La tecnología de impresión 3D avanza a pasos agigantados. En un momento estamos discutiendo hacer juguetes pequeños para entretener a los niños, y el siguiente segundo vemos noticias de que una impresora 3D ha construido un edificio de concreto que puede resistir un terremoto de 8 magnitud. Dado el tiempo, "imprimir 3D una impresora 3D" también parece posible.

Pero dejando a un lado las perspectivas, de lo que los aficionados y los fabricantes se preocupan más son 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 intentaste hacerte una impresora 3D antes, también debes haber reflexionado sobre esta pregunta: ¿Cómo se mueven?

XYZ, I3 y Corexy son actualmente los estilos más populares de las impresoras 3D de escritorio. Así es como se mueven: 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. Cintas o tornillos sincrónicos y luego convierten la rotación del motor en movimiento lineal a lo largo de las direcciones X, Y y Z. Finalmente, con los sistemas de riel de guía lineal en las 3 direcciones, la máquina puede colocar 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 a 3 propósitos durante la impresión:

1. Precisión: realice una tolerancia apretada, evite el bamboleo y asegúrese de que el cabezal de impresión o la cama con calefacción instalada en las guías se mueva linealmente a lo largo de la dirección predeterminada;
2. Suavidad: reduzca la fricción con rodamientos o rodillos, y contribuya al movimiento más suave;
3. Confiabilidad: las estructuras guías con excelente rigidez pueden mejorar la confiabilidad de la máquina y contribuir a impresiones más consistentes con el tiempo.

La variedad de sistemas de guía

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

1. Ruedas y perfiles
2. Varillas y rodamientos lineales
3. Rails lineales
4. Rails lineales incrustados

Ruedas y perfiles

Entre todas las guías, la combinación de ruedas y perfiles es probablemente la más común y rentable. Por lo general, hay 3 a 4 rodillos que corren a lo largo del surco en forma de V o T del perfil para guiar los movimientos.

El anillo exterior de las ruedas está hecho más comúnmente de POM (poliformaldehído), y el anillo interno está compuesto de acero y rodamientos de bolas. POM tiene alta resistencia, baja deformación y excelente resistencia a la abrasión, lo que lo hace especialmente adecuado para hacer ruedas de impresora. Con el uso adecuado, los rodillos de POM pueden durar cientos de horas. Algunos fabricantes también usan PC (policarbonato) para hacer ruedas, que tienen una fuerza aún mayor y una vida más larga, aunque a un precio ligeramente más alto.

Para garantizar el movimiento lineal, las ruedas deben agarrar los perfiles correctamente. Demasiado flojo y vibración pueden ocurrir a altas velocidades. Demasiado apretado aumentará el desgaste: los desechos acumulados pueden acumularse entre las ruedas y los rieles, causando un movimiento lleno de baches o nerviosos. Por lo tanto, los usuarios deben ajustar la opresión de la rueda en función de cómo funciona la impresora, limpiar los restos y reemplazar las ruedas cuando sea necesario. En comparación con otras guías, el combo de rueda y perfil requiere un mantenimiento más frecuente.

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

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

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

Ventajas

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

Desventajas

• Menor precisión;
• Más propenso a la vibración;
• Requiere un mantenimiento más frecuente.

Varillas y rodamientos lineales

Las limitaciones de las guías de rueda y perfil han llevado a los biestres y fabricantes a cambiar más atención a otra combinación con precisión y estabilidad superiores: barras y rodamientos lineales. En los últimos años, las guías de barra y rodamiento se han convertido casi en sinónimo de sistemas guía para impresoras 3D. Se necesitan al menos 2 varillas y 2 rodamientos para cada eje de la impresora. Los rodamientos se envuelven o se adhieren a las barras, mientras se conectan a los carruajes montados con una extrusora o lecho calentado, para guiar el movimiento lineal.

Una varilla lineal, también conocida como una varilla lisa, es simplemente una varilla de acero cilíndrica, disponible en varios tamaños: las impresoras 3D generalmente usan un diámetro de 8 mm. Las varillas se pueden mecanizar con una precisión de alta dimensión con superficies muy lisas. Junto con rodamientos de bolas, las varillas adecuadamente ensambladas pueden lograr movimientos lineales bastante buenos.

Y sí, también hay inconvenientes de ser suave. Cuando se usa para orientación, las varillas deben fijarse en ambos extremos con abrazaderas de metal. Además, los rodamientos no solo pueden moverse linealmente sino también girar 360 ° alrededor de los cilindros. Es por eso que deben unirse a los rodamientos en otra varilla paralela para dejar que la extrusora o el lecho calentado se muevan linealmente. El paralelismo entre dos barras puede ser un desafío, especialmente para los bricoladores.

Por lo tanto, usar guías de eje significa una mayor precisión y estabilidad por un lado, pero también una huella y peso más grandes, junto con mayor dificultad de ensamblaje en el otro.

Los cojinetes utilizados con varillas son principalmente cojinetes U y rodamientos lineales hechos completamente de acero. Los cojinetes U se parecen a las ruedas que pueden rodar a lo largo de las varillas. Los rodamientos lineales tienen una manga cilíndrica en el exterior, con varias hileras de bolas en el interior que pueden andar en bicicleta a lo largo del eje. Ambos pueden lograr una guía sin problemas con una fricción mínima.

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

Ventajas

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

Desventajas

• Huella y peso más grandes cuando se encerran;
• El paralelismo puede ser un problema;
• Reemplazar los rodamientos puede ser complicado.

Rieles lineales

Linear Rail, también conocido como guía lineal, ha estado en tendencia en los últimos años. La parte del riel de acero tiene una pista en cada lado, y los controles deslizantes anidados contienen 2 juegos de rodamientos de bolas que pueden recorrer las vías. Además de las impresoras 3D industriales, cada vez más fabricantes de escritorio también están utilizando rieles 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 la 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 agujeros de montaje a intervalos regulares en la superficie, lo que les permite estar bien asegurados a la carcasa u otras estructuras de soporte.

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

Durante el ensamblaje, los rieles lineales pueden guiar un solo eje sin emparejarse, ahorrando espacio y peso para que la máquina sea más liviana y compacta. Tampoco hay necesidad de preocuparse por el paralelismo ferroviario.

Todo suena genial, pero ¿cuál es la captura? El precio. Los cálculos aproximados muestran que, si bien los controles deslizantes para rieles lineales tienen precios similares a los rodamientos de varillas, los rieles en sí cuestan aproximadamente 2.5 a 4 veces que un par de barras en longitudes equivalentes. En comparación, las varillas son baratas y buenas. Cesés del costo adicional contra las ganancias de rendimiento, la mayoría de los bricoladores aún optarían por barras y rodamientos.

Para el mantenimiento, los rieles lineales son similares a los primeros, que requieren lubricación regular de los rodamientos. Los rieles expuestos también necesitan limpieza ocasional.

Ventajas

• Muy alta precisión;
• Admite la impresión de alta velocidad;
• Pequeña huella, conveniente de usar;

Desventajas

• No se puede servir como estructuras de soporte, debe instalarse en perfiles, etc.;
• Caro.

Rieles lineales integrados

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

Las fuerzas del núcleo de los rieles lineales se encuentran en la alta rigidez de los rieles de acero y el movimiento preciso y liso habilitado por los rodamientos de bolas. Estas ventajas se conservan en rieles lineales integrados.

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

En comparación con el montaje directamente 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, reduciendo la frecuencia de mantenimiento. También hace que los módulos sean más livianos y compactos, por lo que una máquina costosa no termina como un proyecto de entusiasta de bricolaje. Sin embargo, la incrustación de rieles lineales plantea desafíos de fabricación considerables para el productor, sin una ventaja de costo sobre los rieles lineales normales.

Ventajas

• Igual que los rieles lineales: muy alta precisión, admite impresión de alta velocidad, huella pequeña;
• La rigidez ferroviaria mejoró aún más;
• Frecuencia de mantenimiento más baja con rieles encerrados;

Desventajas

• Caro;
• No es adecuado para bricolaje.