Кинематика 3D принтера. На чем определиться при выборе 3D принтера?

Кинематика 3D принтера. На чем определиться при выборе 3D принтера?

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.

3d_p

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:

3d_p-02a1

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

12321

3d_p-02a-22m

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.

3d_p-02a-23m

3d_p-02a-24m

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:

3d_p-02a-26

Наша команда инженеров, так же приняла решение использовать в разработках только лучшее! Потому наши выпускаемые модели имеют кинематику CoreXY  в 3D принтере Prime 

DSC_0740