A tecnologia de impressão 3D está avançando a passos largos. Num instante estamos discutindo a fabricação de pequenos brinquedos para entreter crianças, e no instante seguinte vemos notícias de que uma impressora 3D construiu um prédio de concreto capaz de resistir a um terremoto de magnitude 8. Com o tempo, "imprimir uma impressora 3D em 3D" também parece possível.

Mas, deixando as perspectivas de lado, o que mais interessa aos entusiastas e criadores ainda são as impressoras 3D de mesa — os tipos disponíveis, a velocidade de impressão e o preço. Se você gosta de investigar a fundo as coisas, ou já tentou construir uma impressora 3D por conta própria, certamente já se perguntou: como elas se movem?

Atualmente, os modelos mais populares de impressoras 3D de mesa são XYZ, I3 e CoreXY. Seu funcionamento é o seguinte: a máquina possui um ou mais eixos nas direções X, Y e Z do sistema de coordenadas 3D. Uma extremidade de cada eixo é equipada com um motor para fornecer energia. Correias síncronas ou fusos de esferas 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 três direções, a máquina pode posicionar o bico 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 3 propósitos durante a impressão:

1. Precisão: Obtenha tolerâncias rigorosas, evite oscilações e assegure que a cabeça de impressão ou a mesa 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 em impressoras 3D incluem:

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

Rodas e perfis

Dentre todos os tipos de guias, a combinação de rodas e perfis é provavelmente a mais comum e econômica. Normalmente, são utilizados de 3 a 4 roletes que percorrem o sulco em forma de V ou T do perfil para guiar os movimentos.

O anel externo das rodas é geralmente feito de POM (poliformaldeído), e o anel interno é composto 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 impressoras. Com o uso correto, os roletes de POM podem durar centenas de horas. Alguns fabricantes também utilizam PC (policarbonato) para produzir rodas, que apresentam resistência ainda maior e vida útil mais longa, embora a um preço ligeiramente mais elevado.

Para garantir um movimento linear, as rodas devem aderir corretamente aos perfis. Se estiverem muito soltas, podem ocorrer vibrações em altas velocidades. Se estiverem muito apertadas, o desgaste aumenta — detritos acumulados podem se formar entre as rodas e os trilhos, causando movimentos irregulares ou instáveis. Portanto, os usuários precisam ajustar a firmeza das rodas de acordo com o funcionamento da impressora, limpar os detritos e substituir as rodas quando necessário. Comparado a outros tipos de guias, o conjunto roda-perfil requer manutenção mais frequente.

Além disso, os plásticos têm menor rigidez do que os metais. A deformação das rodas durante o movimento é difícil de evitar, portanto, as impressoras que usam rodas geralmente têm menor precisão em comparação com aquelas com guias de aço.

Os perfis comumente usados ​​em impressoras 3D estão disponíveis em dois tipos: perfis com ranhura em V e perfis com ranhura em T. Como os nomes sugerem, a principal diferença entre eles é o formato da seção transversal. Diferentes perfis são combinados com diferentes rodas para obter bons efeitos de guia.

Como os perfis são personalizáveis, baratos e oferecem desempenho suficiente, a combinação de rodas e perfis é a melhor opção para muitos projetos de impressoras 3D do tipo "faça você mesmo".

Vantagens

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

Desvantagens

• Menor precisão;
• Mais suscetível à vibração;
• Requer manutenção mais frequente.

Hastes lineares e rolamentos

As limitações dos guias de roda e perfil levaram os entusiastas do faça-você-mesmo e os fabricantes a direcionarem sua atenção para outra combinação com precisão e estabilidade superiores: hastes lineares e rolamentos. Nos últimos anos, os guias de haste e rolamento tornaram-se praticamente sinônimos de sistemas de guia para impressoras 3D. São necessárias pelo menos duas hastes e dois rolamentos para cada eixo da impressora. Os rolamentos se encaixam nas hastes, conectando-se a carros com extrusora ou mesa aquecida, para guiar o movimento linear.

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

Sim, o deslizamento suave também tem suas desvantagens. Quando usadas para guiar, as hastes precisam ser fixadas em ambas as extremidades com grampos metálicos. Além disso, os rolamentos não só se movem linearmente, como também giram 360° em torno dos cilindros. Por isso, precisam ser fixados a rolamentos em outra haste paralela para permitir que a extrusora ou a mesa aquecida se movam linearmente. O paralelismo entre duas hastes pode ser um desafio, especialmente para quem faz projetos por conta própria.

Assim, o uso de guias de eixo significa maior precisão e estabilidade, por um lado, mas também maior área ocupada e peso, além de maior dificuldade de montagem, por outro.

Os rolamentos utilizados com hastes são principalmente rolamentos de esferas em forma de U e rolamentos lineares, feitos inteiramente de aço. Os rolamentos de esferas em forma de U assemelham-se a rodas que podem rolar ao longo das hastes. Os rolamentos lineares possuem uma bucha cilíndrica externa, com várias fileiras de esferas internas que podem se mover ao longo do eixo. Ambos proporcionam um deslizamento suave com atrito mínimo.

As bielas e os rolamentos têm longa durabilidade, exigindo apenas limpeza ocasional para remover o acúmulo de resíduos nas bielas e lubrificação dos rolamentos. Se as bielas estiverem alojadas em uma carcaça em vez de atuarem como estrutura, a desmontagem da carcaça e a lubrificação dos rolamentos são simples. No entanto, a substituição de rolamentos desgastados após uso prolongado pode ser um pouco complicada.

Vantagens

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

Desvantagens

• Ocupa mais espaço e tem maior peso quando fechado;
• O paralelismo pode ser um problema;
• A substituição de rolamentos pode ser complicada.

Trilhos lineares

Os trilhos lineares, também conhecidos como guias lineares, têm sido uma tendência nos últimos anos. A parte de aço do trilho possui uma guia em cada lado, e os deslizadores encaixados nele contêm dois conjuntos de rolamentos de esferas que podem se mover ao longo das guias. Além das impressoras 3D industriais, um número crescente de fabricantes de impressoras de mesa também está utilizando trilhos lineares em suas linhas de produtos de alta qualidade.

Embora ambos sejam feitos de aço, na prática, os trilhos lineares são menos suscetíveis a flexão e vibração em comparação com as barras. Isso se deve principalmente ao seu método de montagem exclusivo. As barras são fixadas apenas nas extremidades, enquanto os trilhos lineares possuem furos de montagem em intervalos regulares na superfície, permitindo que sejam fixados firmemente à estrutura ou a outros suportes.

Isso garante um movimento linear estável e melhora a qualidade de impressão, ao mesmo tempo que aumenta o limite de velocidade, evitando vibrações excessivas em altas velocidades. Essa é uma das razões pelas quais a J1 consegue imprimir em alta velocidade.

Durante a montagem, os trilhos lineares podem guiar um único eixo sem necessidade de pareamento, economizando espaço e peso, tornando a máquina mais leve e compacta. Além disso, não há necessidade de se preocupar com o paralelismo dos trilhos.

Parece ótimo, mas qual é o problema? O preço. Cálculos aproximados mostram que, embora os deslizadores para trilhos lineares tenham preços semelhantes aos rolamentos para hastes, os próprios trilhos custam de 2,5 a 4 vezes mais do que um par de hastes de comprimento equivalente. Em comparação, as hastes são baratas e suficientemente boas. Considerando o custo extra em relação aos ganhos de desempenho, a maioria dos entusiastas de projetos "faça você mesmo" ainda optaria por hastes e rolamentos.

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

Vantagens

• Altíssima precisão;
• Suporta impressão de alta velocidade;
• Tamanho compacto, fácil de usar;

Desvantagens

• Não podem servir como estruturas de suporte, precisam ser instaladas em perfis, etc.;
• Caro.

Trilhos lineares embutidos

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

Os principais pontos fortes dos trilhos lineares residem na alta rigidez dos trilhos de aço e no movimento preciso e suave proporcionado pelos rolamentos de esferas. Essas vantagens são mantidas nos trilhos lineares embutidos.

Na fabricação dos Módulos Lineares, a FUYU incorpora duas tiras de aço nas paredes internas da estrutura de liga de alumínio, e então utiliza uma máquina CNC para retificar o aço com precisão micrométrica, transformando-o em trilhos. Além disso, com os trilhos embutidos mais largos, a rigidez é ainda maior sem aumentar o peso, tornando-se mais adequada para operações CNC de alta potência — afinal, impressoras 3D comuns não exigem tamanha rigidez.

Em comparação com a montagem direta de trilhos lineares na superfície de perfis extrudados, o embutimento dos trilhos de aço dentro dos módulos lineares evita o acúmulo de poeira nos trilhos, reduzindo a frequência de manutenção. Isso também torna os módulos mais leves e compactos, evitando que uma máquina cara acabe parecendo um projeto amador. No entanto, o embutimento de trilhos lineares apresenta desafios consideráveis ​​de fabricação para o produtor, sem nenhuma vantagem de custo em relação aos trilhos lineares convencionais.

Vantagens

• Semelhante aos trilhos lineares: altíssima precisão, suporta impressão em alta velocidade, tamanho reduzido;
• Rigidez dos trilhos ainda mais aprimorada;
• Menor frequência de manutenção com trilhos fechados;

Desvantagens

• Caro;
• Não é adequado para projetos "faça você mesmo".