A tecnologia de impressão 3D avança 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 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 a amadores e fabricantes ainda são as impressoras 3D de mesa — quais os tipos disponíveis, a velocidade de impressão e o preço. Se você gosta de ir a fundo nas coisas ou já tentou fazer uma impressora 3D "faça você mesmo", também deve ter se perguntado: como elas se movem?

XYZ, I3 e CoreXY são atualmente os estilos mais populares de impressoras 3D de mesa. Elas se movem da seguinte forma: 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 avanço convertem a rotação do motor em movimento linear nas direções X, Y e Z. Por fim, 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 atendem principalmente a três propósitos durante a impressão:

1. Precisão: Realize tolerâncias rigorosas, evite oscilações e garanta que a cabeça de impressão ou a cama aquecida instalada nas guias se movam 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 usados ​​em impressoras 3D incluem:

1. Rodas e perfis
2. Barras e mancais lineares
3. Trilhos lineares
4. Trilhos lineares embutidos

Rodas e perfis

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

O anel externo das rodas é geralmente feito de POM (poliformaldeído), enquanto 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 impressoras. Com o uso adequado, os rolos de POM podem durar centenas de horas. Alguns fabricantes também utilizam PC (policarbonato) para fabricar rodas, que oferecem ainda mais resistência e vida útil mais longa, embora a um preço ligeiramente mais alto.

Para garantir o movimento linear, as rodas devem segurar os perfis corretamente. Se estiverem muito frouxas, podem ocorrer vibrações em altas velocidades. Se estiverem muito apertadas, o desgaste aumenta — detritos acumulados podem se acumular entre as rodas e os trilhos, causando movimentos irregulares ou trêmulos. Portanto, os usuários precisam ajustar o aperto das rodas de acordo com o funcionamento da impressora, limpar os detritos e substituir as rodas quando necessário. Em comparação com outras guias, a combinação de rodas e perfis exige 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, impressoras que utilizam 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. Perfis diferentes combinam com rodas diferentes para obter bons efeitos de guia.

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 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 propenso à vibração;
• Requer manutenção mais frequente.

Barras e mancais lineares

As limitações das guias de rodas e perfis levaram os profissionais do "faça você mesmo" e os fabricantes a dedicarem mais atenção a outra combinação com precisão e estabilidade superiores: hastes e rolamentos lineares. Nos últimos anos, guias de hastes e rolamentos tornaram-se quase sinônimos de sistemas de guia para impressoras 3D. São necessários pelo menos 2 hastes e 2 rolamentos para cada eixo da impressora. Os rolamentos envolvem ou se prendem às hastes, enquanto se conectam a carros montados com uma extrusora ou leito aquecido, para guiar o movimento linear.

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

E sim, também existem desvantagens em ser lisa. Quando usadas para guiar, as hastes precisam ser fixadas em ambas as extremidades com grampos de metal. Além disso, os rolamentos não só podem se mover linearmente, como também girar 360° ao redor dos cilindros. É por isso que eles precisam ser fixados a rolamentos em outra haste paralela para permitir que a extrusora ou o leito aquecido se movam linearmente. O paralelismo entre duas hastes pode ser desafiador, especialmente para quem faz por conta própria.

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 utilizados nas hastes são principalmente rolamentos com ranhura em U e rolamentos lineares, feitos inteiramente de aço. Os rolamentos com ranhura em U assemelham-se a rodas que podem rolar ao longo das hastes. Os rolamentos lineares possuem uma luva cilíndrica na parte externa, com várias fileiras de esferas na parte interna que podem girar ao longo do eixo. Ambos conseguem realizar uma orientação suave com atrito mínimo.

Bielas e rolamentos são duráveis, exigindo apenas limpeza ocasional para remover resíduos acumulados 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 guia, alta precisão, custo moderado;
• Opções abundantes e 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

Trilhos lineares, também conhecidos como guias lineares, têm sido uma tendência nos últimos anos. A parte do trilho de aço possui um trilho em cada lado, e os deslizadores aninhados nele contêm dois conjuntos de rolamentos de esferas que podem circular ao longo dos trilhos. Além das impressoras 3D industriais, cada vez mais fabricantes de desktop também estão utilizando trilhos lineares em suas linhas de produtos de alta qualidade.

Embora ambos sejam feitos de aço, quando em operação, os trilhos lineares são menos suscetíveis a flexões e vibrações em comparação com as hastes. Isso se deve 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 carcaça ou a outras estruturas de suporte.

Isso garante um movimento linear estável e melhora a qualidade de impressão, por um lado, e aumenta o limite de velocidade, evitando trepidações excessivas em altas velocidades, por outro. Este é um dos motivos pelos quais a J1 consegue atingir alta velocidade de impressão.

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.

Tudo 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 trilhos em si 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. Considerando o custo extra em relação aos ganhos de desempenho, a maioria dos adeptos do "faça você mesmo" ainda optaria por hastes e rolamentos.

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

Vantagens

• Precisão muito alta;
• Suporta impressão de alta velocidade;
• Tamanho pequeno, fácil de usar;

Desvantagens

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

Trilhos lineares embutidos

Em vez de usar os guias acima diretamente, alguns fabricantes, com o objetivo de aprimorar 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 preservadas nos trilhos lineares embutidos.

Ao fabricar os Módulos Lineares, a FUYU incorpora duas tiras de aço nas paredes internas da carcaça de liga de alumínio e, em seguida, retifica o aço com precisão CNC, transformando-o em trilhos com precisão de usinagem em nível micrométrico. Além disso, com os trilhos embutidos mais largos, a rigidez é ainda maior sem aumento de peso, adaptando-se melhor a operações CNC de alta potência — afinal, impressoras 3D comuns não exigem uma rigidez tão extrema.

Em comparação com a montagem direta de trilhos lineares na superfície de extrusões, a incorporação 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 pareça um projeto de entusiasta do tipo "faça você mesmo". No entanto, a incorporação de trilhos lineares apresenta desafios consideráveis ​​de fabricação para o fabricante, sem nenhuma vantagem de custo em relação aos trilhos lineares tradicionais.

Vantagens

• Igual aos trilhos lineares: altíssima precisão, suporta impressão de alta velocidade, ocupa pouco espaço;
• A rigidez dos trilhos foi ainda mais melhorada;
• Menor frequência de manutenção com trilhos fechados;

Desvantagens

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