Кинематика 3D принтера. На чем определиться при выборе 3D принтера?
Всем известно, что самой распространенной кинематикой является кинематика 3D принтера Prusa Mendel:
Принтер построен таким образом, что экструдер двигается по оси Х (вправо-влево) и по оси Z (вверх-вниз). Стол же двигается по оси Y ( вперед и назад) – или XZ Head Y Bed. Все довольно просто. Однако конструкция имеет очень большое количество креплений, гаек, винтиков, которые крайне важно одновременно держать настроенными на правильную геометрию. В случае, если Вы не использовав различные фиксаторы резьбы и идеально настроили Ваш принтер – в основании Вы получите качественную печать, которая, чем выше, тем тем больше начнет “уплывать”. Танцы с бубном в процессе калибровки и настрой принтера не на долго эффективны =)
Точность в подобных 3D принтерах зависит от резьбовых шпилек и их жесткости. Качественные шпильки – это 70% качества данного 3D принтера.
Если же сделать замену хлипких шпилек на более крепкие, цельные элементы, то результата качества печати будет значительно выше.
Эта модель в эволюции Prusa носит название Prusa Air. Потом еще появилась Prusa i3 и еще целое множество вариантов. Все те же прежние шпильки в разных-разных вариантах. Например такой:
Собрать и что еще более важное – настроить, такой принтер в разы проще. И качество печати будет гарантировано на уровне промышленных образцов, главное не перегибать со скоростью печати. такие 3D принтеры не обязательно должны быть с акрила, многие с легкостью используют фанеру или МДФ:
Тут самое важное – это любым способом добиться параллельности (перпендикулярности) осей.
Следующий вариант кинематики, это 3D принтеры, в которых стол двигается не только по одной оси.
На фото одна из первых моделей от компании Makerbot. В данном 3D принтере стол двигается по оси X и Y, а экструдер только по оси Z.
Такую кинематику часто используют в различных микрофрезерных станках, ведь куда проще где гораздо легче двигать маленькую заготовку (объект печати), чем тяжелый инструмент (экструдер).
далее Дельта, родоначальником которой является Rostock
Delta-роботы с абсолютно неземной кинематикой!3D принтер Delta – где стол стоит крепко зафиксированный, а экструдер летает по всем трем осям – пожалуй, чуть ли не единственная кинематика, имеет полноправное название 3Д. Процесс печати просто завораживает…
Приоритетом в таких принтерах – это ультраскорость! Главное чтобы мощности двигателей хватило:)
Но есть и минус. Для движения по любой из оси – в действия должны прийти все три двигателя одновременно. В этом случае высока вероятность накопления суммарной ошибки в точности позиционирования, которая, кроме всех нюансов, очень сильно зависит от наличия люфтов в шарнирах плечей…
Чтобы избавиться от вышеупомянутых люфтов обычно используют шаровые наконечники, например такие:
на сегодня самой популярной и самой используемой производителями 3D принтеров, является кинематика XY Head Z Bed. Когда экструдер движется по осям XY, а стол – по Z. Ну и конечно, самая известная модель, которая реализовала данную кинематику – это всем известный Makerbot Replicator, все его версии за исключением 5-й генерации :
С помощью двух зубчатых ремней двигатель оси Y перемещает каретку оси X, на которой закреплен двигатель, который, приводит в действие печатающую головку. Все вроде как отлично, но при этом постоянно необходимо “катать” туда-сюда двигатель оси Х, а это лишний вес…. ну и надо всегда следить за качеством натяжения ремней. Все три отдельных ремня обязательно должны быть натянуты струной. В противном случае качественной печати Вам не видать.
В кинематике 3D принтера Ultimaker двигатели осей XY стоят неподвижно:
С помощью четырех больших и двух маленьких ремней и гладких закаленных валов приходит в движение печатающая голова с очень даже достойной скоростью. Как результат – качество печати у 3D принтеров с таким образом построенной кинематикой, одно из самых лучших. Подробнее кинематическая часть 3D принтера:
В этой конструкции лично мне не нравится использование вращающихся валов, которые обязывают использовать бронзовые (или фторопластовые) втулки вместо подшипников качения. Да и валы должны быть идеально ровными, иначе весь механизм будет штормить при движении. Обилие зубчатых ремней я бы тоже не отнес к плюсам конструкции, поэтому ищем дальше.
Есть весьма простая но гениальная кинематика 3D принтера – это H-Bot. Конструкция предполагает всего один длинный ремень и не требует наличия подвижных моторов. При кинематике H-bot лучше использовать армированный ремень – никаких заморочек с натяжителями. Главное – жесткость конструкции! Иначе будете печатать не куги, а овалы.
Основная проблема H-bot кроется в том, что кран балка приводится в движение одним ремнем, при этом усилие прикладывается лишь к одному из концов кран балки что приводит к усиленному износу у жестких конструкций и перекосом балки при недостаточно жестком конструктиве кинематики.
Многие путают кинематику H-Bot с кинематикой CoreXY
И CoreXY и H-Bot действительно очень похожи. В работе.
При вращении обоих двигателей в одну и ту же сторону, выполняется движение экструдера по оси X. Во время вращения обоих двигателей в противоположную сторону – двигается каретка с экструдером по оси Y. В случае, если вращаться будет лишь один из двигателей – получим одновременное движение по двум осям, другими словами это будет движение по диагонали.
Отметим, что прошивка Marlin отлично поддерживает кинематику CoreXY. Необходимо раскамментировать в конфигурации всего одну строчку.
//Uncomment the following line to enable CoreXY kinematics
// #define COREXY
Не вооруженным глазом заметны плюсы кинематики CoreXY – двигатели находятся в стационарном положении, им не надо никуда ездить, соответственно, они могут быть любыми по мощности (и соответственно весу). Два зубчатых ремня короче чем один длинный у H-bot и как следствие менее подвержены растяжению.
Инженеры самой громкой компании- производителя 3Д принтеров Makerbot в пятом генерации 3Д принтеров решили использовать именно кинематику H-bot:
Наша команда инженеров, так же приняла решение использовать в разработках только лучшее! Потому наши выпускаемые модели имеют кинематику CoreXY в 3D принтере Prime