1. Cabeça cartesiana-XY

Um sistema de pórtico cartesiano-XY é um tipo de sistema de controle de movimento comumente usado em impressoras 3D (e em uma ampla variedade de outras classes de máquinas CNC). Essa abordagem de construção move a cabeça de impressão ou extrusora ao longo do eixo X do pórtico e move o eixo Y deslocando todo o pórtico. Isso pode envolver o deslocamento de uma massa elevada no eixo Y e resultar em um risco maior de vibrações na máquina, especialmente durante manobras de alta aceleração.

Em um sistema de pórtico como esse, a mesa de impressão é fixa e o cabeçote de impressão ou extrusora se move ao longo de dois eixos perpendiculares, geralmente deslizando sobre eixos retificados com rolamentos lineares de esferas recirculantes. Versões mais caras costumam usar trilhos em V com rolamentos de rolos ranhurados em V externamente como guias, resultando em menor desgaste dos rolamentos. O eixo X geralmente é definido comoatravés decomo a máquina, enquanto o eixo Y está orientadopara trás/para a frenteem relação ao dispositivo. O eixo Z posiciona a altura vertical da cabeça de impressão ou extrusora e é acompanhado pelo movimento X do pórtico.

Os sistemas de pórtico cartesiano-XY são simples e fáceis de construir e operar. Também oferecem boa precisão e repetibilidade, permitindo o posicionamento de alta precisão da cabeça de impressão. No entanto, apresentam limitações em termos de velocidade e aceleração, podendo também apresentar alguma falta de rigidez em certos aspectos.

2. Estilo Ultimaker Cruzado

O sistema de pórtico cruzado estilo Ultimaker é uma estrutura mecânica e um sistema de movimento de eixos menos comum na impressão 3D. Ele apresenta dois pórticos paralelos que posicionam o cabeçote de impressão ou extrusora ao longo dos eixos X e Y. Os pórticos são conectados por uma barra transversal, que tem como objetivo estabilizar o movimento em ambos os eixos, compartilhando a rigidez. O movimento do eixo Z geralmente é realizado nesses dois eixos, em vez de ser delegado a uma plataforma de impressão que sobe e desce.

Nesse sistema, a plataforma de impressão é geralmente fixa e estável. O cabeçote de impressão ou extrusora se move ao longo dos eixos X e Y. Eles são acionados por motores de passo que transmitem o movimento por meio de correias dentadas. Os dois pórticos podem se mover simultaneamente. Isso permite curvaturas suaves e movimentos sem solavancos entre as operações de impressão, pois as mudanças repentinas de direção são minimizadas. Essa abordagem também oferece boa estabilidade durante a impressão, beneficiando a qualidade dos resultados impressos.

Essa abordagem de projeto é mais complexa e exige mais esforço na configuração e calibração do que projetos mais simples. Isso se deve principalmente ao fato de as transmissões por correia exigirem um alinhamento muito preciso para garantir um movimento exato e repetível. Alguns usuários também relatam dificuldade em acessar a mesa de impressão para fazer ajustes durante a impressão, já que os dois pórticos podem bloquear o acesso em alguns momentos.

3. CoreXY

Um sistema de pórtico CoreXY é uma estrutura utilizada em impressoras 3D que possui motores de passo fixos para acionar os eixos X e Y. Isso reduz a massa em movimento no pórtico durante os deslocamentos do eixo Y, já que o acionamento do eixo Y permanece fixo. Isso permite maior aceleração e movimentos mais precisos da cabeça de impressão, resultando em impressões de maior qualidade.

O sistema CoreXY funciona utilizando uma série de polias e correias recirculantes (em laço) dispostas de forma que as correias de transmissão se cruzem no núcleo ou centro do sistema. A transmissão pelas correias dentadas move a cabeça de impressão nas direções X e Y com menor inércia.

Mover menos massa permite uma estrutura de pórtico mais leve. Há menos massa móvel para resistir em momentos de alta aceleração. Essa abordagem é mais sensível à tensão da correia e às condições de deslizamento do que outros sistemas e pode ser complexa de configurar e calibrar. A capacidade de aceleração é considerada uma vantagem suficiente para compensar os problemas de configuração, por isso esse sistema é popular entre alguns usuários da categoria mais avançada.

4. Cabeça cartesiana XZ estilo i3

O cabeçote cartesiano XZ estilo i3 é muito utilizado no design de impressoras 3D. Nessa abordagem, a própria plataforma de impressão é elevada e abaixada (movimento no eixo Z), enquanto o cabeçote de impressão é transportado separadamente no pórtico para os eixos X e Y. A extrusora é montada em um carro que se move ao longo dos eixos X e Y sobre eixos retificados com precisão, utilizando buchas de esferas recirculantes. Em máquinas maiores e mais caras, os trilhos podem ter formato em V, com rolamentos de rolos sobre eles.

Este projeto é simples e fácil de construir, o que o torna uma escolha popular para impressoras 3D domésticas/de hobby. Ele oferece boa precisão e exatidão em máquinas menores, mas, em geral, requer moderação na aceleração e nas mudanças de direção devido à rigidez relativamente baixa e à alta inércia.

A principal desvantagem desse projeto é a dificuldade em manter a mesa nivelada e obter espessuras de camada consistentes. A baixa rigidez, em comparação com outros projetos de impressoras 3D de preço mais elevado, pode ter efeitos significativos em velocidades/acelerações de eixo mais altas.

5. H-Bot

O H-bot é um sistema de pórtico empregado em algumas impressoras 3D. Ele utiliza transmissões por correia e trilhos lineares em um layout que, similar ao sistema CoreXY, possui motores estacionários para acionar os eixos X e Y.

As duas correias, para os eixos X e Y, formam um "H". Uma correia está presa à cabeça de impressão e se move ao longo do eixo Y. A outra correia está presa à outra extremidade do pórtico e se move ao longo do eixo X. A cabeça de impressão é transportada por um mecanismo de acionamento no eixo Z, que se move ao longo dos dois trilhos principais do eixo.

O layout do robô em H pode ser mais estável e rígido do que outros designs de impressoras 3D, proporcionando impressões de maior qualidade. Os motores estacionários reduzem a inércia do sistema, permitindo acelerações mais altas e exigindo menos rigidez para uma boa estabilidade.

O projeto do H-bot é complexo de configurar e difícil de calibrar, exigindo, segundo relatos, maior necessidade de manutenção. Qualquer folga mínima nas correias compromete significativamente a precisão XY, o que representa um problema particular em termos de manutenção, visto que as correias podem esticar. Contudo, quando bem conservado, o H-bot é um sistema de pórtico eficaz, capaz de oferecer alta qualidade e alta velocidade.