1. 카르테시안-XY-헤드

카르테시안-XY 헤드 갠트리 시스템은 3D 프린터(및 다양한 종류의 CNC 기계)에 일반적으로 사용되는 모션 제어 시스템 유형입니다. 이 구조 방식은 프린트 헤드 또는 압출기를 갠트리의 X축을 따라 이동시키고, Y축은 갠트리 전체를 움직여 이동시킵니다. 이는 Y축에 상당한 질량이 집중되어 있어, 특히 고속 가속 동작 시 기계 진동이 발생할 위험이 더 클 수 있습니다.

이러한 갠트리 시스템에서 프린트 베드는 고정되어 있고 프린트 헤드 또는 압출기는 서로 직교하는 두 축을 따라 이동하며, 일반적으로 볼 베어링이 순환하는 접지축에서 작동합니다. 고가의 버전에서는 종종 외부에 V자형 홈이 있는 롤러 베어링이 있는 V 레일을 가이드로 사용하여 베어링 마모를 줄입니다. X축은 일반적으로 다음과 같이 정의됩니다.가로기계의 경우 Y축은 다음과 같이 방향이 지정됩니다.뒤로/앞으로장치를 기준으로 한 상대적인 위치입니다. Z축은 프린트 헤드 또는 압출기의 수직 높이를 결정하며, 갠트리의 X축 이동에 따라 움직입니다.

직교 XY 갠트리 시스템은 구조가 간단하고 제작 및 작동이 용이합니다. 또한 정밀도와 반복성이 우수하여 프린트 헤드의 고정밀 위치 지정이 가능합니다. 그러나 속도 및 가속도 측면에서 한계가 있으며, 일부 측면에서 강성이 부족할 수 있습니다.

2. 울티메이커 스타일 크로스

울티메이커 스타일의 크로스 갠트리 시스템은 3D 프린팅에서 흔히 사용되지 않는 기계적 구조 및 축 이동 시스템입니다. 이 시스템은 프린트 헤드 또는 익스트루더를 X축과 Y축을 따라 위치시키는 두 개의 평행한 갠트리로 구성됩니다. 두 갠트리는 크로스바로 연결되어 있으며, 이 크로스바는 강성을 공유하여 두 축을 따라 움직임을 안정화하는 역할을 합니다. Z축 이동은 일반적으로 프린트 베드의 상승 및 하강 대신 이 두 축을 통해 이루어집니다.

이 시스템에서 프린트 베드는 일반적으로 고정되어 안정적입니다. 프린트 헤드 또는 익스트루더는 X축과 Y축을 따라 이동하며, 스테퍼 모터로 구동되어 톱니 벨트를 통해 동력을 전달합니다. 두 개의 갠트리는 동시에 움직일 수 있어, 갑작스러운 방향 전환을 최소화하여 부드러운 곡선 이동과 인쇄 작업 간의 끊김 없는 움직임을 가능하게 합니다. 또한, 인쇄 중 안정성이 뛰어나 출력물의 품질을 향상시킵니다.

이러한 설계 방식은 단순한 설계 방식보다 더 복잡하고 설정 및 보정에 더 많은 노력이 필요합니다. 특히 벨트 구동 방식은 정확하고 반복 가능한 움직임을 보장하기 위해 정밀한 정렬이 요구됩니다. 또한 일부 사용자는 두 개의 갠트리가 인쇄 중에 프린트 베드 접근을 방해하여 조정을 위해 접근하는 데 어려움을 겪는다고 보고합니다.

3. 코어XY

코어XY 갠트리 시스템은 X축과 Y축을 구동하기 위해 고정형 스테퍼 모터를 사용하는 3D 프린터 설계 구조입니다. Y축 구동부가 고정되어 있기 때문에 Y축 이동 시 갠트리 내부의 움직이는 질량이 줄어듭니다. 이는 프린트 헤드의 가속도를 높이고 더욱 정밀한 움직임을 가능하게 하여 고품질의 출력물을 제공합니다.

CoreXY 시스템은 풀리와 순환 벨트(루프 벨트)를 사용하여 작동하며, 구동 벨트는 시스템의 중심부에서 서로 교차하도록 배열됩니다. 톱니 벨트를 구동하면 프린트 헤드가 낮은 관성으로 X축과 Y축 방향으로 움직입니다.

질량 이동량이 적으면 갠트리 구조를 더 가볍게 만들 수 있습니다. 또한 높은 가속도에서 저항해야 하는 이동 질량이 줄어듭니다. 하지만 이 방식은 다른 시스템보다 벨트 장력과 슬라이드 상태에 더 민감하며 설치 및 교정이 복잡할 수 있습니다. 그럼에도 불구하고 가속 성능이 설치상의 어려움을 상쇄할 만큼 충분히 뛰어나기 때문에 고급 사용자층에서 인기가 높습니다.

4. i3 스타일 카르테시안-XZ-헤드

i3 스타일의 카르테시안 XZ 헤드는 3D 프린터 설계에 매우 널리 사용됩니다. 이 방식에서는 프린트 플랫폼 자체가 위아래로 움직이며(Z축 이동), 프린트 헤드는 갠트리 상에서 X축과 Y축으로 별도로 이동합니다. 익스트루더는 정밀하게 가공된 축을 따라 움직이는 캐리지에 장착되며, 볼 베어링을 사용하여 부드럽게 회전합니다. 대형 고가 모델에서는 레일이 V자 형태로 제작되고, 롤러 베어링이 레일 위를 움직이는 경우도 있습니다.

이 디자인은 단순하고 제작이 용이하여 가정용/취미용 3D 프린터에 널리 사용됩니다. 소형 기기에서도 우수한 정확도와 정밀도를 제공하지만, 상대적으로 낮은 강성과 높은 관성으로 인해 가속 및 방향 전환 시 주의가 필요합니다.

이 설계의 가장 큰 단점은 수평을 유지하고 일정한 레이어 두께를 구현하기가 매우 어렵다는 점입니다. 다른 고가의 3D 프린터 설계에 비해 강성이 떨어지기 때문에 높은 축 회전 속도/가속도에서 그 영향이 매우 클 수 있습니다.

5. H-봇

H-봇은 일부 3D 프린터에 사용되는 갠트리 시스템입니다. 코어XY 시스템과 유사하게 고정 모터를 사용하여 X축과 Y축을 구동하는 벨트 드라이브와 선형 레일 구조를 가지고 있습니다.

X축과 Y축을 담당하는 두 개의 벨트는 "H"자 모양을 이룹니다. 하나의 벨트는 프린트 헤드에 연결되어 Y축을 따라 이동하고, 다른 벨트는 갠트리의 반대쪽 끝에 연결되어 X축을 따라 이동합니다. 프린트 헤드는 두 개의 주축 레일을 따라 이동하는 Z축 구동 장치에 의해 지지됩니다.

H-bot 레이아웃은 다른 3D 프린터 설계보다 안정적이고 견고하여 더 높은 품질의 출력물을 제공할 수 있습니다. 고정형 모터는 시스템 관성을 줄여 더 높은 가속도를 가능하게 하고, 안정성을 위해 필요한 강성을 낮춥니다.

H-봇 설계는 설치가 복잡하고 보정이 어려우며 유지보수가 많이 필요한 것으로 알려져 있습니다. 벨트에 아주 미세한 장력이라도 생기면 XY축 정밀도에 심각한 영향을 미치는데, 벨트가 늘어날 수 있다는 점에서 유지보수 측면에서 특히 문제가 됩니다. 하지만 제대로 유지보수될 경우, H-봇은 고품질의 고속 가공을 제공할 수 있는 효과적인 갠트리 시스템입니다.