1. Testa cartesiana XY

Un sistema a portale cartesiano XY è un tipo di sistema di controllo del movimento comunemente utilizzato nelle stampanti 3D (e in un'ampia varietà di altre classi di macchine CNC). Questo approccio costruttivo sposta la testina di stampa o l'estrusore lungo l'asse X del portale e muove l'asse Y spostando l'intero portale. Ciò può comportare lo spostamento di una massa elevata sull'asse Y e può comportare un maggior rischio di vibrazioni della macchina, soprattutto durante manovre ad alta accelerazione.

In un sistema a portale di questo tipo, il piano di stampa è fisso e la testina di stampa o l'estrusore si muove lungo due assi perpendicolari, tipicamente scorrendo su alberi rettificati con cuscinetti lineari a ricircolo di sfere. Le versioni più costose spesso utilizzano guide a V con cuscinetti a rulli con scanalatura a V esterna, con conseguente riduzione dell'usura dei cuscinetti. L'asse X è solitamente definito comeacromentre la macchina è orientataavanti/indietrorispetto al dispositivo. L'asse Z determina l'altezza verticale della testina di stampa o dell'estrusore ed è supportato dal movimento X del portale.

I sistemi a portale cartesiani XY sono semplici e facili da costruire e utilizzare. Offrono inoltre una buona precisione e ripetibilità, consentendo un posizionamento di alta precisione della testina di stampa. Tuttavia, presentano limitazioni in termini di velocità e accelerazione e possono risultare carenti in alcuni aspetti.

2. Incrociato in stile Ultimaker

Il sistema a portale incrociato in stile Ultimaker è una struttura meccanica e un sistema di movimento degli assi meno comuni nella stampa 3D. È costituito da due portali paralleli che posizionano la testina di stampa o l'estrusore lungo gli assi X e Y. I portali sono collegati da una traversa, progettata per stabilizzare il movimento lungo entrambi gli assi distribuendo la rigidità. Il movimento lungo l'asse Z viene solitamente gestito su questi due assi, anziché essere delegato a un piano di stampa che si alza e si abbassa.

In questo sistema, il piano di stampa è in genere fisso e stabile. La testina di stampa o estrusore si muove lungo entrambi gli assi X e Y. Il movimento è azionato da motori passo-passo che trasmettono la forza motrice tramite cinghie dentate. I due portali possono muoversi simultaneamente, consentendo una curvatura fluida e movimenti senza scatti tra le operazioni di stampa, riducendo al minimo i bruschi cambi di direzione. Questo approccio offre inoltre una buona stabilità durante la stampa, a vantaggio della qualità dei risultati.

Questo approccio progettuale è più complesso e richiede maggiore impegno in fase di configurazione e calibrazione rispetto a design più semplici. Ciò è particolarmente vero per le trasmissioni a cinghia, che richiedono un allineamento molto preciso per garantire un movimento accurato e ripetibile. Alcuni utenti segnalano inoltre difficoltà di accesso al piano di stampa per effettuare regolazioni durante la stampa, poiché i due portali possono talvolta ostruire l'accesso.

3. CoreXY

Un sistema a portale CoreXY è una struttura utilizzata nella progettazione di stampanti 3D che impiega motori passo-passo fissi per azionare gli assi X e Y. Ciò riduce la massa in movimento all'interno del portale durante gli spostamenti dell'asse Y, poiché il motore dell'asse Y rimane fisso in posizione. Questo permette di ottenere accelerazioni maggiori e movimenti più precisi della testina di stampa, garantendo risultati di stampa di qualità superiore.

Il sistema CoreXY funziona utilizzando una serie di pulegge e cinghie di ricircolo (a circuito chiuso) disposte in modo che le cinghie di trasmissione si incrocino al centro del sistema. La trasmissione delle cinghie dentate muove la testina di stampa sia in direzione X che in direzione Y con minore inerzia.

La minore massa in movimento consente di realizzare una struttura a portale più leggera. Vi è quindi una minore massa in movimento da contrastare in presenza di momenti di elevata accelerazione. Questo approccio è più sensibile alla tensione del nastro e alle condizioni di scorrimento rispetto ad altri sistemi e può risultare complesso da configurare e calibrare. Tuttavia, la capacità di accelerazione è considerata un vantaggio sufficiente a compensare le difficoltà di configurazione, pertanto questo sistema è apprezzato da alcuni utenti più esperti.

4. Testina cartesiana XZ in stile i3

La testina di stampa cartesiana XZ in stile i3 è ampiamente utilizzata nella progettazione di stampanti 3D. In questo approccio, la piattaforma di stampa viene sollevata e abbassata (movimento sull'asse Z), mentre la testina di stampa viene trasportata separatamente sul portale per gli assi X e Y. L'estrusore è montato su un carrello che si muove lungo gli assi X e Y su alberi rettificati di precisione, utilizzando boccole a ricircolo di sfere. Nelle macchine più grandi e costose, le guide possono essere a forma di V, con cuscinetti a rulli che scorrono su di esse.

Questo design è semplice e facile da realizzare, il che lo rende una scelta popolare per le stampanti 3D domestiche/hobbistiche. Offre una buona accuratezza e precisione nelle macchine più piccole, ma in generale richiede moderazione nell'accelerazione e nei cambi di direzione a causa della rigidità relativamente bassa e dell'elevata inerzia.

Il principale svantaggio di questo design è la difficoltà nel mantenere un piano di stampa livellato e ottenere spessori di strato uniformi. La scarsa rigidità, rispetto ad altri modelli di stampanti 3D di fascia di prezzo superiore, può avere effetti significativi a velocità/accelerazioni degli assi più elevate.

5. H-Bot

L'H-bot è un sistema a portale utilizzato in alcune stampanti 3D. Si avvale di trasmissioni a cinghia e guide lineari in una configurazione che, analogamente al sistema CoreXY, prevede motori fissi per azionare gli assi X e Y.

Le due cinghie per gli assi X e Y formano una "H". Una cinghia è fissata alla testina di stampa e si muove lungo l'asse Y. L'altra cinghia è fissata all'altra estremità del portale e si muove lungo l'asse X. La testina di stampa è montata su un azionamento Z che si muove lungo le due guide principali dell'asse.

La configurazione dell'H-bot può risultare più stabile e rigida rispetto ad altri design di stampanti 3D, garantendo risultati di stampa di qualità superiore. I motori fissi riducono l'inerzia del sistema, consentendo accelerazioni maggiori e richiedendo una minore rigidità per una buona stabilità.

Il design dell'H-bot è complesso da configurare e difficile da calibrare, e si dice che richieda una manutenzione più frequente. Qualsiasi minimo allentamento delle cinghie compromette significativamente la precisione XY, il che rappresenta un problema particolare in fase di manutenzione, dato che le cinghie possono allungarsi. Tuttavia, se ben manutenuto, l'H-bot è un sistema a portale efficace, in grado di offrire alta qualità e alta velocità.