1. Tête cartésienne-XY

Un système de portique cartésien à tête XY est un type de système de contrôle de mouvement couramment utilisé dans les imprimantes 3D (et une grande variété d'autres types de machines CNC). Ce type de construction déplace la tête d'impression ou l'extrudeuse le long de l'axe X du portique et déplace l'axe Y en déplaçant l'ensemble du portique. Cela peut impliquer le déplacement d'une masse importante sur l'axe Y et augmenter le risque 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 arbres rectifiés équipés de roulements à billes linéaires. Les versions plus onéreuses utilisent souvent des rails en V avec des roulements à rouleaux à rainures en V externes comme guides, ce qui réduit l'usure des roulements. L'axe X est généralement défini comme suit :à traverss la 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 de portique cartésien-XY sont simples et faciles à construire et à utiliser. Ils offrent également une bonne précision et une bonne répétabilité, permettant un positionnement précis de la tête d'impression. Cependant, ils présentent des limites en termes de vitesse et d'accélération et peuvent manquer de rigidité à certains égards.

2. Croisé de style Ultimaker

Le système de portique croisé de type Ultimaker est un système de mouvement à structure mécanique et à axes, moins couramment utilisé en impression 3D. Il est composé de deux portiques parallèles qui positionnent la tête d'impression ou l'extrudeuse le long des axes X et Y. Les portiques sont reliés par une traverse, destinée à stabiliser le mouvement le long des deux axes en partageant la rigidité. Le mouvement de l'axe Z est généralement assuré par ces deux axes, plutôt que par un plateau d'impression ascendant et descendant.

Dans ce système, le plateau d'impression est généralement fixe et stable. La tête d'impression, ou l'extrudeuse, se déplace sur les axes X et Y. Elles sont entraînées par des moteurs pas à pas transmettant le mouvement par courroies crantées. Les deux portiques peuvent se déplacer simultanément. Cela permet une courbure fluide et un mouvement sans à-coups entre les opérations d'impression, les changements de direction brusques étant minimisés. Cette approche offre également une bonne stabilité pendant l'impression, améliorant ainsi la qualité des résultats imprimés.

Cette approche de conception est plus complexe et nécessite davantage d'efforts de configuration et d'étalonnage que des conceptions plus simples. Ceci est particulièrement affecté par les courroies d'entraînement, 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 piloter les axes X et Y. Cela réduit la masse en mouvement dans le portique lors des mouvements de l'axe Y, car l'entraînement de l'axe Y reste fixe. Cela permet une accélération plus élevée et des mouvements plus précis de la tête d'impression, pour des impressions de meilleure qualité.

Le système CoreXY utilise une série de poulies et de courroies de recirculation (en boucle) disposées de manière à ce que les courroies d'entraînement se croisent au cœur du système. L'entraînement des courroies crantées déplace la tête d'impression dans les directions X et Y avec une inertie réduite.

La réduction de la masse en mouvement permet d'alléger la structure du portique. La masse en mouvement est moins importante pour résister aux fortes accélérations. Cette approche est plus sensible à la tension et au glissement de la courroie que d'autres systèmes et peut être complexe à configurer et à calibrer. La capacité d'accélération est considérée comme un avantage suffisant pour compenser les problèmes de configuration, ce qui explique la popularité de ce système auprès des utilisateurs les plus expérimentés.

4. Tête cartésienne XZ de style i3

La tête cartésienne XZ de type i3 est très répandue dans la conception d'imprimantes 3D. Avec cette approche, la plateforme d'impression est soulevée 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 sur des arbres rectifiés avec précision, grâce à des bagues à recirculation de billes. Sur les machines plus grandes et plus onéreuses, les rails peuvent être en V, sur lesquels roulent des roulements à rouleaux.

Cette conception simple et facile à construire en fait un choix populaire pour les imprimantes 3D domestiques et de loisirs. Elle offre une bonne précision sur les petites machines, mais nécessite généralement une certaine modération dans les accélérations et les changements de direction en raison de sa rigidité relativement faible et de sa forte inertie.

Le principal inconvénient de cette conception est la difficulté de maintenir un plateau plan et d'obtenir des épaisseurs de couche constantes. La faible rigidité, comparée à d'autres imprimantes 3D plus coûteuses, peut avoir des conséquences importantes à des vitesses/accélérations d'axe plus élevées.

5. H-Bot

Le H-bot est un système de portique utilisé dans certaines imprimantes 3D. Il utilise des courroies d'entraînement et des rails linéaires selon une configuration similaire à celle du système CoreXY, avec des moteurs fixes pour entraîner les axes X et Y.

Les deux courroies 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 portée par un entraînement Z qui se déplace le long des deux rails de l'axe principal.

La configuration H-bot est plus stable et rigide que celle des autres imprimantes 3D, offrant ainsi des résultats d'impression de meilleure qualité. Les moteurs stationnaires réduisent l'inertie du système, permettant des accélérations plus élevées et nécessitant moins de rigidité pour une bonne stabilité.

Le H-bot est complexe à configurer et à calibrer, et nécessite un entretien plus important. Le moindre jeu dans les courroies perturbe considérablement la précision XY, ce qui constitue un problème de maintenance important, notamment en raison de l'allongement des courroies. Cependant, bien entretenu, le H-bot est un système de portique efficace, capable d'assurer une qualité élevée et une cadence élevée.