1. Cabeza cartesiana-XY

Un sistema de pórtico con cabezal cartesiano XY es un tipo de sistema de control de movimiento comúnmente utilizado en impresoras 3D (y en una amplia variedad de otras clases de máquinas CNC). Este diseño permite que el cabezal de impresión o extrusor se desplace a lo largo del eje X del pórtico y que el eje Y se mueva mediante el desplazamiento de todo el pórtico. Esto puede implicar el desplazamiento de una masa considerable en el eje Y y puede aumentar el riesgo de vibraciones en la máquina, especialmente durante maniobras de alta aceleración.

En un sistema de pórtico de este tipo, la base de impresión es fija y el cabezal de impresión o extrusor se mueve a lo largo de dos ejes perpendiculares, normalmente sobre ejes rectificados con rodamientos lineales de bolas recirculantes. Las versiones de mayor precio suelen utilizar guías en V con rodamientos de rodillos con ranuras en V externas, lo que reduce el desgaste de los rodamientos. El eje X se define normalmente comoa travéss la máquina, mientras que el eje Y está orientadohacia atrás/hacia adelanteen relación con el dispositivo. El eje Z posiciona la altura vertical del cabezal de impresión o extrusor y se desplaza en el movimiento X del pórtico.

Los sistemas de pórtico cartesiano-XY son sencillos y fáciles de construir y operar. Además, ofrecen buena precisión y repetibilidad, lo que permite un posicionamiento de alta precisión del cabezal de impresión. Sin embargo, presentan limitaciones en cuanto a velocidad y aceleración, y pueden carecer de rigidez en algunos aspectos.

2. Estilo Ultimaker cruzado

El sistema de pórtico cruzado estilo Ultimaker es una estructura mecánica y un sistema de movimiento de ejes menos comunes en la impresión 3D. Consta de dos pórticos paralelos que posicionan el cabezal de impresión o el extrusor a lo largo de los ejes X e Y. Los pórticos están conectados por una barra transversal, cuya función es estabilizar el movimiento en ambos ejes mediante la distribución de la rigidez. El movimiento del eje Z se realiza generalmente sobre estos dos ejes, en lugar de depender de una plataforma de impresión que suba y baje.

En este sistema, la base de impresión suele ser fija y estable. El cabezal de impresión o extrusor se mueve a lo largo de los ejes X e Y, impulsado por motores paso a paso que transmiten el movimiento mediante correas dentadas. Los dos pórticos pueden moverse simultáneamente, lo que permite una curvatura suave y un movimiento sin sacudidas entre las operaciones de impresión, ya que se minimizan los cambios bruscos de dirección. Este enfoque también ofrece una buena estabilidad durante la impresión, lo que mejora la calidad de los resultados.

Este diseño es más complejo y requiere mayor esfuerzo de configuración y calibración que los diseños más sencillos. Esto se ve particularmente afectado por las correas de transmisión, que requieren una alineación muy precisa para garantizar un movimiento exacto y repetible. Algunos usuarios también reportan dificultades para acceder a la base de impresión y realizar ajustes durante la impresión, ya que los dos pórticos pueden bloquear el acceso en ocasiones.

3. CoreXY

El sistema de pórtico CoreXY es una estructura utilizada en el diseño de impresoras 3D que emplea motores paso a paso fijos para accionar los ejes X e Y. Esto reduce la masa en movimiento dentro del pórtico durante los movimientos del eje Y, ya que el accionamiento de este eje permanece fijo. De esta forma, se logra una mayor aceleración y movimientos más precisos del cabezal de impresión, lo que se traduce en impresiones de mayor calidad.

El sistema CoreXY funciona mediante una serie de poleas y correas de recirculación (en bucle) dispuestas de manera que las correas de transmisión se crucen en el núcleo o centro del sistema. El accionamiento de las correas dentadas mueve el cabezal de impresión en las direcciones X e Y con menor inercia.

Al mover menos masa, se puede lograr una estructura de pórtico más ligera. Hay menos masa móvil que resistir en momentos de alta aceleración. Este enfoque es más sensible a la tensión de la correa y al estado del deslizamiento que otros sistemas, y su configuración y calibración pueden ser complejas. Sin embargo, la capacidad de aceleración se considera una ventaja suficiente para compensar las dificultades de configuración, por lo que este sistema es popular entre algunos usuarios de nivel avanzado.

4. Cabezal cartesiano XZ estilo i3

El cabezal cartesiano XZ de estilo i3 es muy utilizado en el diseño de impresoras 3D. En este sistema, la plataforma de impresión se eleva y desciende (movimiento en el eje Z), mientras que el cabezal se transporta por separado en el pórtico para los ejes X e Y. El extrusor está montado sobre un carro que se desplaza a lo largo de los ejes X e Y mediante ejes rectificados con precisión, utilizando cojinetes de bolas recirculantes. En máquinas más grandes y de mayor precio, los rieles pueden tener forma de V, con rodamientos de rodillos que se deslizan sobre ellos.

Este diseño es sencillo y fácil de construir, lo que lo convierte en una opción popular para impresoras 3D domésticas o de uso aficionado. Ofrece buena exactitud y precisión en máquinas pequeñas, pero generalmente requiere moderación en la aceleración y los cambios de dirección debido a su rigidez relativamente baja y alta inercia.

El principal inconveniente de este diseño es la dificultad para mantener una base nivelada y lograr espesores de capa uniformes. Su escasa rigidez, en comparación con otros diseños de impresoras 3D de mayor precio, puede tener consecuencias significativas a velocidades y aceleraciones elevadas de los ejes.

5. H-Bot

El H-bot es un sistema de pórtico empleado en algunas impresoras 3D. Utiliza transmisiones por correa y rieles lineales en una configuración que, similar al sistema CoreXY, cuenta con motores fijos para accionar los ejes X e Y.

Las dos correas para los ejes X e Y forman una "H". Una correa está unida al cabezal de impresión y se mueve a lo largo del eje Y. La otra correa está unida al otro extremo del pórtico y se mueve a lo largo del eje X. El cabezal de impresión se desplaza sobre un sistema de accionamiento Z que se mueve a lo largo de los dos rieles de los ejes principales.

La configuración del robot en H ofrece mayor estabilidad y rigidez que otros diseños de impresoras 3D, lo que se traduce en impresiones de mayor calidad. Los motores estacionarios reducen la inercia del sistema, permitiendo mayores aceleraciones y requiriendo menor rigidez para una buena estabilidad.

El diseño del H-bot es complejo de configurar y difícil de calibrar, y se informa que requiere más mantenimiento. Cualquier holgura en las correas afectará significativamente la precisión en los ejes X e Y, lo cual representa un problema particular durante el mantenimiento, ya que las correas pueden estirarse. Sin embargo, con un mantenimiento adecuado, el H-bot es un sistema de pórtico eficaz capaz de ofrecer alta calidad y alta velocidad.