Кінематика 3D-принтера: переваги і недоліки всіх варіантів

Хоча є один тип кінематики, при якому стіл не рухається. Так що, як бачите, можливі різні варіанти – давайте в них розбиратися.

Глосарій

Для того щоб далі не плутатися, давайте визначимо терміни, які використовуються в цій статті.

Екструдер з соплом і стіл (робоча поверхня) рухаються по осях координат X, Y, Z.

Вісь Х – рухи вправо-вліво (якщо дивитися спереду на лицьову сторону принтера).

Вісь Y – рух вперед-назад.

Вісь Z – рух вгору-вниз.

Head – це «голова», тобто частина механізму, в якій знаходиться сопло і екструдер.

Bed – це «ложе», він же стіл, він же робоча поверхня.

Схема кінематики XZ Head Bed Y

Одна з найбільш поширених схем кінематики. Екструдер переміщується вправо-вліво і вгору-вниз, а стіл рухається вперед-назад. Також таку схему часто називають Prusa, по імені розробника одного з перших подібних принтерів.

Переваги такої схеми:

1. Простота складання конструкції – багато саморобні 3D-принтери зібрані саме за цим принципом.

2. Зручний доступ до всіх вузлів – в таких принтерах без обмежень можна дістатися до будь-якого елемента системи і щось виправити.

3. Доступна ціна – це логічно, коли конструкція дуже проста.

Недоліки такої схеми:

1. Мала вага і слабка жорсткість конструкції призводять до вібрацій, що знижує якість друку. Але в сучасних моделях принтерів реалізовані різні рішення, що знижують даний ефект.

2. Складність калібрування відповідно, щоб з урахуванням першого мінуса конструкції, отримувати якісні вироби, потрібно все дуже ретельно калібрувати.

3. Деламинация – відкрита конструкція таких принтерів приводить до зайвої вентиляції, а «протяги» ще більше погіршують ефект термоусадки деяких видів матеріалів. Докладніше тут.

Схема кінематики XY Head Bed Z

Друга по популярності і поширеності схема. Екструдер переміщує вправо-вліво, вперед-назад, а стіл їздить вгору-вниз. Часто називають декартових (Cartesian) кінематикою.

Переваги такої схеми:

1. Стійкий корпус, найчастіше квадратної або прямокутної конструкції.

2. Хороша якість друку при досить високій швидкості друку.

3. Відсутність деламінаціі за рахунок закритого корпусу і за рахунок того, що стіл не рухається в сторони, тільки вгору-вниз.

4. Можливість робити дуже великі принтери та вироби – така конструкція дозволяє збільшувати розміри пристрою без втрати точності.

Недоліки такої схеми:

1. Складність складання і відповідно більш висока ціна.

Схема кінематики XYZ Head

За такою схемою працюють так звані дельта-принтери, які вважаються відносно новим явищем в 3D-друку. Тут по всіх осях рухається закріплений на трьох точках екструдер, а стіл зафіксований нерухомо. Також за цим принципом працюю 3D-принтери у вигляді роботизованих маніпуляторів. Але це дуже дорогі рішення для небагатьох.

Переваги такої схеми:

1. Висока швидкість друку за рахунок можливості екструдера переміщатися у всіх трьох площинах.

2. Малі габарити в ширину і велика висота – дає можливість будувати високі вузькі вироби.

3. Відсутність виступаючих деталей можна робити закриті корпусу.

4. Низькі енерговитрати.

Недоліки такої схеми:

1. Менша точність по краях виробу – кожна точка кріплення має свій двигун і похибки в переміщенні призводять до накопичення помилок позиціонування.

2. Висока ціна і неможливість самостійної збірки – потрібна дуже висока точність складання.

3. Вимагають більш дорогого допоміжного та дорогої електроніки.

Схема кінематики Head X YZ Bed

Дуже мало поширена схема. По суті використовується всього в декількох моделях принтерів декількох виробників. Екструдер ходить тільки вліво-вправо, а стіл переміщається у двох площинах – вперед-назад і вгору-вниз.

Переваги такої схеми:

1. Висока якість друку

2. Мінімум налаштувань

3. Зручність використання.

Недоліки такої схеми:

1. Висока ціна із-за складної конструкції.

2. Відсутність можливості закрити корпус призводить до ризиків температурних деформацій.

Полярна кінематика

Закінчимо огляд однієї з останніх розробок у галузі 3D-принтерів, в якій інженери вирішили взагалі піти від осей X, Y, Z. Не повністю, звичайно, але все ж.

У полярних принтерах екструдер рухається тільки вгору-вниз, а ось робоча поверхня у вигляді кола рухається по осі Y (вперед-назад) і рухається навколо своєї осі (тобто як платівка на програвачі).

Переваги такої схеми:

1. Можливість друкувати великі об'єкти – так як стіл можна робити будь-яких розмірів.

2. Висока енергоефективність.

Недоліки такої схеми:

1. Низька точність друку – так як виробник всього один, він намагається вирішити цю проблему.