A tecnologia de impressão 3D está avançando a passos largos. Num momento estamos discutindo a fabricação de pequenos brinquedos para entreter as crianças, e no segundo seguinte vemos a notícia de que uma impressora 3D construiu um edifício de concreto que pode resistir a um terremoto de magnitude 8. Com o tempo, “imprimir uma impressora 3D” também parece possível.

Mas deixando de lado as perspectivas, o que interessa mais aos amadores e fabricantes ainda são as impressoras 3D de mesa – que tipos existem, com que rapidez imprimem e quanto custam. Se você gosta de ir ao fundo das coisas, ou já tentou fazer uma impressora 3D DIY antes, você também deve ter pensado nesta questão: como elas se movem?

XYZ, I3 e CoreXY são atualmente os estilos mais populares de impressoras 3D de mesa. É assim que eles se movem: a máquina possui um ou vários eixos nas direções X, Y e Z do sistema de coordenadas 3D. Uma extremidade de cada eixo está equipada com um motor para fornecer energia. Correias síncronas ou parafusos de avanço convertem a rotação do motor em movimento linear ao longo das direções X, Y e Z. Finalmente, com os sistemas de trilhos guia lineares nas 3 direções, a máquina pode posicionar o bocal em qualquer ponto do espaço 3D formado pelos eixos, extrudar o filamento e criar um objeto 3D.

Por que os sistemas de guia são importantes?

Os sistemas de guia servem principalmente a três propósitos durante a impressão:

1. Precisão: obtenha tolerância rígida, evite oscilações e garanta que a cabeça de impressão ou base aquecida instalada nas guias se mova linearmente ao longo da direção predeterminada;
2. Suavidade: Reduz o atrito com rolamentos ou rolos e contribui para um movimento mais suave;
3. Confiabilidade: Estruturas de guia com excelente rigidez podem melhorar a confiabilidade da máquina e contribuir para impressões mais consistentes ao longo do tempo.

A variedade de sistemas de guia

Em geral, os sistemas de guia utilizados nas impressoras 3D incluem:

1. Rodas e perfis
2. Hastes e rolamentos lineares
3. Trilhos lineares
4. Trilhos lineares incorporados

Rodas e perfis

Dentre todas as guias, a combinação de rodas e perfis é provavelmente a mais comum e econômica. Normalmente existem 3 a 4 rolos correndo ao longo da ranhura em forma de V ou T do perfil para guiar os movimentos.

O anel externo das rodas é mais comumente feito de POM (poliformaldeído), e o anel interno é feito de aço e rolamentos de esferas. O POM possui alta resistência, baixa deformação e excelente resistência à abrasão, tornando-o especialmente adequado para a fabricação de rodas de impressora. Com o uso adequado, os rolos POM podem durar centenas de horas. Alguns fabricantes também utilizam PC (policarbonato) para fabricar rodas, que apresentam resistência ainda maior e vida útil mais longa, embora a um preço um pouco mais elevado.

Para garantir o movimento linear, as rodas devem aderir adequadamente aos perfis. Muito solto e vibração pode ocorrer em altas velocidades. Muito apertado aumentará o desgaste - detritos acumulados podem se acumular entre as rodas e os trilhos, causando movimentos irregulares ou instáveis. Portanto, os usuários precisam ajustar o aperto das rodas com base no funcionamento da impressora, limpar detritos e substituir as rodas quando necessário. Em comparação com outras guias, a combinação roda e perfil requer manutenção mais frequente.

Além disso, os plásticos têm menor rigidez que os metais. É difícil evitar a deformação da roda durante o movimento, por isso as impressoras que usam rodas geralmente têm menor precisão em comparação com aquelas com guias de aço.

Os perfis comumente utilizados em impressoras 3D estão disponíveis em dois tipos: perfis V-slot e perfis T-slot. Como os nomes sugerem, a principal diferença entre eles é o formato da seção transversal. Perfis diferentes combinam com rodas diferentes para obter bons efeitos de orientação.

Como os perfis são personalizáveis, baratos e com desempenho suficiente, a combinação de rodas e perfis é a melhor escolha para muitas construções de impressoras 3D DIY.

Vantagens

• Bom desempenho de orientação, barato e útil;
• Opções abundantes, amplamente disponíveis;
• Fácil de instalar, usar e modificar;

Desvantagens

• Menor precisão;
• Mais sujeito a vibrações;
• Requer manutenção mais frequente.

Hastes e rolamentos lineares

As limitações das guias de rodas e perfis levaram os DIYers e os fabricantes a desviarem mais a atenção para outra combinação com precisão e estabilidade superiores – hastes lineares e rolamentos. Nos últimos anos, as guias de haste e rolamento tornaram-se quase sinônimos de sistemas de guia para impressoras 3D. São necessárias pelo menos 2 hastes e 2 rolamentos para cada eixo da impressora. Os rolamentos envolvem ou aderem às hastes, enquanto se conectam a carros montados com uma extrusora ou base aquecida, para guiar o movimento linear.

Uma haste linear, também conhecida como haste lisa, é simplesmente uma haste de aço cilíndrica, disponível em vários tamanhos – as impressoras 3D normalmente usam hastes de 8 mm de diâmetro. As hastes podem ser usinadas com alta precisão dimensional com superfícies muito lisas. Emparelhados com rolamentos de esferas, as hastes montadas corretamente podem obter movimentos lineares bastante bons.

E sim, também há desvantagens em ser suave. Quando utilizadas para orientação, as hastes precisam ser fixadas em ambas as extremidades com grampos metálicos. Além disso, os rolamentos podem não apenas se mover linearmente, mas também girar 360° em torno dos cilindros. É por isso que eles precisam ser fixados a rolamentos em outra haste paralela para permitir que a extrusora ou a cama aquecida se movam linearmente. O paralelismo entre duas hastes pode ser um desafio, especialmente para os DIYers.

Portanto, usar guias de eixo significa maior precisão e estabilidade, por um lado, mas também maior pegada e peso, além de maior dificuldade de montagem, por outro.

Os rolamentos usados ​​com hastes são principalmente rolamentos com ranhura em U e rolamentos lineares feitos inteiramente de aço. Os rolamentos com ranhura em U lembram rodas que podem rolar ao longo das hastes. Os rolamentos lineares possuem uma bucha cilíndrica na parte externa, com várias fileiras de esferas na parte interna que podem circular ao longo do eixo. Ambos podem realizar uma orientação suave com atrito mínimo.

As hastes e os rolamentos são de longa duração, exigindo apenas limpeza ocasional de incrustações nas hastes e lubrificação dos rolamentos. Se as hastes estiverem contidas em uma carcaça em vez de atuarem como estrutura, a desmontagem da carcaça e a lubrificação dos rolamentos são simples. No entanto, substituir rolamentos desgastados após uso prolongado pode ser um pouco complicado.

Vantagens

• Excelente desempenho de orientação, alta precisão, custo moderado;
• Opções abundantes, amplamente disponíveis;
• Baixa frequência de manutenção;

Desvantagens

• Maior pegada e peso quando fechado;
• O paralelismo pode ser um problema;
• Substituir rolamentos pode ser complicado.

Trilhos lineares

O trilho linear, também conhecido como guia linear, tem sido uma tendência nos últimos anos. A parte do trilho de aço tem um trilho em cada lado, e os controles deslizantes aninhados nele contêm 2 conjuntos de rolamentos de esferas que podem circular ao longo dos trilhos. Além das impressoras 3D industriais, cada vez mais fabricantes de desktops também estão usando trilhos lineares em suas linhas de produtos de alta qualidade.

Embora ambos sejam feitos de aço, quando se trata de trabalho real, os trilhos lineares são menos suscetíveis a flexões e vibrações em comparação com as hastes. Isto é atribuído principalmente ao seu método de montagem exclusivo. As hastes são fixadas apenas em ambas as extremidades, enquanto os trilhos lineares possuem furos de montagem em intervalos regulares na superfície, permitindo que sejam firmemente fixados à caixa ou outras estruturas de suporte.

Isto garante um movimento linear estável e melhora a qualidade de impressão, por um lado, e aumenta o limite de velocidade, evitando oscilações excessivas em altas velocidades, por outro. Esta é uma das razões pelas quais J1 pode atingir impressão em alta velocidade.

Durante a montagem, os trilhos lineares podem guiar um único eixo sem emparelhamento, economizando espaço e peso para tornar a máquina mais leve e compacta. Também não há necessidade de se preocupar com o paralelismo ferroviário.

Tudo parece ótimo, mas qual é o problema? O preço. Cálculos aproximados mostram que, embora os controles deslizantes para trilhos lineares tenham preços semelhantes aos rolamentos para hastes, os próprios trilhos custam cerca de 2,5 a 4 vezes mais que um par de hastes com comprimentos equivalentes. Em comparação, as hastes são baratas e boas o suficiente. Pesando o custo extra em relação aos ganhos de desempenho, a maioria dos DIYers ainda optaria por hastes e rolamentos.

Para manutenção, os trilhos lineares são semelhantes aos anteriores, necessitando de lubrificação regular dos mancais. Os trilhos expostos também precisam de limpeza ocasional.

Vantagens

• Precisão muito elevada;
• Suporta impressão em alta velocidade;
• Pegada pequena, fácil de usar;

Desvantagens

• Não pode servir como estrutura de suporte, necessita ser instalado em perfis, etc.;
• Caro.

Trilhos lineares incorporados

Em vez de utilizar diretamente os guias acima, alguns fabricantes, com o objetivo de desenvolver capacidades técnicas ou atender a produtos específicos, também estão explorando melhores soluções.

Os principais pontos fortes dos trilhos lineares residem na alta rigidez dos trilhos de aço e no movimento preciso e suave possibilitado pelos rolamentos de esferas. Estas vantagens são preservadas em trilhos lineares embutidos.

Ao fabricar os Módulos Lineares, a FUYU incorpora duas tiras de aço nas paredes internas da caixa de liga de alumínio e, em seguida, o CNC retifica o aço precisamente em trilhos com precisão de usinagem em nível de mícron. Além disso, com os trilhos embutidos mais largos, a rigidez é melhorada sem aumentar o peso, adequando-se melhor às operações CNC de alta potência – afinal, as impressoras 3D comuns não exigem uma rigidez tão extrema.

Em comparação com a montagem direta de trilhos lineares na superfície das extrusões, a incorporação dos trilhos de aço dentro dos módulos lineares evita o acúmulo de poeira nos trilhos, reduzindo a frequência de manutenção. Também torna os módulos mais leves e compactos, para que uma máquina cara não acabe parecendo um projeto de entusiasta do faça você mesmo. No entanto, a incorporação de trilhos lineares apresenta desafios de fabricação consideráveis ​​para o produtor, sem nenhuma vantagem de custo em relação aos trilhos lineares normais.

Vantagens

• Igual aos trilhos lineares: precisão muito alta, suporta impressão em alta velocidade e ocupa pouco espaço;
• A rigidez ferroviária melhorou ainda mais;
• Menor frequência de manutenção com trilhos fechados;

Desvantagens

• Caro;
• Não é adequado para bricolage.