3D-Metalldrucker verwenden Schweißdraht

Apr 27, 2023

Wenn Sie sowohl einen FFF-Drucker (Fused Filament Fabrication) als auch einen Drahtschweißer gesehen haben, ist Ihnen möglicherweise aufgefallen, dass sie nach einem ähnlichen Grundprinzip funktionieren. Das Ausgangsmaterial wird in Filamentform – auch Draht genannt – geliefert und geschmolzen, um es auf dem Werkstück abzuscheiden, um entweder Schweißnähte im Falle des Schweißgeräts oder 3D-Objekte im Falle des Druckers aufzubauen. Natürlich gibt es eine Reihe von Schwierigkeiten, die Sie davon abhalten, Ihr thermoplastisches Filament einfach durch Metalldraht zu ersetzen. Es stellt sich jedoch heraus, dass diese Schwierigkeiten mit ernsthaften Anstrengungen überwunden werden können. [Dominik Meffert] hat genau dies mit seinem Draht-3D-Drucker-Projekt getan.

Für sein Filament wählte [Dominik] Standard-Schweißdraht und experimentierte auch mit Edelstahl- und Fülldrähten. Zunächst verwendete er ein normales Zahnrad als Mechanismus im schrittgetriebenen kalten Ende seines Bowdenrohr-Extrusionsmechanismus, stellte jedoch fest, dass ein Standard-Drahtvorschubrad von einem Schweißgerät besser funktionierte. Dieser Quetschantrieb führt den Draht durch ein Bowdenrohr zum heißen Ende.

Bei thermoplastischen 3D-Druckern wird das Material in einer Kammer im Inneren des Hotends geschmolzen und dann durch eine Düse extrudiert, wo es aufgetragen wird. Anstatt zu versuchen, diese Anordnung für den Metalldraht zu duplizieren, verwendete [Dominik] einen modifizierten Mikrowellenofentransformator (MOT), um die niedrige Spannung/hohe Stromstärke zu erzeugen, die für die restive Erwärmung des Drahtes erforderlich ist. Die Heizung wird über einen Phasengleichrichter-Leistungsregler gesteuert, der die Leistung am Eingang des Transformators moduliert. Praktischerweise wird dieser Controller an den Lüfterausgang der 3D-Druckerplatine angeschlossen, sodass jede Standard-Slicer-Software G-Code für den Metalldrucker generieren kann.

Damit sich der Draht erwärmen und schmelzen kann, muss ein vollständiger Stromkreis von der Sekundärseite des Transformators vorhanden sein. Als Elektrode am heißen Ende wird eine zum Drahtdurchmesser passende Standard-Schweißdüse verwendet, als andere Elektrode dient eine Metallbauplatte. Wie Sie sich vorstellen können, ist es ziemlich schwierig, die Bauplatte – und die erste Schicht – richtig hinzubekommen, sogar noch schwieriger als bei Kunststoffdruckern. In diesem Fall kommen zu den zusätzlichen Komplikationen die Tatsache hinzu, dass das gedruckte Objekt einen guten elektrischen Durchgang mit der Platte aufrechterhalten muss, nicht fest verschweißt sein darf und die Tatsache, dass der 1450 °C heiße geschmolzene Stahl dazu neigt, die Platte zu verziehen.

Angesichts all der Probleme, die gelöst werden müssen, damit das alles klappt, sind wir von [Dominiks] bisherigen Fortschritten sehr beeindruckt! Ähnliche Probleme wurden bereits vor Jahren von einer Gruppe hochmotivierter Experimentatoren im Fall von Thermoplastdruckern gelöst, und es ist großartig zu sehen, dass beim Metalldruck etwas Ähnliches passiert, insbesondere bei der Verwendung einfacher, leicht verfügbarer Materialien.

Dies ist jedoch nicht der einzige Ansatz für den DIY-Metalldruck. Wir haben vor nicht allzu langer Zeit eines gesehen, bei dem Elektronenstrahlschmelzen (EBM) zum Einsatz kam.

Danke an [Krzysztof] für den Tipp!