1. Cabeça Cartesiana-XY

Um sistema de pórtico com cabeça cartesiana 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, movimentando todo o pórtico. Isso pode envolver a movimentação de uma grande massa no eixo Y e pode resultar em um risco maior de vibrações na máquina, especialmente durante manobras de alta aceleração.

Nesse sistema de pórtico, a mesa de impressão é fixa e a cabeça de impressão ou extrusora se move ao longo de dois eixos perpendiculares, normalmente operando em eixos retificados com rolamentos lineares de esferas recirculantes. Versões mais caras costumam usar trilhos em V com rolamentos de rolos ranhurados externamente em V como guias, resultando em menor desgaste dos rolamentos. O eixo X é geralmente definido comotransversalmenteé a máquina, enquanto o eixo Y está orientadopara trás/para frenteem relação ao dispositivo. O eixo Z posiciona a altura vertical do cabeçote de impressão ou extrusora e é executado no movimento X do pórtico.

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

2. Cruzado no estilo Ultimaker

O sistema de pórtico cruzado estilo Ultimaker é um sistema de estrutura mecânica e movimento de eixo menos comumente utilizado em impressão 3D. Ele apresenta dois pórticos paralelos que posicionam a cabeça de impressão ou extrusora ao longo dos eixos X e Y. Os pórticos são conectados por uma barra transversal, que visa estabilizar o movimento ao longo de ambos os eixos, compartilhando a rigidez. O movimento do eixo Z geralmente é realizado nesses dois eixos, em vez de ser delegado a uma mesa de impressão com elevação e descida.

Neste sistema, a mesa de impressão é tipicamente fixa e estável. A cabeça de impressão ou extrusora se move ao longo dos eixos X e Y. São acionados por motores de passo que transmitem movimento por meio de correias dentadas. Os dois pórticos podem se mover simultaneamente. Isso permite uma curvatura suave e movimento sem solavancos entre as operações de impressão, já que mudanças bruscas de direção são minimizadas. Essa abordagem também oferece boa estabilidade durante a impressão, beneficiando a qualidade dos resultados impressos.

Essa abordagem de design é mais complexa e exige mais esforço de configuração e calibração do que designs mais simples. Isso é particularmente afetado pelo fato de as correias de transmissão exigirem um alinhamento muito bom para garantir um movimento preciso e repetível. Alguns usuários também relatam dificuldade de acesso à mesa de impressão para fazer ajustes durante a impressão, pois os dois pórticos podem bloquear o acesso às vezes durante a impressão.

3. CoreXY

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

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

A movimentação de menos massa permite uma estrutura de pórtico mais leve. Há menos massa em movimento 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 este sistema é popular entre alguns usuários na categoria mais avançada.

4. Cabeça cartesiana XZ estilo i3

A cabeça cartesiana XZ estilo i3 é amplamente utilizada em projetos de impressoras 3D. Nesta abordagem, a própria plataforma de impressão é elevada e abaixada (movimento no eixo Z), enquanto a cabeça de impressão é transportada 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 em eixos retificados com precisão, utilizando buchas de esferas recirculantes. Em máquinas maiores e mais caras, os trilhos podem ser em forma de V, com rolamentos de rolos rodando sobre esses trilhos.

Este design é simples e fácil de construir, tornando-se uma escolha popular para impressoras 3D domésticas/hobby. Oferece boa precisão em máquinas menores, mas, em geral, exige moderação na aceleração e nas mudanças de direção devido à rigidez relativamente baixa e à alta inércia.

A principal desvantagem deste design é que pode ser muito difícil manter uma camada nivelada e obter espessuras de camada consistentes. A baixa rigidez, em comparação com outros designs de impressoras 3D mais caros, pode ter efeitos muito 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 acionamentos por correia e trilhos lineares em um layout que, semelhante ao sistema CoreXY, possui motores estacionários para acionar os eixos X e Y.

As duas correias para X e Y formam um "H". Uma correia é fixada à cabeça de impressão e se move ao longo do eixo Y. A outra correia é fixada à outra extremidade do pórtico e se move ao longo do eixo X. A cabeça de impressão é transportada por um acionamento em Z que se move ao longo dos dois trilhos do eixo principal.

O layout do H-bot pode ser mais estável e rígido do que outros designs de impressoras 3D, proporcionando resultados impressos de maior qualidade. Motores estacionários reduzem a inércia do sistema, permitindo acelerações mais altas e exigindo menos rigidez para uma boa estabilidade.

O design do H-bot é complexo de configurar e difícil de calibrar, exigindo mais manutenção. Qualquer pequena folga nas correias prejudicará significativamente a precisão XY, o que é um problema específico na manutenção, pois as correias podem esticar. No entanto, quando bem conservado, o H-bot é um sistema de pórtico eficaz, capaz de fornecer alta qualidade e alta velocidade.