1. Kartesischer XY-Kopf

Ein kartesisches XY-Kopf-Portalsystem ist eine Art Bewegungssteuerungssystem, das häufig in 3D-Druckern (und einer Vielzahl anderer Klassen von CNC-Maschinen) verwendet wird. Dieser Konstruktionsansatz bewegt den Druckkopf oder Extruder entlang der X-Achse der Gantry und bewegt die Y-Achse durch Bewegen der gesamten Gantry. Dies kann die Bewegung einer großen Masse auf der Y-Achse mit sich bringen und zu einem erhöhten Risiko von Maschinenvibrationen führen, insbesondere bei Manövern mit hoher Beschleunigung.

In einem solchen Portalsystem ist das Druckbett fest und der Druckkopf oder Extruder bewegt sich entlang zweier senkrechter Achsen und läuft typischerweise auf geschliffenen Wellen mit linearen Kugelumlauflagern. Höherpreisige Ausführungen nutzen als Führung oft V-Schienen mit außen V-förmig gerillten Rollenlagern, was zu einem geringeren Lagerverschleiß führt. Die X-Achse wird normalerweise als definiertAcross die Maschine, während die Y-Achse ausgerichtet istrückwärts/vorwärtsrelativ zum Gerät. Die Z-Achse positioniert die vertikale Höhe des Druckkopfs oder Extruders und wird von der X-Bewegung des Portals übernommen.

Kartesische XY-Portalsysteme sind einfach und leicht aufzubauen und zu bedienen. Sie bieten außerdem eine gute Präzision und Wiederholbarkeit und ermöglichen eine hochpräzise Positionierung des Druckkopfs. Sie haben jedoch Einschränkungen hinsichtlich Geschwindigkeit und Beschleunigung und können in mancher Hinsicht an Steifigkeit mangeln.

2. Gekreuzt im Ultimaker-Stil

Das Kreuzportalsystem im Ultimaker-Stil ist ein mechanisches Struktur- und Achsenbewegungssystem, das im 3D-Druck weniger häufig verwendet wird. Es verfügt über zwei parallele Portale, die den Druckkopf oder Extruder entlang der X- und Y-Achse positionieren. Die Portale sind durch eine Querstange verbunden, die durch gemeinsame Steifigkeit die Bewegung entlang beider Achsen stabilisieren soll. Die Z-Achsen-Bewegung wird normalerweise auf diesen beiden Achsen ausgeführt und nicht an ein steigendes und fallendes Druckbett delegiert.

Bei diesem System ist das Druckbett typischerweise fest und stabil. Der Druckkopf oder Extruder bewegt sich sowohl entlang der X- als auch der Y-Achse. Sie werden von Schrittmotoren angetrieben, die die Bewegung über Zahnriemen übertragen. Die beiden Portale können gleichzeitig verfahren werden. Dies ermöglicht eine sanfte Krümmung und eine ruckfreie Bewegung zwischen den Druckvorgängen, da plötzliche Richtungsänderungen minimiert werden. Der Ansatz bietet außerdem eine gute Stabilität beim Drucken, was sich positiv auf die Qualität der Druckergebnisse auswirkt.

Dieser Designansatz ist komplexer und erfordert mehr Aufwand bei der Einrichtung und Kalibrierung als einfachere Designs. Dies wird insbesondere durch die Riemenantriebe beeinträchtigt, die eine sehr gute Ausrichtung erfordern, um eine genaue und wiederholbare Bewegung zu gewährleisten. Einige Benutzer berichten auch von Schwierigkeiten beim Zugriff auf das Druckbett, um während des Druckens Anpassungen vorzunehmen, da die beiden Portale während des Druckens zeitweise den Zugang blockieren können.

3. CoreXY

Ein CoreXY-Portalsystem ist eine Struktur, die bei der Konstruktion von 3D-Druckern verwendet wird und über stationäre Schrittmotoren zum Antrieb der X- und Y-Achsen verfügt. Dadurch wird die bewegte Masse im Portal bei Y-Achsen-Bewegungen reduziert, da der Y-Achsen-Antrieb ortsfest bleibt. Dies ermöglicht eine höhere Beschleunigung und präzisere Bewegungen des Druckkopfs und sorgt so für qualitativ hochwertigere Druckergebnisse.

Das CoreXY-System arbeitet mit einer Reihe von Riemenscheiben und Umlaufriemen (Schlaufenriemen), die so angeordnet sind, dass sich die Antriebsriemen im Kern oder in der Mitte des Systems kreuzen. Durch den Antrieb der Zahnriemen wird der Druckkopf mit geringerer Trägheit sowohl in X- als auch in Y-Richtung bewegt.

Die Bewegung von weniger Masse ermöglicht eine leichtere Portalstruktur. Bei hohen Beschleunigungsmomenten gibt es weniger bewegte Masse, der man widerstehen muss. Dieser Ansatz reagiert empfindlicher auf die Riemenspannung und den Gleitzustand als andere Systeme und kann komplex in der Einrichtung und Kalibrierung sein. Die Beschleunigungsfähigkeit wird als ausreichender Vorteil angesehen, um die Setup-Probleme zu überwiegen, weshalb dieses System bei einigen Benutzern in der fortgeschritteneren Kategorie beliebt ist.

4. Kartesischer XZ-Kopf im i3-Stil

Der kartesische XZ-Kopf im i3-Stil wird häufig im 3D-Druckerdesign verwendet. Bei diesem Ansatz wird die Druckplattform selbst angehoben und abgesenkt (Z-Achsen-Bewegung), während der Druckkopf für die X- und Y-Achse separat auf dem Portal transportiert wird. Der Extruder ist auf einem Schlitten montiert, der sich auf präzisionsgeschliffenen Wellen mithilfe von Kugelumlaufbuchsen entlang der X- und Y-Achse bewegt. Bei größeren und höherpreisigen Maschinen können die Schienen auch V-förmig sein, wobei auf diesen Schienen Rollenlager laufen.

Dieses Design ist einfach und leicht zu konstruieren, was es zu einer beliebten Wahl für Heim-/Hobby-3D-Drucker macht. Es bietet eine gute Genauigkeit und Präzision in kleineren Maschinen, erfordert jedoch aufgrund der relativ geringen Steifigkeit und hohen Trägheit im Allgemeinen eine moderate Beschleunigung und Richtungsänderungen.

Der Hauptnachteil dieser Konstruktion besteht darin, dass es sehr schwierig sein kann, ein ebenes Bett aufrechtzuerhalten und gleichmäßige Schichtdicken zu erreichen. Die im Vergleich zu anderen, teureren 3D-Drucker-Designs geringe Steifigkeit kann bei höheren Achsgeschwindigkeiten/-beschleunigungen sehr erhebliche Auswirkungen haben.

5. H-Bot

Der H-Bot ist ein Portalsystem, das in einigen 3D-Druckern eingesetzt wird. Es verwendet Riemenantriebe und lineare Schienen in einem Aufbau, der ähnlich dem CoreXY-System über stationäre Motoren zum Antrieb der X- und Y-Achsen verfügt.

Die beiden Riemen für X und Y bilden die Form eines „H“. Ein Riemen ist am Druckkopf befestigt und bewegt sich entlang der Y-Achse. Der andere Riemen ist am anderen Ende des Portals befestigt und bewegt sich entlang der X-Achse. Der Druckkopf wird von einem Z-Antrieb getragen, der sich entlang der beiden Hauptachsenschienen bewegt.

Das H-Bot-Layout kann stabiler und steifer sein als andere 3D-Drucker-Designs und sorgt so für qualitativ hochwertigere Druckergebnisse. Stationäre Motoren reduzieren die Systemträgheit, ermöglichen höhere Beschleunigungen und erfordern eine geringere Steifigkeit für eine gute Stabilität.

Das H-Bot-Design ist kompliziert einzurichten und schwer zu kalibrieren und erfordert Berichten zufolge mehr Wartung. Jedes leichte Durchhängen der Riemen beeinträchtigt die XY-Präzision erheblich, was insbesondere bei der Wartung ein Problem darstellt, da sich die Riemen dehnen können. Bei guter Wartung ist der H-Bot jedoch ein effektives Portalsystem, das hohe Qualität und hohe Geschwindigkeit liefern kann.