La tecnología de impresión 3D avanza a pasos agigantados. En un momento estamos hablando de hacer pequeños juguetes para entretener a los niños, y al segundo siguiente vemos la noticia de que una impresora 3D ha construido un edificio de hormigón que puede resistir un terremoto de magnitud 8. Con el tiempo, “imprimir en 3D una impresora 3D” también parece posible.

Pero dejando de lado las perspectivas, lo que más preocupa a los aficionados y fabricantes siguen siendo las impresoras 3D de escritorio: qué tipos hay, qué tan rápido imprimen y cuánto cuestan. Si te gusta llegar al fondo de las cosas, o alguna vez has intentado hacer tú mismo una impresora 3D, también debes haber reflexionado sobre esta pregunta: ¿cómo se mueven?

XYZ, I3 y CoreXY son actualmente los estilos más populares de impresoras 3D de escritorio. Se mueven así: la máquina tiene uno o varios ejes en las direcciones X, Y y Z del sistema de coordenadas 3D. Un extremo de cada eje está equipado con un motor para proporcionar energía. Luego, las correas síncronas o los tornillos de avance convierten la rotación del motor en un movimiento lineal a lo largo de las direcciones X, Y y Z. Finalmente, con los sistemas de rieles guía lineales en las 3 direcciones, la máquina puede posicionar la boquilla en cualquier punto del espacio 3D formado por los ejes, extruir el filamento y crear un objeto 3D.

¿Por qué son importantes los sistemas de guía?

Los sistemas de guía sirven principalmente para 3 propósitos durante la impresión:

1. Precisión: obtenga una tolerancia estricta, evite la oscilación y asegúrese de que el cabezal de impresión o la base calentada instalada en las guías se mueva linealmente a lo largo de la dirección predeterminada;
2. Suavidad: reduce la fricción con cojinetes o rodillos y contribuye a un movimiento más suave;
3. Confiabilidad: Las estructuras guía con excelente rigidez pueden mejorar la confiabilidad de la máquina y contribuir a impresiones más consistentes a lo largo del tiempo.

La variedad de sistemas de guía.

En general, los sistemas de guía utilizados en las impresoras 3D incluyen:

1. Ruedas y perfiles
2. Barras lineales y rodamientos
3. Rieles lineales
4. Rieles lineales integrados

Ruedas y perfiles

Entre todas las guías, la combinación de ruedas y perfiles es probablemente la más común y económica. Normalmente hay de 3 a 4 rodillos que recorren la ranura en forma de V o T del perfil para guiar los movimientos.

El aro exterior de las ruedas suele estar hecho de POM (poliformaldehído) y el aro interior está hecho de acero y rodamientos de bolas. El POM tiene alta resistencia, baja deformación y excelente resistencia a la abrasión, lo que lo hace especialmente adecuado para fabricar ruedas de impresora. Con un uso adecuado, los rodillos POM pueden durar cientos de horas. Algunos fabricantes también utilizan PC (policarbonato) para fabricar ruedas, que tienen una resistencia aún mayor y una vida útil más larga, aunque a un precio ligeramente mayor.

Para garantizar un movimiento lineal, las ruedas deben sujetar correctamente los perfiles. Demasiado flojo y se pueden producir vibraciones a altas velocidades. Demasiado apretado aumentará el desgaste: los residuos acumulados pueden acumularse entre las ruedas y los rieles, provocando movimientos irregulares o irregulares. Por lo tanto, los usuarios deben ajustar la tensión de las ruedas según cómo funciona la impresora, limpiar los residuos y reemplazar las ruedas cuando sea necesario. En comparación con otras guías, la combinación de rueda y perfil requiere un mantenimiento más frecuente.

Además, los plásticos tienen menor rigidez que los metales. La deformación de las ruedas durante el movimiento es difícil de evitar, por lo que las impresoras que utilizan ruedas generalmente tienen una precisión menor en comparación con aquellas con guías de acero.

Los perfiles comúnmente utilizados en las impresoras 3D están disponibles en dos tipos: perfiles con ranura en V y perfiles con ranura en T. Como sugieren los nombres, la principal diferencia entre ellos es la forma de la sección transversal. Diferentes perfiles se combinan con diferentes ruedas para lograr buenos efectos de guía.

Dado que los perfiles son personalizables, económicos y con un rendimiento suficiente, la combinación de ruedas y perfiles es la mejor opción para muchas construcciones de impresoras 3D de bricolaje.

Ventajas

• Buen rendimiento de guiado, económico y útil;
• Opciones abundantes, ampliamente disponibles;
• Fácil de instalar, usar y modificar;

Desventajas

• Menor precisión;
• Más propenso a las vibraciones;
• Requiere un mantenimiento más frecuente.

Rodamientos y varillas lineales

Las limitaciones de las guías de ruedas y perfiles han llevado a los aficionados al bricolaje y a los fabricantes a prestar más atención a otra combinación con precisión y estabilidad superiores: varillas lineales y rodamientos. En los últimos años, las guías de barras y rodamientos se han convertido casi en sinónimos de sistemas de guía para impresoras 3D. Se necesitan al menos 2 varillas y 2 cojinetes para cada eje de la impresora. Los cojinetes se envuelven o se adhieren a las varillas, mientras se conectan a carros montados con una extrusora o una cama calentada, para guiar el movimiento lineal.

Una varilla lineal, también conocida como varilla lisa, es simplemente una varilla de acero cilíndrica, disponible en varios tamaños; las impresoras 3D suelen utilizar varillas de 8 mm de diámetro. Las varillas se pueden mecanizar con alta precisión dimensional con superficies muy lisas. Combinadas con rodamientos de bolas, las varillas ensambladas correctamente pueden lograr movimientos lineales bastante buenos.

Y sí, también hay inconvenientes en ser suave. Cuando se utilizan como guía, las varillas deben fijarse en ambos extremos con abrazaderas metálicas. Además, los rodamientos no sólo pueden moverse linealmente sino también girar 360° alrededor de los cilindros. Es por eso que deben estar sujetos a cojinetes en otra varilla paralela para permitir que la extrusora o el lecho calentado se muevan linealmente. El paralelismo entre dos varillas puede resultar un desafío, especialmente para los aficionados al bricolaje.

Por lo tanto, el uso de guías de eje significa, por un lado, una mayor precisión y estabilidad, pero también una mayor huella y peso, junto con una mayor dificultad de montaje, por el otro.

Los rodamientos utilizados con bielas son principalmente rodamientos con ranura en U y rodamientos lineales fabricados íntegramente en acero. Los rodamientos con ranura en U se parecen a ruedas que pueden rodar a lo largo de las varillas. Los rodamientos lineales tienen un manguito cilíndrico en el exterior, con varias filas de bolas en el interior que pueden circular a lo largo del eje. Ambos pueden lograr una guía suave con una fricción mínima.

Las varillas y los cojinetes son duraderos y solo requieren una limpieza ocasional de la acumulación en las varillas y la lubricación de los cojinetes. Si las varillas están encerradas en una carcasa en lugar de actuar como marco, desmontar la carcasa y lubricar los cojinetes es sencillo. Sin embargo, reemplazar los rodamientos desgastados después de un uso prolongado puede resultar un poco complicado.

Ventajas

• Excelente rendimiento de guiado, alta precisión, coste moderado;
• Opciones abundantes, ampliamente disponibles;
• Baja frecuencia de mantenimiento;

Desventajas

• Mayor tamaño y peso cuando está cerrado;
• El paralelismo puede ser un problema;
• Reemplazar los rodamientos puede ser complicado.

Rieles lineales

El carril lineal, también conocido como guía lineal, ha sido tendencia en los últimos años. La parte del riel de acero tiene una vía a cada lado y los deslizadores anidados en ella contienen 2 juegos de rodamientos de bolas que pueden circular a lo largo de las vías. Además de las impresoras 3D industriales, cada vez más fabricantes de ordenadores de sobremesa también utilizan carriles lineales en sus líneas de productos de alta gama.

Aunque ambos están hechos de acero, cuando se trata de trabajo real, los rieles lineales son menos susceptibles a la flexión y vibración en comparación con las varillas. Esto se atribuye principalmente a su método de montaje único. Las varillas solo se fijan en ambos extremos, mientras que los rieles lineales tienen orificios de montaje a intervalos regulares en la superficie, lo que permite asegurarlos firmemente a la carcasa u otras estructuras de soporte.

Esto garantiza un movimiento lineal estable y mejora la calidad de impresión, por un lado, y aumenta el límite de velocidad al evitar la vibración excesiva a altas velocidades, por el otro. Esta es una de las razones por las que J1 puede lograr una impresión de alta velocidad.

Durante el montaje, los carriles lineales pueden guiar un solo eje sin emparejarse, ahorrando espacio y peso para hacer la máquina más ligera y compacta. Tampoco hay necesidad de preocuparse por el paralelismo ferroviario.

Todo suena genial, pero ¿cuál es el truco? El precio. Los cálculos aproximados muestran que, si bien los deslizadores para rieles lineales tienen precios similares a los rodamientos para varillas, los rieles en sí cuestan entre 2,5 y 4 veces más que un par de varillas de longitudes equivalentes. En comparación, las cañas son baratas y bastante buenas. Al sopesar el costo adicional con las ganancias de rendimiento, la mayoría de los aficionados al bricolaje seguirían optando por varillas y cojinetes.

Para el mantenimiento, los carriles lineales son similares a los anteriores, requiriendo una lubricación periódica de los rodamientos. Los rieles expuestos también necesitan una limpieza ocasional.

Ventajas

• Muy alta precisión;
• Admite impresión de alta velocidad;
• Tamaño reducido, cómodo de usar;

Desventajas

• No pueden servir como estructuras de soporte, deben instalarse en perfiles, etc.;
• Caro.

Rieles lineales integrados

En lugar de utilizar las guías anteriores directamente, algunos fabricantes, con el fin de mejorar las capacidades técnicas o atender productos específicos, también están explorando mejores soluciones.

Los puntos fuertes de los carriles lineales residen en la alta rigidez de los carriles de acero y el movimiento preciso y suave que permiten los rodamientos de bolas. Estas ventajas se conservan en los carriles lineales integrados.

Al fabricar los módulos lineales, FUYU incrusta dos tiras de acero en las paredes internas de la carcasa de aleación de aluminio, luego el CNC muele el acero con precisión en rieles con una precisión de mecanizado a nivel de micras. Además, con los rieles integrados más anchos, la rigidez mejora aún más sin aumentar el peso, lo que se adapta mejor a las operaciones CNC de alta potencia; después de todo, las impresoras 3D comunes no requieren una rigidez tan extrema.

En comparación con el montaje directo de rieles lineales en la superficie de las extrusiones, incrustar los rieles de acero dentro de los módulos lineales evita la acumulación de polvo en los rieles, lo que reduce la frecuencia de mantenimiento. También hace que los módulos sean más ligeros y compactos, de modo que una máquina costosa no termine pareciendo el proyecto de un entusiasta del bricolaje. Sin embargo, la incorporación de carriles lineales plantea considerables desafíos de fabricación para el productor, sin ninguna ventaja de costes respecto a los carriles lineales normales.

Ventajas

• Igual que los rieles lineales: muy alta precisión, admite impresión de alta velocidad, ocupa poco espacio;
• Se mejoró aún más la rigidez del carril;
• Menor frecuencia de mantenimiento con rieles cerrados;

Desventajas

• Caro;
• No apto para bricolaje.