Технологія 3D-друку розвивається семимильними кроками. Одного разу ми обговорюємо виготовлення маленьких іграшок для розваги дітей, а наступного мить бачимо новину про те, що 3D-принтер побудував бетонну будівлю, яка може витримати землетрус силою 8 балів. З часом «3D-друк на 3D-принтері» також здається можливим.

Але якщо залишити осторонь перспективи, любителів і виробників більше хвилює настільний 3D-принтер — які типи існують, як швидко вони друкують і скільки коштують. Якщо ви любите вникати в суть речей або коли-небудь пробували зробити 3D-принтер своїми руками, ви, напевно, також замислювалися над цим питанням: як вони рухаються?

XYZ, I3 і CoreXY наразі є найпопулярнішими стилями настільних 3D-принтерів. Ось як вони рухаються: машина має одну або кілька осей у напрямках X, Y та Z 3D системи координат. Один кінець кожної осі оснащений двигуном для забезпечення потужності. Потім синхронні ремені або ходові гвинти перетворюють обертання двигуна на лінійний рух уздовж напрямків X, Y та Z. Нарешті, за допомогою систем лінійних направляючих у 3 напрямках машина може розташувати сопло в будь-якій точці тривимірного простору, утвореного осями, екструдувати нитку та створювати тривимірний об’єкт.

Чому системи направляючих важливі?

Напрямні системи в основному виконують 3 цілі під час друку:

1. Точність: реалізуйте жорсткий допуск, запобігайте хитанню та забезпечте, щоб друкуюча головка або підігрівається ліжко, встановлені на напрямних, рухалися лінійно вздовж заздалегідь визначеного напрямку;
2. Плавність: зменшує тертя з підшипниками або роликами та сприяє більш плавному руху;
3. Надійність: Направляючі конструкції з чудовою жорсткістю можуть підвищити надійність машини та сприяти більш послідовним відбиткам з часом.

Різноманітність напрямних систем

Загалом, системи напрямних, які використовуються на 3D-принтерах, включають:

1. Колеса та профілі
2. Лінійні стрижні та підшипники
3. Лінійні рейки
4. Закладні лінійні рейки

Колеса та профілі

Серед усіх напрямних комбінація коліс і профілів є, мабуть, найпоширенішою і економічно вигідною. Зазвичай є 3-4 ролики, що проходять уздовж V- або Т-подібної канавки профілю, щоб направляти рухи.

Зовнішнє кільце коліс найчастіше виготовляється з POM (поліформальдегіду), а внутрішнє кільце складається зі сталі та кулькових підшипників. POM має високу міцність, низьку деформацію та чудову стійкість до стирання, що робить його особливо придатним для виготовлення коліс принтера. При правильному використанні ролики POM можуть прослужити сотні годин. Деякі виробники також використовують ПК (полікарбонат) для виготовлення коліс, які мають ще вищу міцність і довший термін служби, хоча й за дещо вищою ціною.

Щоб забезпечити прямолінійний рух, колеса повинні належним чином захоплювати профілі. Занадто ослаблений, і на високих швидкостях може виникати вібрація. Занадто туге затягування збільшить знос — накопичене сміття може накопичуватися між колесами та рейками, спричиняючи вибоїстий або нерівний рух. Тому користувачам потрібно регулювати герметичність коліс залежно від того, як працює принтер, очищати сміття та замінювати колеса, коли це необхідно. Порівняно з іншими напрямними, колесо та профіль комбо потребують більш частого обслуговування.

Крім того, пластик має меншу жорсткість, ніж метал. Важко уникнути деформації колеса під час руху, тому принтери, які використовують колеса, зазвичай мають нижчу точність порівняно зі сталевими напрямними.

Профілі, які зазвичай використовуються на 3D-принтерах, доступні двох типів: профілі з V-прорізами та профілі з T-прорізами. Як видно з назви, головна відмінність між ними полягає в формі поперечного перерізу. Різні профілі поєднуються з різними колесами, щоб досягти хороших напрямних ефектів.

Оскільки профілі можна налаштувати, вони недорогі та мають достатню продуктивність, комбінація коліс і профілів є найкращим вибором для багатьох збірок 3D-принтерів своїми руками.

Переваги

• Хороша керівна продуктивність, дешева та корисна;
• Велика кількість варіантів, широка доступність;
• Легко встановити, використовувати та модифікувати;

Недоліки

• Нижча точність;
• Більш схильний до вібрації;
• Вимагає більш частого обслуговування.

Лінійні штанги та підшипники

Обмеження колісних і профільних напрямних змусили майстрів і виробників звернути більше уваги на іншу комбінацію з надзвичайною точністю та стабільністю — лінійні стрижні та підшипники. За останні кілька років напрямні стрижнів і підшипників стали майже синонімами напрямних систем для 3D-принтерів. Для кожної осі принтера потрібно принаймні 2 стрижні та 2 підшипники. Підшипники обертаються або чіпляються за стрижні, з’єднуючись із каретками, встановленими за допомогою екструдера або підігрітого ліжка, щоб направляти лінійний рух.

Лінійний стрижень, він же гладкий стрижень, — це просто циліндричний сталевий стрижень, доступний у різних розмірах — 3D-принтери зазвичай використовують стрижні діаметром 8 мм. Стрижні можуть бути оброблені з високою точністю розмірів з дуже гладкими поверхнями. У поєднанні з шарикопідшипниками правильно зібрані стрижні можуть досягати досить хороших лінійних рухів.

І так, гладкість також має недоліки. При використанні для наведення стрижні необхідно закріпити з обох кінців металевими затискачами. Крім того, підшипники можуть не тільки переміщатися лінійно, але й обертатися на 360° навколо циліндрів. Ось чому їх потрібно прикріпити до підшипників на іншому паралельному стрижні, щоб дозволити екструдеру або нагрітій платформі рухатися лінійно. Паралельність між двома стрижнями може бути складною, особливо для майстрів своїми руками.

Таким чином, використання напрямних для валу означає вищу точність і стабільність, з одного боку, але також більшу габаритну площу та вагу, а також більшу складність складання, з іншого.

Підшипники, які використовуються зі стрижнями, - це переважно підшипники з U-подібною канавкою та лінійні підшипники, повністю виготовлені зі сталі. Підшипники U-подібної форми нагадують колеса, які можуть котитися вздовж стрижнів. Лінійні підшипники мають циліндричну втулку зовні, з кількома рядами кульок усередині, які можуть обертатися вздовж валу. Обидва можуть здійснювати плавне наведення з мінімальним тертям.

Стрижні та підшипники служать довго, лише час від часу потрібно очищати від накопичень на штоках і змащувати підшипники. Якщо стрижні поміщені в корпус, а не в раму, розібрати корпус і змастити підшипники нескладно. Однак заміна зношених підшипників після тривалого використання може бути дещо складною.

Переваги

• Відмінна керівна продуктивність, висока точність, помірна вартість;
• Велика кількість варіантів, широка доступність;
• Низька періодичність обслуговування;

Недоліки

• Більша площа та вага в закритому вигляді;
• Паралелізм може бути проблемою;
• Заміна підшипників може бути складною.

Лінійні рейки

Лінійна рейка, яку також називають лінійною напрямною, була в тренді останніми роками. Частина сталевої рейки має доріжку з кожного боку, а повзунки, вкладені в неї, містять 2 комплекти кулькових підшипників, які можуть обертатися вздовж доріжок. Окрім промислових 3D-принтерів, все більше виробників настільних ПК також використовують лінійні рейки у своїх лінійках продуктів високого класу.

Хоча обидва зроблені зі сталі, коли справа доходить до фактичної роботи, лінійні рейки менш сприйнятливі до вигину та вібрації порівняно зі стрижнями. В основному це пояснюється їх унікальним способом монтажу. Стрижні закріплюються лише з обох кінців, тоді як лінійні рейки мають монтажні отвори через рівні проміжки на поверхні, що дозволяє щільно закріпити їх на корпусі чи інших опорних конструкціях.

Це забезпечує стабільний лінійний рух і покращує якість друку з одного боку, а з іншого збільшує обмеження швидкості, запобігаючи надмірному тремтінню на високих швидкостях. Це одна з причин, чому J1 може досягти високошвидкісного друку.

Під час складання лінійні рейки можуть направляти одну вісь без сполучення, заощаджуючи простір і вагу, щоб зробити машину більш легкою та компактною. Також не потрібно турбуватися про паралельність рейок.

Звучить все чудово, але в чому підступ? Ціна. Приблизні розрахунки показують, що хоча повзуни для лінійних рейок мають такі ж ціни, як підшипники для стрижнів, самі рейки коштують приблизно в 2,5-4 рази дорожче пари стрижнів при еквівалентній довжині. Для порівняння, вудки дешеві і досить хороші. Зваживши додаткові витрати на підвищення продуктивності, більшість майстрів все одно обрали б стрижні та підшипники.

Для технічного обслуговування лінійні рейки подібні до перших, вимагаючи регулярного змащування підшипників. Відкриті рейки також потребують періодичного очищення.

Переваги

• Дуже висока точність;
• Підтримка високошвидкісного друку;
• Невеликий розмір, зручний у використанні;

Недоліки

• Не можуть служити опорними конструкціями, потребують установки на профілі тощо;
• Дорого.

Вставні лінійні рейки

Замість того, щоб безпосередньо використовувати наведені вище посібники, деякі виробники з метою вдосконалення технічних можливостей або обслуговування конкретних продуктів також шукають кращі рішення.

Основні переваги лінійних рейок полягають у високій жорсткості сталевих рейок і точному, плавному русі, що забезпечується кульковими підшипниками. Ці переваги зберігаються у вбудованих лінійних рейках.

Виготовляючи лінійні модулі, FUYU вставляє дві сталеві смуги у внутрішні стінки корпусу з алюмінієвого сплаву, а потім ЧПУ точно шліфує сталь у рейки з мікронною точністю обробки. Крім того, з ширшими вбудованими рейками жорсткість ще більше покращується без збільшення ваги, що краще підходить для потужних операцій з ЧПК — зрештою, звичайні 3D-принтери не вимагають такої надзвичайної жорсткості.

Порівняно з прямим монтажем лінійних рейок на поверхні екструзій, вбудовування сталевих рейок усередину лінійних модулів запобігає накопиченню пилу на рейках, зменшуючи частоту обслуговування. Це також робить модулі більш легкими та компактними, щоб дорога машина не виглядала як проект ентузіастів своїми руками. Однак вбудовування лінійних рейок створює значні виробничі проблеми для виробника, не маючи жодних переваг у вартості порівняно зі звичайними лінійними рейками.

Переваги

• Так само, як лінійні рейки: дуже висока точність, підтримує високошвидкісний друк, невелика площа;
• Жорсткість рейки додатково покращена;
• Менша частота технічного обслуговування з закритими рейками;

Недоліки

• Дорогий;
• Не підходить для DIY.