                                      Именно что в первом приближении, а по факту окажется, что симметрия завалена, форма не та и все прелести ручного труда.

                                      Да, кстати, не забывайте, что это первый прототип дешевой самопальной установки. Несколько месяцев назад я видел куда более дорогой агрегат, работающий на таком же принципе (наплавление) и качество изделий там было на порядок выше.

                                      Этот способ лучше тем, что он проще повторим. Детали печатанные на 3Д принтере куда хуже чем те же выточенные из пластика или отлитые в форме. Но это не мешает развиваться 3Д принтерам и иметь свою нишу.
                                        0
                                        Вы спорите с сварщиками, не имея опыта сварки. Предсказуемость результата для описанного процесса ничтожна, не в последнюю очередь из-за термических деформаций. Поведет ее, проще говоря, в процессе. Да и перечень деталей, которые можно изготовить на таком принтере, крайне ограничен. Не в последнюю очередь потому, что очень низкое разрешение — даже с проволокой 0.6мм.
                                        Кстати, довольно часто подобный метод используется для восстановления шеек валов — наплавка металла во вращающемся кондукторе с последующей проточкой в размер.
                                          0
                                          Я ниже видяшку приложил, посмотрите. Там уже реализовали такой принтер и уже вовсю его применяют. А то что указано в топике, так это то же самое. Только сделано на коленке из говна и палок.
                                        0
                                        Вот похожий по принципу принтер, но это куда более хардкорная установка
                                        youtu.be/A10XEZvkgbY
                                        0
                                        Есть станки, спциально предназначенные шестерни резать. Дешевле, быстрее и качественнее.
                                          0
                                          Т.е. 3Д принтеры вообще не нужны, есть же термопласт автоматы, которые делают быстрей дешевле и намного качественней.
                                            0
                                            Простите, а для чего конкретно нужны 3д принтеры? Разве что предприятиям — для быстрого прототипирования, не более того. Да и то, их применение там крайне ограниченно.
                                              0
                                              Именно для того и нужны. Для того же для чего нужна и эта установка. Чтобы в своей мастерской получить по быстрому стальную детальку и потом ее допилить напильником до кондиции.
                                                +1
                                                Ну да. А еще после напильника понадобится термообработка детальки, дабы она просто не раскрошилась при нагрузке, сварка же.
                                    +3
                                    Я был уверен, что установки плазменного напыления порошковых покрытий с чпу-обыденность. Даже не гуглил никогда. А оно вон как оказывается, такое-то изобретение.
                                      +1
                                      Можно делать так заготовку, а потом из нее «выпиливать» лишнее.
                                      Да и не всегда требуется очень высокая точность.
                                  +11
                                  Следующий вариант 3D-принтера по металлу будет на базе паяльника.
                                  Из припоя он будет ваять свинцово-оловянные фигурки.
                                    +6
                                    Так скоро дело дойдет до того, что человека обзовут 3Д-принтером, способным ваять фигурки из отходов жизнедеятельности.
                                      +2
                                      7-ми летний 3D-принтер, используя конструктор, собрал модель автомобиля )))
                                        0
                                        Он тоже в качестве припоя брал отходы жизнедеятельности?
                                        0
                                        Курлык?
                                          0
                                          Ну хочешь я как 3D-принтер постою?
                                        +1
                                        Гм. Ну «обычный» 3D-принтер так и работает. Беретё пластиковый пруток и плавит его. Экструдер самоделкины из нихромовой проволоки делают, как и недорогие паяльники. И термопара в паяльниках для контроля температуры тоже стоит…

                                        Точнее так работать не будет, на припой сильно влияет поверхностное натяжение, всё будет стекаться в большую каплю.
                                        +1
                                        Это мой шанс сэкономить на кузовном ремонте своей тоеты!)
                                          +1
                                          Интересно, сколько он электричества кушает
                                            +1
                                            К сожалению должен не много кушать ибо как я понял тут аргоновая сварка идет. Всё-таки это пока еще не та ниша чтобы «в каждый дом», я пока на такие свежие вещи смотрю лишь в контексте космоса. А там только электросварку можно использовать. Уж больно дорого тратить кучу химических реактивов.
                                              +1
                                              Если фото от него, то это все же «полуавтомат», то есть MIG
                                            +1
                                            Электричества можно сказать вообще не расходует. Тут самое дорогое защитный газ! В час рублей на 150 может кушать (это непрерывной сварки имеется ввиду). При этом электричества уйдет рублей 15 в час.
                                            +1
                                            Прочность полученной детали превышает прочность исходного материала в разы, получается как-бы композит.
                                            Расход защитного газа есть только при работе на открытом воздухе, в герметичной-же камере расхода(газа) нет.
                                            Мне-бы такое пригодилось в кузнице.
                                              +2
                                              А почему прочность полученной детали так меняется?
                                                +2
                                                При наплавке скорость охлаждения(застывания расплава) всё время одинаково и в этот диапазон как раз попадает
                                                увеличение количества дендритов чистого железа, которые и играют роль арматуры.
                                                Собственно использую это для изготовления инструментов, обычная ст3 приравнивается к шх-10, но менее хрупкая.
                                                Очень трудоёмко наваривать в ручную, на примитив массой 1.5 кг уходит примерно 3 часа и 2.5 кг электродов.
                                              +8
                                              Меня радует аудитория хабра) один сваркой занимается профессионально, у другого кузница… Тут как в природной популяции — сила в многообразии.
                                                +6
                                                Я программист/администратор, а работаю директором маленького хим завода
                                                  +6
                                                  А я врач-линуксоид, который обучает неврачебный персонал особенностям эксимерлазерной коррекции зрения в нашей клинике и параллельно я системный администратор) плюс аспирантура))
                                                    +2
                                                    Видимо многим профессионалам из ИТ сферы так и не удалось найти достойной и интересной работы по специализации :)
                                                    Надо бы опрос на Харбе провести.
                                                      +1
                                                      Надо) у меня статья почти готова.
                                                        +1
                                                        По-моему, как раз наоборот — у многих получилось не зацикливаться на «идеальном» мире софта и заниматься ещё чем-то, что возвращает к реальности огня и железа. «Сферический программист в вакууме» имеет очень искаженный взгляд на многие вещи из-за привычки все абстрагировать до основных свойств и отбрасывать «второстепенное». Отсюда же, кстати, часто и хронические ошибки в оценке сроков. А вот работа с реальной материей это хорошо правит.
                                                  +3
                                                  Я почти одиннадцать лет сварщиком отработал :) Сомнительный «принтер» честно говоря.
                                                    –1
                                                    Ждем пистолет. И запрет на него.
                                                      0
                                                      Суровый Челябинский 3д-принтер…
                                                        0
                                                        Может товарищи-сварщики объяснят в чём соль, но почему именно наплавлять присадку? Разве нельзя металлический порошок послойно спекать TIG-сваркой?
                                                          0
                                                          Не совсем понял вопрос, но попробую ответить.
                                                          Любая сварка открытой дугой — это столб плазмы (ионизированной смеси газов). Как любые газы под давлением, они стремятся из области высокого давления в области низкого давления. Искры (брызги металла) при сварке летят во все стороны (как на первом фото), отдельные могут при MIG улететь до полутора метров вверх или метров на 5 в стороны. Предлагаемый Вами порошок будет моментально сдувать. Магнитное удержание тоже не сработает (большие токи плюс потеря магнитных свойств выше 700 градусов). Кроме того, послойное напыление может послойно же и отлететь. Сколько лет продаются порошковые краны, столько же лет я слышу на них нарекания, что они тупо разваливаются в произвольных местах.
                                                          В случае с цельной проволокой (сварочная или присадочная) она имеет бОльшую массу и жесткость, чем частицы порошка, что позволяет её подавать в сварочную ванну с нужной точностью и скоростью.

                                                          Раз уж я отвечаю сюда после стольких лет, позволю себе добавить еще один контраргумент в нашу дискуссию выше:
                                                          довелось мне заваривать неправильно просверленные отверстия в куче планок (2,5 мм толщиной, полуавтомат, углекислый газ). Заваривал все в одну смену, лично, на одном оборудовании. Тем не менее, по словам сверловщицы, которая после меня их пересверливала правильно, где-то треть планок была перекалена, половина сверлилась как литой металл, оставшиеся практически «проваливались». Сказать, что это я «набивал руку», нельзя — она брала их порциями в течении всего дня. Так что в прочность наплавленных зубьев мне слабо верится. Для прототипирования проще будет из жести вырезать макеты и собрать пакетом.
                                                            0
                                                            Но если не использовать струю газа — работу, допустим, производить в герметичной коробке, заполненной аргоном. Снизить напряжение и силу тока — ведь не надо литую болванку проплавлять, а лишь крупицы порошка в малой области и электрод стабильно держать на малом расстоянии от поверхности. Вот в чём заключается идея.
                                                          0
                                                          Я про струю газа не говорил ни слова, я сказал про дугу, которая есть столб ионизированного газа. Сама дуга отталкивает частицы металла, отлетающие на первом снимке. Да даже момент включения взять: на холодной поверхности появляется горячее пятно > металл в этом пятне вскипает > начинает испаряться и увлекает за собой все, что может.
                                                          Так что состав атмосферы тут практически не влияет. А в вакууме дугу зажечь — опять же нужны газы из присадки, обмазки или самого металла, чтобы её поддерживать.

                                                          Кстати, не поделитесь идеей — зачем? Какая выгода? Объем приваренного порошка будет меньше, чем объем насыпанного полуфабриката. Чем больше слой, тем больше усадка, и тщательнее надо проводить обмеры перед следующей засыпкой. Плюс практически гарантированные поры, если слой порошка толщиной более 4 частиц. При тонком слое каждый раз полностью проходить деталь дугой выведет стоимость такой детали в космос. Хотя если не изготавливать, а только наплавить сотню-другую микрон… Все равно не вижу смысла — при автоматической наплавке гарантируется сцепление с основным металлом, а здесь не особо. Не зря ж в порошковой металлургии большие давления (200-1000 МПа или от 2к до 10к атм), так что без проплавления литой болванки не обойтись.

                                                          Не в обиду замечу, что само отличие сварки от литья и заключается в нагреве малой области, а не всей детали. Минимум, ниже которого начинается непровар, тут уже лет 60 как измерен и проверен.

                                                          Only users with full accounts can post comments. Log in, please.