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 sposta l'asse Y spostando l'intero portale. Ciò può comportare lo spostamento di una massa elevata sull'asse Y e può comportare un rischio maggiore di vibrazioni della macchina, soprattutto durante le manovre ad alta accelerazione.

In un tale sistema a portale, 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 utilizzano spesso guide a V con cuscinetti a rulli con scanalatura a V esterna come guide, con conseguente riduzione dell'usura dei cuscinetti. L'asse X è solitamente definito comeacross la macchina, mentre l'asse Y è orientatoindietro/avantirelativo al dispositivo. L'asse Z posiziona l'altezza verticale della testina di stampa o dell'estrusore ed è trasportato dal movimento X del portale.

I sistemi a portale cartesiano-XY sono semplici e facili da costruire e utilizzare. Forniscono inoltre buona precisione e ripetibilità, consentendo il posizionamento ad alta precisione della testina di stampa. Tuttavia, presentano limitazioni in termini di velocità e accelerazione e potrebbero mancare di rigidità per 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 comunemente utilizzato nella stampa 3D. È dotato di 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, che ha lo scopo di stabilizzare il movimento lungo entrambi gli assi condividendo la rigidità. Il movimento dell'asse Z viene solitamente effettuato 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 generalmente fisso e stabile. La testina di stampa o l'estrusore si muove lungo entrambi gli assi X e Y. Sono azionati da motori passo-passo che trasmettono il movimento tramite cinghie dentate. I due portali sono in grado di muoversi simultaneamente. Ciò consente una curvatura uniforme e un movimento senza strappi tra le operazioni di stampa, poiché i cambiamenti direzionali improvvisi sono ridotti al minimo. L'approccio offre anche una buona stabilità durante la stampa, a vantaggio della qualità dei risultati stampati.

Questo approccio progettuale è più complesso e richiede maggiori sforzi di configurazione e calibrazione rispetto ai progetti più semplici. Ciò è particolarmente influenzato dalle trasmissioni a cinghia che richiedono un ottimo allineamento per garantire un movimento accurato e ripetibile. Alcuni utenti segnalano anche difficoltà nell'accesso al piano di stampa per apportare modifiche durante la stampa, poiché i due portali possono bloccare l'accesso a volte durante la stampa.

3. CoreXY

Un sistema a portale CoreXY è una struttura utilizzata nella progettazione di stampanti 3D dotata di motori passo-passo fissi per azionare gli assi X e Y. Ciò riduce la massa in movimento nel portale durante i movimenti dell'asse Y, poiché l'azionamento dell'asse Y rimane fisso in posizione. Ciò consente una maggiore accelerazione e movimenti più precisi della testina di stampa, fornendo risultati di stampa di qualità superiore.

Il sistema CoreXY funziona utilizzando una serie di pulegge e cinghie di ricircolo (loop) disposte in modo che le cinghie di trasmissione si incrocino l'una sull'altra al centro o al centro del sistema. L'azionamento delle cinghie dentate sposta la testina di stampa in entrambe le direzioni X e Y con un'inerzia inferiore.

Lo spostamento di meno massa consente una struttura a portale più leggera. C'è meno massa in movimento a cui resistere nei momenti di accelerazione elevata. Questo approccio è più sensibile alla tensione della cinghia e alle condizioni di scorrimento rispetto ad altri sistemi e può essere complesso da impostare e calibrare. La capacità di accelerazione è considerata un vantaggio sufficiente per superare i problemi di configurazione, quindi questo sistema è popolare tra alcuni utenti nella categoria più avanzata.

4. Testa cartesiana XZ stile i3

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

Questo design è semplice e facile da costruire, rendendolo una scelta popolare per le stampanti 3D domestiche/hobbistica. Fornisce 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.

Lo svantaggio principale di questo progetto è che può essere molto difficile mantenere un letto livellato e ottenere spessori di strato costanti. La scarsa rigidità, rispetto ad altri modelli di stampanti 3D di prezzo più elevato, può avere effetti molto significativi a velocità/accelerazioni degli assi più elevate.

5. H-Bot

L'H-bot è un sistema a portale utilizzato in alcune stampanti 3D. Utilizza trasmissioni a cinghia e guide lineari in un layout che, simile al sistema CoreXY, dispone di motori fissi per azionare gli assi X e Y.

Le due cinture per X e Y formano la forma di una "H". Una cinghia è fissata alla testina di stampa e si muove lungo l'asse Y. L'altro nastro è fissato all'altra estremità del portale e si muove lungo l'asse X. La testina di stampa viene trasportata su un azionamento Z che si muove lungo le due guide dell'asse principale.

Il layout di H-bot può essere più stabile e rigido rispetto ad altri progetti di stampanti 3D, fornendo risultati stampati di qualità superiore. I motori stazionari riducono l'inerzia del sistema, consentendo accelerazioni più elevate e richiedendo meno rigidità per una buona stabilità.

Il design dell'H-bot è complicato da configurare e difficile da calibrare e si dice che richieda maggiore manutenzione. Qualsiasi leggero allentamento che si sviluppa nelle cinghie comprometterà significativamente la precisione XY, il che costituisce un problema particolare durante la manutenzione poiché le cinghie possono allungarsi. Tuttavia, se ben mantenuto, l'H-bot è un efficace sistema a portale in grado di fornire alta qualità e alta velocità.