1. Tête cartésienne XY

Un système de portique à tête cartésienne XY est un type de système de contrôle de mouvement couramment utilisé dans les imprimantes 3D (et dans une grande variété d'autres classes de machines CNC). Cette approche 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 de déplacer une masse élevée sur l'axe Y et peut entraîner un risque plus élevé de vibrations de la machine, notamment lors de manœuvres à forte accélération.

Dans un tel système à portique, le lit d'impression est fixe et la tête d'impression ou l'extrudeuse se déplace le long de deux axes perpendiculaires, fonctionnant généralement sur des arbres rectifiés avec des roulements linéaires à recirculation de billes. Les versions plus chères utilisent souvent des rails en V avec des roulements à rouleaux à gorge extérieure en V comme guides, ce qui réduit l'usure des roulements. L'axe X est généralement défini commeacross 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 s'effectue sur 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 répétabilité, permettant un positionnement de haute précision 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 style Ultimaker est un système de structure mécanique et de mouvement d'axe moins couramment utilisé dans l'impression 3D. Il comporte 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 barre transversale destinée à stabiliser le mouvement le long des deux axes en partageant la rigidité. Le mouvement de l'axe Z est généralement effectué sur ces deux axes, plutôt que délégué à un lit d'impression montant et descendant.

Dans ce système, le lit d'impression est généralement fixe et stable. La tête d'impression ou l'extrudeuse se déplace le long des axes X et Y. Ils sont entraînés par des moteurs pas à pas transmettant le mouvement via des courroies crantées. Les deux portiques sont capables de se déplacer simultanément. Cela permet une courbure douce et un mouvement sans à-coups entre les opérations d'impression, car les changements de direction brusques sont minimisés. Cette approche offre également une bonne stabilité lors de l’impression, bénéficiant ainsi à la qualité des résultats imprimés.

Cette approche de conception est plus complexe et nécessite plus d'efforts de configuration et d'étalonnage que des conceptions plus simples. Ceci est particulièrement affecté par les entraînements par courroie qui nécessitent un très bon alignement pour garantir un mouvement précis et reproductible. Certains utilisateurs signalent également des difficultés à accéder au lit d'impression pour effectuer des réglages pendant l'impression, car les deux portiques peuvent parfois bloquer l'accès pendant l'impression.

3. CoreXY

Un système de portique CoreXY est une structure utilisée dans la conception d'imprimantes 3D dotée de moteurs pas à pas stationnaires pour entraîner les axes X et Y. Cela réduit la masse en mouvement dans le portique lors des mouvements sur l'axe Y, car l'entraînement de l'axe Y reste fixe en place. Cela permet une accélération plus élevée et des mouvements plus précis de la tête d'impression, offrant ainsi des résultats d'impression de meilleure qualité.

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

Déplacer moins de masse permet d’obtenir une structure de portique plus légère. Il y a moins de masse en mouvement à laquelle résister aux moments d'accélération élevés. Cette approche est plus sensible à la tension de la courroie et à l'état du glissement que les 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, c’est pourquoi ce système est populaire parmi certains utilisateurs de la catégorie la plus avancée.

4. Tête cartésienne XZ de style i3

La tête cartésienne XZ de style i3 est très largement utilisée dans la conception d'imprimantes 3D. Dans cette approche, la plate-forme d'impression elle-même 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 sur des arbres rectifiés avec précision, à l'aide de douilles à recirculation de billes. Sur les machines plus grandes et plus chères, les rails peuvent être en forme de V, avec des roulements à rouleaux fonctionnant sur ces rails.

Cette conception est simple et facile à construire, ce qui en fait un choix populaire pour les imprimantes 3D domestiques/passe-temps. Il offre une bonne précision dans les machines plus petites, mais nécessite généralement une modération dans les accélérations et les changements de direction en raison d'une rigidité relativement faible et d'une inertie élevée.

Le principal inconvénient de cette conception est qu’il peut être très difficile de maintenir un lit de niveau et d’obtenir des épaisseurs de couche constantes. La faible rigidité, par rapport à d’autres conceptions d’imprimantes 3D plus coûteuses, peut avoir des effets très significatifs 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 entraînements par courroie et des rails linéaires dans une configuration qui, similaire au système CoreXY, comporte des moteurs stationnaires pour entraîner les axes X et Y.

Les deux ceintures pour X et Y forment la forme d’un « H ». Une courroie est attachée à la tête d'impression et se déplace le long de l'axe Y. L'autre courroie est fixée à l'autre extrémité du portique et se déplace le long de l'axe X. La tête d'impression est portée sur un entraînement Z qui se déplace le long des deux rails de l'axe principal.

La disposition du H-bot peut être plus stable et rigide que celle des autres modèles d'imprimante 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.

La conception du H-bot est compliquée à configurer et difficile à calibrer et nécessiterait plus de maintenance. Tout léger jeu qui se développe dans les courroies perturbera considérablement la précision XY, ce qui constitue un problème particulier en matière de maintenance, car les courroies peuvent s'étirer. Cependant, lorsqu'il est bien entretenu, le H-bot est un système de portique efficace, capable de fournir une qualité élevée et une vitesse élevée.