3d принтер по металлу своими руками

Обновлено: 27.04.2024

esisl » 19 апр 2016, 20:44

sdron281 » 19 апр 2016, 20:46

Ищите системы наплавки металлом. Промышленные подобные принтеры сразу и наплавляют и режут лазером и фрезеруют. Но суть таже - наплавка металлом.

А если попытаться проанализировать вашу идею, то она тупиковая:
Что делать с окалиной? Или вы будете отбивать флюс с электродов перед сваркой? Значит подавать инертный газ в место сварки и т.п.
Кто будет каждые 2 минуты менять закончившиеся электроды и сколько это будет занимать времени?

Ну и так далее. Подобных "идей" можно придумать много. Если бы вы собирались строить такой принтер, то можно было бы обсуждать, а так.

stepmotor » 19 апр 2016, 21:54

Электродом если и получится будет очень плохое качество. Лучше порошок для порошковой металлургии спекать лазером, это реальнее. Правда тут источник стоит дорого.

ilalexey » 19 апр 2016, 23:08

Nifer » 19 апр 2016, 23:43

sdron281 писал(а): Ищите системы наплавки металлом. Промышленные подобные принтеры сразу и наплавляют и режут лазером и фрезеруют. Но суть таже - наплавка металлом.

А разве окалина не должна в любом случае всплывать на поверхность сварочной ванны? Электрод заменить дело пары секунд (отжал "прищепку", вытащил старый, вставил новый). Были бы деньги, я бы и реализовал, а так дал на обозрение людям. Мало-ли, может у кого завалялся какой-нибудь не особо точный не нужный 3д принтер и сварочный аппарат.

Слышать - слышал, но про их функционал не знал. Погуглил - полуавтоматом даже проще получается и решается проблема с окалиной

setar » 19 апр 2016, 23:52

ilalexey » 19 апр 2016, 23:59

Окалина там есть, хоть и не такая как у электрода с обмазкой.
По своей практике знаю, что наращивание металла по остывшей окалине полуавтомата будет проблемой(если медленно, то нормально). В принципе, тему можно развить и реализовать, но это будет такой *, что лучше/быстрей/проще/надёжней идти другим путём. .Ну, разве что чтобы *маму порадовать* прикольной фишкой.
--
Если бы вы хоть раз в жизни попробовали варить, вы бы поняли всю неразумность затеи. Там такие бешеные искривления происходят, что затея могла бы выжить, наверно, при печати проектов 3х3х3м, не меньше.

Zusul86 » 20 апр 2016, 01:38

Nifer » 20 апр 2016, 07:16

ilalexey писал(а): Окалина там есть, хоть и не такая как у электрода с обмазкой.
По своей практике знаю, что наращивание металла по остывшей окалине полуавтомата будет проблемой(если медленно, то нормально). В принципе, тему можно развить и реализовать, но это будет такой *, что лучше/быстрей/проще/надёжней идти другим путём. .Ну, разве что чтобы *маму порадовать* прикольной фишкой.
--
Если бы вы хоть раз в жизни попробовали варить, вы бы поняли всю неразумность затеи. Там такие бешеные искривления происходят, что затея могла бы выжить, наверно, при печати проектов 3х3х3м, не меньше.

Инертный газ. И да, я варил, но пока, к сожалению только газом. Насчёт искривлений не понял. Вариться то будет строго перпендикулярно.

Насколько реален самодельный 3D-принтер по металлу?

Я очень люблю делать разнообразные самодельные устройства, причём началось это далеко не вчера, меня всегда восхищали люди, которые могут соединить воедино разнообразные технологии, подходы, элементы устройств и создать нечто новое.

Не так давно я понял, что меня очень сильно тормозит в разработках — отсутствие доступного 3D-принтера по металлу, и я стал разбираться, насколько же сложно создать такой принтер самому?

Тут следует сделать оговорку и сказать, что я имею в виду, что 3D-принтеры по металлу конечно доступны, однако доступность их для исследователя и самодельщика весьма условна: так как любая более-менее серьёзная самоделка требует ряда итераций при «доведении до ума», то изготовление промежуточных распечаток может вылиться в серьёзную сумму. А каждый раз отдавать за каждую распечатку по 100-200$ и более — это несерьёзно.

Сразу отвечая на поставленный в заголовке статьи вопрос: более чем реален. Но требует приложения некоторых усилий :)

Те, кто более-менее интересовался вопросом 3D-печати металлом, знают, что серьёзные аппараты стоят весьма серьёзных денег, и их стоимость измеряется миллионами рублей.

▍ Почему же сложилась такая ситуация?

Примерно до середины 2010-х годов, технология лазерного плавления металлических порошков была защищена патентом, который истёк совсем недавно (по историческим меркам). Соответственно, ряд компаний только начали свободно вести свои разработки в этом направлении.
Вопрос плавления металлических порошков является весьма комплексным, что приводит в конечном итоге, к потребности в достаточно сложном устройстве, содержащем ряд подсистем, что естественно сказывается на конечной стоимости аппарата.
Подобные аппараты, как правило, содержат в своём составе довольно недешёвый компонент: мощный источник лазерного излучения (типовая мощность лазеров, используемых для 3D-печати в установках от мировых производителей, колеблется от 200 до 500 Вт выходного лазерного излучения).

SLS — технология выборочного лазерного плавления металлического порошка, при котором происходит его полное расплавление.

DMLS — при которой происходит воздействие на порошок, состоящий из нескольких металлов, с разной температурой плавления. То есть, металлы с более низкой температурой плавления расплавляются и обволакивают частицы более тугоплавкого металла. Теоретически это позволяет достичь меньших энергозатрат.

Хотя в ряде источников высказываются соображения, что это было разработано в период патентных войн, для обхода патента.

Итак, становится понятно, что в первую очередь, требуется решить один из основных вопросов: каким образом понизить стоимость лазерного источника излучения?

Для начала необходимо разобраться, а какой же источник лазерного излучения используется в промышленных заводских установках 3D-печати?

Насколько удалось понять по открытым источникам, в них в подавляющем большинстве вариантов используется волоконный лазер. Дело в том, что его длина волны, хорошо подходит для поглощения металлами:

Источник

Для быстрого перемещения лазерного луча по печатной поверхности, используется устройство, называемое «гальванометром». К гальванопластике это не имеет никакого отношения, здесь под этим названием понимается система из двух быстродействующих зеркал, которая может с большой скоростью отклонять лазерный луч в 2 измерениях:

Однако мало перемещать луч с большой скоростью, нужно ещё, чтобы он постоянно был хорошо сфокусирован. Именно для этого и были придуманы F-Theta объективы:

Они позволяют перемещать лазерный луч, сфокусированный в маленькую точку, в рамках своего фокусного расстояния.

Подобный принцип широко используется, в так называемых, «лазерных маркерах»:

Узнав всё это, я загорелся построить своё устройство на базе подобного маркера, однако реальность оказалась достаточно неприятной: мощность лазерного излучения подобного маркера оставляет желать лучшего. Например, маркеры с выходной мощностью в 20 Вт обойдутся порядка 100 000 руб и более. Если же мы будем рассматривать максимально мощный известный мне на рынке маркер в качестве донора всей системы (50W), то его стоимость легко зашкалит за 250 000 руб.

Конечно, можно было бы рассудить, что "ну, может быть, как-нибудь, потихоньку пускай хотя бы печатает как-то. "

Я тоже так сначала думал, однако, ознакомившись с опытами одного из самодельщиков, стало понятно следующее: луч должен быть достаточно мощным (100W и более), двигаться достаточно быстро, и только это позволит создать ровную, единую линию расплавления порошка, без разбрызгивания его в стороны и собирания в отдельные капли. Принтскрины из видео, собранные в виде картинки ниже, хорошо иллюстрируют взаимосвязь между мощностью, скоростью движения лазерного луча, а также получаемого в результате качества:

Кроме того, подобный принцип действия позволяет избавиться от ненужного перегрева порошка вокруг линии.

Таким образом, получается, что, несмотря на достаточно красивую концепцию использования лазерного маркера в качестве донора для будущего 3D-принтера, эта идея не самая хорошая (кроме того, там ещё есть один подводный камень, о котором мы поговорим позднее — потребность в предварительном нагреве порошка, для устранения напряжений).

Кстати, результаты тестов скорости были взяты из этого проекта:

Но там всё достаточно серьёзно, используется мощный волоконный источник лазерного излучения. Забавным для меня явилось то, что построение ведётся на базе направляющих, аналогичных использованным в широко известном FDM 3D-принтере Anycubic Kossel Linear Plus:

А что же насчёт CO2 лазерных резаков? Неужели их нельзя использовать в этой роли? Такой же вопрос задал себе я и начал искать информацию по этой теме.

Несмотря на то что длина волны CO2 лазера не совсем подходит для работы по металлу, некоторые пытаются использовать его в этих целях.

Например, на видео ниже показан тест работы по порошку нержавейки. Скорость, к сожалению, не указана, известна только мощность, которая составляла 60 Вт. Несмотря на плавление металла в обычной воздушной среде, результат получился достаточно впечатляющим (с одной стороны) и заслуживающим внимания:

Проблемой здесь является то, что во время движения головки — металлический порошок раздувается во все стороны защитным газом, который дует из сопла лазерной головки (если кто не знает, подобная продувка используется для защиты линзовой системы, установленной внутри головки, так как иначе испарения материала, обрабатываемого лазером, повредят её).

Кроме того, здесь имеется ещё и другая проблема: дело в том, что все порошки металлов обладают достаточно большим коэффициентом отражения, что приводит к сильным бликам лазерного луча, в процессе работы. Подобные блики обладают достаточно сильной энергией и способны даже повредить линзовую систему головки. Для защиты от подобного, на мощных лазерных режущих системах используется установка поляризаторов после выходной линзы. Теоретически это может быть решением и здесь.

Кстати говоря, мне удалось найти один интересный стартап, который как раз и использует CO2 лазер (по всем симптомам) в качестве источника излучения для своего принтера (хотя там парни «тумана и загадочности» напустили в презентации по самое небалуйся).

В принципе, печатает довольно-таки неплохо, только несколько «рассыпчато». Хотя, с другой стороны, может быть у них технология DMLS, а не SLS (об этом ничего не было сказано):

Ещё одной проблемой является то, что этот принтер всё равно нельзя отнести к категории дешёвых, к тому же из-за потребности в обдуве головки, принтер требует наличия инертного газа, что тоже довольно недешёво.

Как мы видим, у всех лазерных принтеров существуют те или иные проблемы, которые лежат в корне всей конструкции и фактически неустранимы.

▍ А существует ли какой-либо вид 3D-принтеров, который лишён всех этих недостатков?

Как ни странно, он есть: использование электронного луча! Достаточно давно существует вид 3D-принтеров, где плавление металлического порошка осуществляется с использованием электронно-лучевых трубок.

На этих словах неискушённый читатель наверняка сразу «повесит нос» и скажет: "ууу, ну это совсем уж сложно!"

Как ни странно, нет! Как можно видеть на видео ниже, электронно-лучевые трубки любители собирают даже из пустых бутылок от лимонада:

Вкратце устройство электронно-лучевой трубки в усреднённом виде можно посмотреть на схеме ниже:

Она может отличаться в частностях, но общий смысл действия следующий: существует 2 электрода: катод и анод. Катод подогревается, следствием чего является возникновение явления термоэлектронной эмиссии и испускание нагретым катодом электронов. Вылетевшие электроны устремляются к аноду. Чем больше разность потенциалов между катодом и анодом, тем сильнее разгоняются электроны. В процессе разгона на их пути встречаются, скажем так «промежуточные аноды» (предназначенные для дополнительного разгона),- на которых, по идее, разогнавшийся электрон и должен осесть, однако, как только электрон подлетает к этому промежуточному аноду, напряжение на нём отключается и он летит дальше, ещё больше разгоняясь. Кроме того, на его пути встречаются фокусирующие и отклоняющие электроды. Чем-то процесс разгона электрона похож на пушку Гаусса, только здесь мы стреляем не снарядом или пулей, а электроном.

Величины разности потенциалов между катодом и анодом.
Силы тока.
Температуры и площади нагревательной спирали (т.к. безвоздушное пространство — её делают из тугоплавкого материала, например, вольфрама).
Фокусировки пучка.

Те из вас, которому посчастливилось застать электронно-лучевые телевизоры и мониторы — вживую имели счастье взаимодействовать с источником рентгеновского излучения, наверное, даже не подозревая об этом :)

Однако не надо пугаться: для защиты от этого излучения, передняя часть мониторов и телевизоров делалась из стекла повышенной толщины, в которое, кроме того, был добавлен оксид свинца, в массовой доле порядка 22%, в стекло электронно-лучевой трубки — порядка 34%. Всё это было сделано исключительно для защиты потребителей от губительного излучения.

Так что, если мы будем строить подобное устройство, необходимо учитывать необходимость защиты от излучения.

Доступность широкого диапазона мощностей за скромную цену (излучатель весьма прост и незатейлив).
Огромные скорости сканирования электронным лучом обрабатываемой поверхности, что даёт нам возможность реализовать одну очень интересную функцию, которая заключается в предварительном подогреве порошка для устранения внутренних напряжений.

Этот процесс очень хорошо иллюстрирует следующее видео, где весьма наглядно видно стадии преднагрева, перемежающиеся со стадиями плавления порошка (там же, кстати, хорошо видно, что плавление происходит в шахматном порядке, участков, далёких друг от друга, чтобы дополнительно уменьшить возможность возникновения напряжений):

Так как работа электронно-лучевой пушки требует наличия безвоздушного пространства, то у нас естественным образом устраняется проблема, которая заключается в потребности инертной среды для устранения окисления металлов. То есть, мы не тратим деньги на дорогие газы вроде аргона, вместо этого нам достаточно купить недорогой вакуумный насос (5 000-10 000 руб) и откачать воздух из пространства печати.
Нам необязательно что-то изобретать, мы вполне можем воспользоваться теоретической базой, наработанной в рамках дисциплины «электронно-лучевая сварка». То есть, наша задача по созданию ЭЛТ-пушки для принтера существенно облегчается — теории на эту тему вагон и маленькая тележка; кроме того, обладая навыками программирования, мы вполне можем легко управлять всеми процессами, даже используя банальную Arduino.

Таким образом, на мой взгляд, самым перспективным направлением приложения усилий является разработка электронно-лучевого 3D-принтера, так как, на мой взгляд, только он позволяет создать по-настоящему недорогое устройство, недорогое как при производстве, так и в процессе эксплуатации; несмотря на всё это, подобный принтер обладает широким функционалом.

Кроме того, подобный аппарат позволит проводить не только работы в области 3D-печати, но и в области электронно-лучевой сварки (в том числе, тугоплавких материалов). Приварить вольфрам к керамике? Легко.

По затратам энергии такая сварка раз в 10-15 меньше, чем при классической дуговой сварке, а энергетика пучка электронов может запросто превосходить энергетику лазерного источника (по крайней мере, доступного рядовому самодельщику).

ВНИМАНИЕ! Любые опыты с электронно-лучевыми трубками и электронно-лучевыми источниками излучения, — могут явиться причиной серьезного облучения и болезни, нанести вред окружающим людям или даже привести к вашей смерти! Автор этой статьёй не призывает к чему-либо, не гарантирует результатов, а также не гарантирует точности и корректности всей изложенной в статье информации. Весь контент статьи даётся только в познавательных целях!

К слову — весьма широкая номенклатура порошковых металлов для экспериментов есть на известном китайском сайте.

▍ А делает ли кто-нибудь в мире что-нибудь подобное?

Мне удалось найти только один проект, но зато какой! Человек пилит Open Source ЭЛТ 3D-принтер и после завершения разработок собирается выложить все исходники в открытый доступ, чтобы каждый мог собрать подобное себе!

Зовут этого человека Августин Круз, и он говорит о себе, что похоже он единственный человек, кто разрабатывает нечто подобное.

В данный момент его принтер даёт луч диаметром 0,5 мм. В данный момент он ведёт работы над тем, чтобы уменьшить его как минимум до 0,1 мм. Установка потребляет порядка 1,5 кВт, мощность электронного луча составляет примерно 100 Вт:

Он сам говорит, что его электронно-лучевая пушка очень сильно похожа на те, что использовались в старых телевизорах.

▍ Небольшая ремарка напоследок

Я постарался остановиться в этой статье на подходах, которые, на мой взгляд, дают реальный шанс создать действительно качественный 3D-принтер, качество отпечатков которого позволит конкурировать с лучшими образцами мировой 3D-печатной промышленности. Подходы, рассмотренные в статье (SLS, DMLS, EBM) все имеют право на жизнь, только отличаться будет величина затрат на создание/эксплуатацию такого оборудования. Ну и качество конечно.

Радость от нового аппарата и «вау-эффект» проходят быстро, а печаль от низкого качества и невозможности сделать то, что ты хочешь – остаются с тобой надолго (это я уже как владелец FDM 3D-принтера говорю). Нет, я не жалуюсь, мой печатает для FDM хорошо. Но — пластмаски, а хочется «hard metall!» :)

Именно поэтому я умышленно обошёл вниманием способы печати, подобные печати металлосодержащим прутком и последующий отжиг; пролив клеем песка и последующую отливку в него металла и т.д. и т.п. Потому что, как я считаю — если уж потратить своё время и усилия, то один раз — и на что-то действительно стоящее.

Хотя, как обещают некоторые из разработчиков подобных технологий, они могут дать высокую производительность. Например, технология дуговой сварки с автоматической подачей прутка (практически сварочный аппарат-полуавтомат) с защитой зоны сварки инертным газом.

Технология применяется предприятием из Роттердама RAMLAB, для печати гребных винтов:

Нечто подобное делал и Даня Крастер в своё время:

Правда, качество получающейся поверхности при таком способе оставляет желать лучшего и требует дополнительной пост-обработки (не говоря уже о том, что придётся взять ипотеку для оплаты счетов за электричество).

Самодельный принтер по металлу или как потерять 1 млн рублей

Подпишитесь на автора, если вам нравятся его публикации. Тогда вы будете получать уведомления о его новых статьях.

Отписаться от уведомлений вы всегда сможете в профиле автора.

Друзья, всем привет.

Меня зовут Сергей.

Давно не публиковал никаких статей и тут насобирал материал на её самую. Думаю, подобного решения, точнее попытки реализации вы нигде не встречали и вам будет интересно.

Что же подтолкнуло меня на реализацию? Я немного интересуюсь техникой и разными устройствами и случайно наткнулся на металлизацию пластмасс и других материалов в вакууме. Меня эта история заинтересовала, и я стал подробно изучать процесс методы и прочее. Вкратце скажу, что все материалы испаряются, вопрос лишь в условиях, при которых это испарение будет происходить. После испарения, как вы догадались, происходит конденсация. Это свойство переноса вещества я и хотел использовать для построения 3Д принтера.

Поясню немного процесс, благодаря которому я намеревался получать изделие. Материал испаряется и летит в нужном мне направлении, долетев до мишени, он конденсируется и остаётся на месте, на него «прилепляется» следующая порция материала и так далее, пока не будет получена необходимая толщина изделия. Выращивание модели на молекулярном уровне, это ли не будущее? Кроме этого, была идея создания сеток или особых рисунков (имеется в виду, конечно, технический рисунок) на поверхности разных материалов.

На что особенно я обратил внимание в статьях во время подготовки – это на то, что пар, при испарении, движется прямолинейно от испарителя. Эту информацию я встречал во многих источниках. Ниже лишь два источника, но вы, мой любимый читатель без труда сможете найти куда больше информации из поисковой системы.

Уверен, вы уже догадались в чём идея. Испаряем материал, молекула летит в нужное место, там осаждается – первый слой модели готов. Цикл повторяется до тех пор, пока вся модель построена не будет.

С теорией понятно, приступаем к практике.

Из статей известно, что вакуум нужен не более 10-2 Па. Для сравнения порядка величин – давление, которое даёт бытовой вакуумный насос (Value и прочие) – порядка 4 Па, т.е. давление в 400 раз больше, чем это необходимо. Как с этим быть и что делать? Для достижения малых давлений используются турбомолекулярные вакуумные насосы, они работают параллельно с форвакуумным насосом и, буквально по молекулам, захватывают остатки воздуха из камеры. Процесс это не быстрый. Выглядит такой насос примерно таким образом.

Вторая сложность – это измерение низкого вакуума. Для этого я выбрал ионизационный вакуумметр.

Токовводы и токопроводы я изготовил из латуни, купленной на местом рынке. (Юнона, кто из Питера).

Получилось вот так. Между токопроводами закреплена вольфрамовая лодочка.

Снизу вся эта история выглядит таким образом. Видны трубки для охлаждения токовводов (на фото выше их тоже видно), но от них, я впоследствии отказался и убрал совсем.

Одно дело камеру собрать, другое дело – заставить её удерживать тот вакуум, который необходим для эксперимента. Фланцы должны быть отполированы, чтобы избежать малейшей утечки через резиновое уплотнение (на фото ниже я обработал только верхний фланец)

Как оказалось, впоследствии, сварной шов не герметичен от слова совсем (имеется в виду для низкого вакуума). Я, по неопытности, предполагал, что накачав в камеру давление 300 кПа и погрузив её в ванну с водой, я аккуратно найду все места протечек и устраню их. Да, на первом этапе я так и сделал, но давление в камере не опускалось ниже отметки 10-2 Па, были утечки. Интересно, что до начала проведения теста, при давлении в камере 300 кПа, из сварных швов выходили пузыри с интенсивностью примерно 1 пузырь (диаметром 2-3 мм) в 30-40 секунд. И это были большие потери, которые я устранил. Но что делать с минимальными потерями вакуума, которые невозможно отследить в «кухонных» условиях?

Решение оказалось близко. Для этого нужен всего на всего масс-спектрометр.

Идея проста – к вакуумной камере спектрометра подсоединяется исследуемая камера или ёмкость. Откачивается воздух, на графике смотрят, нет ли посторонних пиков каких-либо газов. После этого локально, в места возможной утечки, подводят гелий. Именно гелий, потому как проникающая способность у него выше и на спектре пик гелия можно легко отследить. Как только гелий попадает через микроотверстие в камеру, то сразу это видно на спектре.

Два раза я ездил и два раза искал течи. Теперь камера, с установленным насосом герметична и можно дальше проводить эксперименты, предварительно собрав все компоненты системы на стойке.

Запуск установки и проверка сводится к тому, что должно удерживаться минимально возможное давление. Сначала запускается форвакуумный насос.

Давление после работы форвакуумного насоса видно на картинке ниже.

После того, как давление устанавливается (не меняется). Можно запускать «тяжёлую артиллерию» - турбомолекулярный насос. Он опускает уменьшает давление ещё на 3 порядка.

Первый эксперимент.

В закреплённую между токопроводами лодочку помещаем небольшое количество серебра. Над лодочкой устанавливаю паровод – спаянный цилиндр из жести, который, как я думал, должен ограничить распространение металла по камере. Над пароводом крышка с отверстием 2 мм, за крышкой – мишень, на которую должен конденсироваться металл. Жаль, что фотографий не осталось, но вакуумная камера запылилась полностью. Не было ни единого места, на котором не было нанесённого слоя металла. На фото ниже совсем не иная планета, а напылённое серебро на внутреннюю поверхность стенки.

Второй эксперимент.

Я подумал, что дело в том, большие зазоры между лодочкой и пароводом. Решение родилось сразу и быстро. Взял две лодочки и совместил их так, чтобы получилась скорлупка. Внутрь разместил серебро, а в верхней половинке проточил отверстие диаметром 2 мм.

И стал всё это дело нагревать. Но, не учёл жёсткость лодочек и жёсткость токовводов. Скорлупки немного разошлись и образовалась между ними щель, через которую так же улетал пар во все стороны.

Как итог – напыл во всём объёме камеры. На фото ниже смотровое окно, лодочка в котором находилась чуть выше половины, но запылилось окно полностью.

Третий эксперимент.

Немного подумав и погоревав, я подумал, что ёмкость с испаряемым металлом должна быть герметичная и лишь с одним выходным отверстием, но как и из чего его сделать. Из вольфрама – очень дорого и сложно в обработке. Выход нашёлся! Графит – отличный материал для изготовления тигеля, назовём это так. На сайте объявлений я нашёл объявление о продаже графитовых брусков от контактных усов троллейбуса, вырезал брусок с отверстием по центру и сделал к нему крышку. На фото ниже – как раз брусок с отверстием под материал (без крышки).

А на этом фото уже в камере с установленной крышкой (в крышке отверстие диаметром 1 мм).

Ниже несколько фотографий с небольшим промежутком времени, из которых видно, как запылилось смотровое окно.

Очевидно, что и в этом случае успеха не получилось, к великому моему сожалению. Все три эксперимента проводил с плавным увеличением температуры от того состояния, когда испарения не происходит.

Видео, в котором информация изложена несколько иначе, в другом виде и объёме.

Да, желаемого результата получено не было, но зато мной получен бесценный опыт с построением техники низкого вакуума, работой по напылению металлов. Частью этого опыта я поделился с вами. Спасибо за внимание.

Был бы максимально рад и счастлив, если кто-то высказал бы свои мысли по проведённому мной эксперименту, ваши идею, фантазии и варианты использования установки.

Подпишитесь на автора

Как сделать 3D-принтер для печати металлами дешевле $1000

Сборная команда ученых из Малайзии и Японии опубликовала доклад на тему постройки ультрабюджетного 3D-принтера для печати металлами. Что нам понадобится: клон Prusa i3, сварочный аппарат, моток синей изоленты, огнетушитель и еще кое-какие мелочи. Делимся рецептом.

Методов 3D-печати металлами существует множество: здесь и селективное лазерное спекание или наплавление металлопорошковых композиций, то же самое, но с использованием электронно-лучевых пушек, прямое лазерное осаждение, струйно-порошковая печать с последующим выжиганием байндера и спеканием, холодное газодинамическое напыление и прочая. Один из методов основан на послойном выращивании изделий методом дуговой сварки в защитной газовой среде. Эта технология отличается высокой производительностью и дешевизной расходных материалов (металлической проволоки вместо мелкодисперсных порошков), но не лишена и недостатков, наиболее очевидный из которых – низкое качество поверхностей 3D-печатных изделий с вытекающей необходимостью интенсивной постобработки.

Тем не менее, эта методика нашла свою нишу: наиболее яркие примеры можно найти в Нидерландах, где компания MX3D напечатала металлический мост, а портовое предприятие Роттердама RAMLAB снабжает заказчиков запасными деталями для кораблей, включая 3D-печатные гребные винты. И в том, и в другом случае в роли 3D-принтера выступает промышленный многоосевой робот-манипулятор, оснащенный сварочным оборудованием. Дороговато будет. Но почему бы не попробовать привинтить сварочный аппарат к бюджетному «дрыгостолу»?

Именно эту задачу и взвалили на свои плечи исследователи из Технического университета Малайзии в Малакке и Национального университета Японии в городе Канадзава. Основой для настольной аддитивной установки по металлу послужил дешевый вариант 3D-принтера Prusa i3, получивший вместо привычного экструдера самодельную головку с 3D-печатными полимерными деталями. Через головку прокачивается инертный газ, а именно аргон. Рабочий столик изолирован от направляющих по оси Y тефлоновыми трубками, чтобы ненароком не поджарить микроконтроллер 3D-принтера.

Эксперименты проводились с использованием проволоки из низкоуглеродистой стали диаметром 0,8 мм. Опытные изделия состояли из полых цилиндров и прямоугольных плиток, напечатанных со стопроцентным наполнением на скорости от 20 до 80 мм/c. Наилучшие результаты получены на скорости в 20 мм/c, так как при более высоких показателях начинает страдать схватывание слоев, при этом более высокое напряжение приводит к оплавлению стенок. Как показывает иллюстрация выше, результаты далеки от идеала, но что вы хотели за $840? Зато своими руками. Ознакомиться с докладом научной команды можно по этой ссылке.

Самодельный 3D-принтер, печатающий металлом, но что-то пошло не так

Всем привет, меня зовут Сергей. В этой статье речь пойдёт о 3Д-печати металлом, точнее, о моей попытке реализации 3Д-печати металлом.

Весьма часто, люди, интересующиеся или занимающиеся какой-либо деятельностью, не важно чем, натыкаются на совершенно что-то новое и ранее неизвестное для них, на то, что может помочь развить/усовершенствовать их основную деятельность. «Аналогичная» ситуация сложилась и со мной.

Бороздя просторы этих ваших интернетов, я наткнулся на замечательную технологию вакуумного напыления металлов на различные материалы. На хабре есть интересная статья об этой технологии. Кроме этого, на множестве других ресурсов было сказано, что испаряемый металл движется к мишени прямолинейно.

И тут я подумал, а что если напылять металл в необходимом мне месте, постепенно увеличивая толщину? Стал искать информацию о том, делал ли кто-то подобное — не нашёл.

Зарегистрировался на форуме, где кучкуются напыпляльщики и стал их тревожить вопросами наподобие: можно ли нарастить «плёнку», толщиной 1 и более миллиметра. На что поймал массу непонимания для чего это нужно, но ответ положительный получил.

Общие сведения получены, можно начинать готовиться к проведению экспериментов.

Из различных статей и документов известно, что вакуум нужен не более 10⁻² Па. Для сравнения порядка величин – давление, которое даёт бытовой вакуумный насос (Value и прочие) – порядка 4 Па (измеренное значение), т.е. давление в 400 раз больше, чем это необходимо. Как с этим быть и что делать? Для достижения малых давлений используются турбомолекулярные вакуумные насосы, они работают параллельно с форвакуумным насосом и, буквально по молекулам, захватывают остатки воздуха из камеры. Процесс это не быстрый. Выглядит такой насос примерно таким образом.

Поставили насос, он откачивает воздух и всё вроде хорошо, но как узнать давление? Для этого я выбрал ионизационный вакуумметр.

Токовводы и токопроводы я изготовил из латунного бруска и латунного стержня, купленной на местом рынке. (Юнона, кто из Питера).

На фотографии ниже закреплена вольфрамовая лодочка между двух токопроводов.

Нижняя часть выглядит так. На фотографии видны трубки охлаждения токовводов. В последствии, я от них отказался, по причине упрощения системы.

Собрать камеру много усилий и сложностей не заняло. Гораздо сложнее добиться удержания вакуума в этой камере. Для этого фланцы и все сопрягаемые поверхности я отполировал, чтобы избежать малейшей утечки через резиновое уплотнение (на фото ниже я обработал только верхний фланец).

Решение оказалось близко. Для этого нужен всего-навсего масс-спектрометр.

Общий вид невероятной установки.

После того, как давление устанавливается (не меняется). Можно запускать «тяжёлую артиллерию» — турбомолекулярный насос. Он уменьшает давление ещё на 3 порядка.

Настало время экспериментов, то, к чему я так долго шёл и чего так долго ждал.

Первый эксперимент.

Второй эксперимент.

Третий эксперимент.

Под спойлером несколько фотографий с небольшим промежутком времени, из которых видно, как запылилось смотровое окно.

Небольшое видео, в котором информация изложена несколько иначе, в другом виде и объёме.

Вывод

К сожалению, получить то, что задумывалось не удалось, но, с другой стороны, получен бесценный опыт в проектировании и изготовления вакуумной техники. Большей частью этого опыта я поделился с вами и буду премного благодарен если вы выскажете своё мнение по этому вопросу.

Читайте также: