1. Tête cartésienne-XY

Un système à portique cartésien XY est un type de système de commande de mouvement couramment utilisé dans les imprimantes 3D (et de nombreuses autres machines à commande numérique). Ce type de conception déplace la tête d'impression ou l'extrudeuse le long de l'axe X du portique, tandis que le déplacement de l'axe Y est assuré par le portique lui-même. Cela peut impliquer le déplacement d'une masse importante sur l'axe Y et engendrer un risque accru de vibrations de la machine, notamment lors de manœuvres à forte accélération.

Dans un tel système à portique, le plateau d'impression est fixe et la tête d'impression ou l'extrudeuse se déplace le long de deux axes perpendiculaires, généralement sur des axes rectifiés avec des roulements à billes linéaires à recirculation. Les versions haut de gamme utilisent souvent des rails en V avec des roulements à rouleaux à gorge en V externes comme guides, ce qui réduit l'usure des roulements. L'axe X est généralement défini commeacrossla machine, tandis que l'axe Y est orientéen arrière/en avantPar rapport à l'appareil, l'axe Z positionne la hauteur verticale de la tête d'impression ou de l'extrudeuse et est entraîné par le mouvement X du portique.

Les systèmes à portique cartésiens-XY sont simples et faciles à construire et à utiliser. Ils offrent également une bonne précision et une bonne répétabilité, permettant un positionnement de haute précision de la tête d'impression. Cependant, ils présentent des limitations en termes de vitesse et d'accélération, et peuvent manquer de rigidité à certains égards.

2. Croisé de style Ultimaker

Le système à portique croisé de type Ultimaker est une structure mécanique et un système de déplacement d'axes moins courants en impression 3D. Il comprend deux portiques parallèles qui positionnent la tête d'impression ou l'extrudeuse le long des axes X et Y. Ces portiques sont reliés par une traverse, conçue pour stabiliser le mouvement sur les deux axes en répartissant la rigidité. Le mouvement sur l'axe Z est généralement assuré par ces deux axes, plutôt que par un plateau d'impression qui monte ou qui descend.

Dans ce système, le plateau d'impression est généralement fixe et stable. La tête d'impression ou l'extrudeuse se déplace selon les axes X et Y. Elle est entraînée par des moteurs pas à pas qui transmettent le mouvement par courroies dentées. Les deux portiques peuvent se déplacer simultanément. Ceci permet une courbure fluide et un mouvement sans à-coups entre les impressions, les changements de direction brusques étant minimisés. Cette approche offre également une bonne stabilité pendant l'impression, ce qui améliore la qualité des impressions.

Cette conception est plus complexe et exige davantage d'efforts de configuration et de calibration que les conceptions plus simples. Cela est particulièrement dû aux entraînements par courroie, qui nécessitent un alignement parfait pour garantir un mouvement précis et répétable. Certains utilisateurs signalent également des difficultés d'accès au plateau d'impression pour effectuer des réglages pendant l'impression, car les deux portiques peuvent parfois bloquer l'accès.

3. CoreXY

Un système de portique CoreXY est une structure utilisée dans la conception d'imprimantes 3D. Il est équipé de moteurs pas à pas fixes pour actionner les axes X et Y. Cela réduit la masse en mouvement dans le portique lors des déplacements sur l'axe Y, puisque le moteur de cet axe reste fixe. On obtient ainsi une accélération plus importante et des mouvements plus précis de la tête d'impression, ce qui permet d'obtenir des impressions de meilleure qualité.

Le système CoreXY fonctionne grâce à une série de poulies et de courroies de recirculation (à boucle) agencées de manière à ce que les courroies d'entraînement se croisent au centre du système. L'entraînement des courroies dentées déplace la tête d'impression selon les axes X et Y avec une inertie réduite.

Déplacer une masse réduite permet d'alléger la structure du portique. La masse mobile à résister aux fortes accélérations est ainsi moindre. Ce système est plus sensible à la tension de la courroie et à l'état de glissement que d'autres, et sa mise en place et son étalonnage peuvent s'avérer complexes. Cependant, la capacité d'accélération est considérée comme un avantage suffisant pour compenser les difficultés de mise en place, ce qui explique la popularité de ce système auprès de certains utilisateurs exigeants.

4. Tête cartésienne de style i3-XZ

La tête d'impression cartésienne XZ de type i3 est très répandue dans la conception des imprimantes 3D. Dans cette configuration, la plateforme d'impression est levée et abaissée (mouvement sur l'axe Z), tandis que la tête d'impression est transportée séparément sur le portique pour les axes X et Y. L'extrudeuse est montée sur un chariot qui se déplace le long des axes X et Y grâce à des axes rectifiés avec précision et des bagues à billes à recirculation. Sur les machines plus grandes et plus coûteuses, les rails peuvent être en forme de V, avec des roulements à rouleaux sur ces rails.

Ce modèle, simple et facile à construire, est un choix populaire pour les imprimantes 3D domestiques et de loisirs. Il offre une bonne précision sur les petites machines, mais nécessite généralement une accélération et des changements de direction modérés en raison de sa rigidité relativement faible et de son inertie élevée.

Le principal inconvénient de cette conception réside dans la difficulté à maintenir un plateau parfaitement horizontal et à obtenir des épaisseurs de couche constantes. Sa faible rigidité, comparée à celle d'imprimantes 3D plus onéreuses, peut avoir des conséquences importantes à des vitesses d'impression élevées.

5. H-Bot

Le H-bot est un système portique utilisé dans certaines imprimantes 3D. Il utilise des entraînements par courroie et des rails linéaires dans une configuration qui, similaire au système CoreXY, comporte des moteurs fixes pour entraîner les axes X et Y.

Les deux courroies, pour les axes X et Y, forment un « H ». L’une est fixée à la tête d’impression et se déplace le long de l’axe Y. L’autre est fixée à l’autre extrémité du portique et se déplace le long de l’axe X. La tête d’impression est montée sur un système d’entraînement Z qui se déplace le long des deux rails des axes principaux.

La conception en H du robot offre une stabilité et une rigidité supérieures à celles d'autres imprimantes 3D, garantissant ainsi une qualité d'impression optimale. Les moteurs fixes réduisent l'inertie du système, permettant des accélérations plus importantes et nécessitant une rigidité moindre pour une stabilité accrue.

La conception du H-bot est complexe à mettre en place et difficile à calibrer, et il est réputé pour nécessiter davantage d'entretien. Le moindre jeu dans les courroies perturbe considérablement la précision XY, ce qui pose un problème particulier lors de la maintenance, car les courroies peuvent s'allonger. Cependant, bien entretenu, le H-bot constitue un système portique efficace, capable de fournir une qualité et une vitesse élevées.