3D baskı teknolojisi hızla ilerliyor. Bir an çocukları eğlendirecek küçük oyuncaklar yapmayı tartışıyoruz, bir an sonra 3D yazıcının 8 büyüklüğündeki depreme dayanabilecek beton bir bina yaptığını görüyoruz. Zaman geçtikçe “3 boyutlu yazıcıdan 3 boyutlu baskı” da mümkün görünüyor.

Ancak potansiyel müşterileri bir kenara bırakırsak, amatörlerin ve yapımcıların daha çok önemsediği şey hâlâ masaüstü 3D yazıcılardır; hangi türleri vardır, ne kadar hızlı yazdırırlar ve ne kadar maliyetlidirler. Eğer her şeyin özüne inmeyi seviyorsanız ya da daha önce bir 3D yazıcıyı kendiniz yapmayı denediyseniz, şu soruyu da düşünmüşsünüzdür: nasıl hareket ediyorlar?

XYZ, I3 ve CoreXY şu anda masaüstü 3D yazıcıların en popüler stilleridir. Bu şekilde hareket ederler: Makinenin 3 boyutlu koordinat sisteminin X, Y ve Z yönlerinde bir veya birkaç ekseni vardır. Her eksenin bir ucu güç sağlamak için bir motorla donatılmıştır. Senkron kayışlar veya kılavuz vidalar daha sonra motorun dönüşünü X, Y ve Z yönleri boyunca doğrusal harekete dönüştürür. Son olarak, 3 yöndeki doğrusal kılavuz ray sistemleri ile makine, nozulu eksenlerin oluşturduğu 3 boyutlu alanda herhangi bir noktaya konumlandırabilir, filamenti ekstrüde edebilir ve 3 boyutlu bir nesne oluşturabilir.

Kılavuz sistemleri neden önemlidir?

Kılavuz sistemleri baskı sırasında temel olarak 3 amaca hizmet eder:

1. Hassasiyet: Sıkı toleransı gerçekleştirin, yalpalamayı önleyin ve kılavuzlara monte edilen baskı kafasının veya ısıtmalı yatağın önceden belirlenen yön boyunca doğrusal olarak hareket etmesini sağlayın;
2. Pürüzsüzlük: Rulmanlar veya makaralarla sürtünmeyi azaltın ve daha yumuşak harekete katkıda bulunun;
3. Güvenilirlik: Mükemmel sağlamlığa sahip kılavuz yapılar, makinenin güvenilirliğini artırabilir ve zaman içinde daha tutarlı baskılara katkıda bulunabilir.

Kılavuz sistemlerinin çeşitliliği

Genel olarak 3 boyutlu yazıcılarda kullanılan kılavuz sistemleri şunları içerir:

1. Tekerlekler ve profiller
2. Lineer çubuklar ve rulmanlar
3. Doğrusal raylar
4. Gömülü doğrusal raylar

Tekerlekler ve profiller

Tüm kılavuzlar arasında tekerleklerin ve profillerin kombinasyonu muhtemelen en yaygın ve uygun maliyetli olanıdır. Hareketleri yönlendirmek için profilin V veya T şeklindeki oluğu boyunca tipik olarak 3 ila 4 silindir bulunur.

Tekerleklerin dış halkası çoğunlukla POM'dan (Poliformaldehit) yapılır ve iç halka çelik ve bilyalı rulmanlardan oluşur. POM'un yüksek mukavemeti, düşük deformasyonu ve mükemmel aşınma direnci vardır; bu da onu özellikle yazıcı tekerlekleri yapımı için uygun kılar. Doğru kullanıldığında POM silindirleri yüzlerce saat dayanabilir. Bazı üreticiler, biraz daha yüksek fiyata da olsa, daha dayanıklı ve daha uzun ömürlü tekerlekler yapmak için PC (Polikarbonat) kullanıyor.

Doğrusal hareketin sağlanabilmesi için tekerleklerin profilleri iyi kavraması gerekmektedir. Yüksek hızlarda çok gevşek ve titreşim meydana gelebilir. Çok sıkı olması aşınmayı artıracaktır; biriken kalıntılar tekerlekler ve raylar arasında birikerek inişli çıkışlı veya sarsıntılı harekete neden olabilir. Bu nedenle kullanıcıların, yazıcının çalışma şekline göre tekerlek sıkılığını ayarlaması, kalıntıları temizlemesi ve gerektiğinde tekerlekleri değiştirmesi gerekir. Diğer kılavuzlarla karşılaştırıldığında tekerlek ve profil kombinasyonu daha sık bakım gerektirir.

Ayrıca plastiklerin sertliği metallere göre daha düşüktür. Hareket sırasında tekerlek deformasyonunun önlenmesi zordur, bu nedenle tekerlek kullanan yazıcıların hassasiyeti genellikle çelik kılavuzlu yazıcılara göre daha düşüktür.

3D yazıcılarda yaygın olarak kullanılan profiller iki tipte mevcuttur: V yuvalı profiller ve T yuvalı profiller. İsimlerinden de anlaşılacağı gibi aralarındaki temel fark kesit şeklidir. İyi yönlendirme efektleri elde etmek için farklı profiller farklı tekerleklerle eşleşir.

Profiller özelleştirilebilir, ucuz ve yeterli performansa sahip olduğundan, tekerlekler ve profillerin kombinasyonu birçok DIY 3D yazıcı yapısı için en iyi seçimdir.

Avantajları

• İyi yönlendirme performansı, ucuz ve kullanışlı;
• Bol seçenekler, yaygın olarak mevcuttur;
• Kurulumu, kullanımı ve değiştirilmesi kolaydır;

Dezavantajları

• Daha düşük hassasiyet;
• Titreşime daha yatkın;
• Daha sık bakım gerektirir.

Lineer çubuklar ve rulmanlar

Tekerlek ve profil kılavuzlarının sınırlamaları, DIY kullanıcılarının ve üreticilerin üstün hassasiyet ve stabiliteye sahip başka bir kombinasyon olan lineer çubuklar ve rulmanlara daha fazla dikkat etmelerine yol açmıştır. Geçtiğimiz birkaç yılda çubuk ve yatak kılavuzları, 3D yazıcılara yönelik kılavuz sistemleriyle neredeyse eşanlamlı hale geldi. Yazıcının her ekseni için en az 2 çubuğa ve 2 yatağa ihtiyaç vardır. Rulmanlar, doğrusal hareketi yönlendirmek için bir ekstrüder veya ısıtılmış yatak ile monte edilmiş taşıyıcılara bağlanırken çubuklara sarılır veya yapışır.

Doğrusal bir çubuk, diğer adıyla pürüzsüz çubuk, çeşitli boyutlarda mevcut olan basit bir silindirik çelik çubuktur; 3D yazıcılar genellikle 8 mm çapında olanları kullanır. Çubuklar çok düzgün yüzeylerle yüksek boyutsal doğrulukla işlenebilir. Bilyalı rulmanlarla eşleştirilmiş, uygun şekilde monte edilmiş çubuklar oldukça iyi doğrusal hareketler sağlayabilir.

Ve evet pürüzsüz olmanın dezavantajları da var. Kılavuz olarak kullanıldığında çubukların her iki ucundan metal kelepçelerle sabitlenmesi gerekir. Ayrıca rulmanlar sadece doğrusal olarak hareket etmekle kalmaz, aynı zamanda silindirlerin etrafında 360° dönebilir. Bu nedenle ekstruderin veya ısıtılmış yatağın doğrusal olarak hareket etmesini sağlamak için başka bir paralel çubuk üzerindeki yataklara bağlanmaları gerekir. İki çubuk arasındaki paralellik, özellikle DIY'ciler için zorlayıcı olabilir.

Dolayısıyla, şaft kılavuzlarının kullanılması bir yandan daha yüksek hassasiyet ve stabilite anlamına gelirken, diğer yandan daha büyük ayak izi ve ağırlığın yanı sıra daha yüksek montaj zorluğu anlamına da gelir.

Çubuklarla birlikte kullanılan rulmanlar çoğunlukla U-oluklu rulmanlar ve tamamen çelikten yapılmış lineer rulmanlardır. U-oluklu rulmanlar, çubuklar boyunca dönebilen tekerleklere benzer. Lineer rulmanların dış tarafında silindirik bir manşon bulunur, iç tarafında ise mil boyunca dönebilen birkaç sıra bilya bulunur. Her ikisi de minimum sürtünmeyle düzgün rehberlik sağlayabilir.

Çubuklar ve yataklar uzun ömürlüdür, yalnızca çubuklar üzerindeki birikintilerin ara sıra temizlenmesini ve yatakların yağlanmasını gerektirir. Çubuklar çerçeve görevi görmek yerine bir mahfaza içine alınmışsa, mahfazanın sökülmesi ve yatakların yağlanması kolaydır. Ancak, uzun süreli kullanımdan sonra aşınmış yatakların değiştirilmesi biraz zor olabilir.

Avantajları

• Mükemmel yönlendirme performansı, yüksek hassasiyet, orta maliyet;
• Bol seçenekler, yaygın olarak mevcuttur;
• Düşük bakım sıklığı;

Dezavantajları

• Kapalıyken daha büyük ayak izi ve ağırlık;
• Paralellik bir sorun olabilir;
• Rulmanların değiştirilmesi zor olabilir.

Lineer raylar

Lineer kılavuz olarak da adlandırılan lineer ray son yıllarda trend haline geldi. Çelik ray parçasının her iki yanında birer ray bulunur ve üzerine yuvalanmış kaydırıcılar raylar boyunca dönebilen 2 takım bilyalı rulman içerir. Endüstriyel 3D yazıcıların yanı sıra giderek daha fazla masaüstü üreticisi de üst düzey ürün gruplarında lineer raylar kullanıyor.

Her ikisi de çelikten yapılmış olmasına rağmen, gerçek iş söz konusu olduğunda doğrusal raylar, çubuklara kıyasla bükülmeye ve titreşime daha az duyarlıdır. Bu esas olarak benzersiz montaj yöntemlerine atfedilir. Çubuklar yalnızca her iki uçtan sabitlenirken, lineer rayların yüzeyinde düzenli aralıklarla montaj delikleri bulunur ve bu onların yuvaya veya diğer destek yapılarına sıkı bir şekilde sabitlenmesine olanak tanır.

Bu, bir yandan istikrarlı doğrusal hareket sağlar ve baskı kalitesini artırır, diğer yandan yüksek hızlarda aşırı titremeyi önleyerek hız sınırını artırır. J1'in yüksek hızlı baskı elde edebilmesinin nedenlerinden biri de budur.

Montaj sırasında lineer raylar, eşleşmeden tek bir ekseni yönlendirebilir, yerden ve ağırlıktan tasarruf ederek makineyi daha hafif ve kompakt hale getirebilir. Ayrıca demiryolu paralelliği konusunda da endişelenmenize gerek yok.

Her şey kulağa harika geliyor ama işin püf noktası nedir? Fiyat. Kaba hesaplamalar, doğrusal raylara yönelik kaydırıcıların, çubuklara yönelik rulmanlarla benzer fiyatlara sahip olmasına rağmen, rayların maliyetinin, eşdeğer uzunluklardaki bir çift çubuğun maliyetinin yaklaşık 2,5 – 4 katı olduğunu göstermektedir. Karşılaştırıldığında, çubuklar ucuz ve yeterince iyidir. Ekstra maliyeti performans kazanımlarıyla karşılaştıran çoğu DIY kullanıcısı hala çubukları ve yatakları tercih ediyor.

Bakım için, lineer raylar öncekine benzer ve yatakların düzenli olarak yağlanmasını gerektirir. Açıkta kalan rayların da ara sıra temizlenmesi gerekir.

Avantajları

• Çok yüksek hassasiyet;
• Yüksek hızlı yazdırmayı destekler;
• Küçük ayak izi, kullanımı kolay;

Dezavantajları

• Destek yapıları olarak hizmet veremez, profillere vb. kurulması gerekir;
• Masraflı.

Gömülü lineer raylar

Bazı üreticiler, teknik yetenekleri geliştirmek veya belirli ürünlere yönelik hizmet sunmak amacıyla yukarıdaki kılavuzları doğrudan kullanmak yerine daha iyi çözümler de araştırıyor.

Lineer rayların temel gücü, çelik rayların yüksek sertliğinde ve bilyalı rulmanların sağladığı hassas, düzgün harekette yatmaktadır. Bu avantajlar gömülü lineer raylarda korunur.

Doğrusal Modülleri yaparken FUYU, alüminyum alaşımlı mahfazanın iç duvarlarına iki çelik şerit yerleştirir, ardından CNC, çeliği mikron düzeyinde işleme doğruluğu ile hassas bir şekilde raylara taşlar. Ayrıca, daha geniş gömülü raylar sayesinde, ağırlık artırılmadan sağlamlık daha da artırılarak yüksek güçlü CNC işlemlerine daha iyi uyum sağlanır; sonuçta sıradan 3D yazıcılar bu kadar aşırı bir sağlamlığa ihtiyaç duymaz.

Doğrusal rayların ekstrüzyon yüzeyine doğrudan monte edilmesiyle karşılaştırıldığında, çelik rayların doğrusal modüllerin içine gömülmesi, raylar üzerinde toz birikmesini önleyerek bakım sıklığını azaltır. Ayrıca modülleri daha hafif ve kompakt hale getirir, böylece pahalı bir makine bir Kendin Yap meraklısının projesine benzemez. Bununla birlikte, lineer rayların yerleştirilmesi, normal lineer raylara göre hiçbir maliyet avantajı olmaksızın, üretici için önemli üretim zorlukları ortaya çıkarmaktadır.

Avantajları

• Doğrusal raylarla aynı: çok yüksek hassasiyet, yüksek hızlı yazdırmayı destekler, az yer kaplar;
• Ray sertliği daha da geliştirildi;
• Kapalı raylarla daha düşük bakım sıklığı;

Dezavantajları

• Masraflı;
• Kendin Yap için uygun değildir.