Quali sono i diversi tipi di sistemi a portale per la stampa 3D?

Vantaggi e svantaggi delle vostre soluzioni.

1. Testa cartesiana-XY

Un sistema a portale con testa cartesiana-XY è un tipo di sistema di controllo del movimento comunemente utilizzato nelle stampanti 3D (e in un'ampia gamma di altre classi di macchine CNC). Questo approccio costruttivo sposta la testina di stampa o l'estrusore lungo l'asse X del portale e muove l'asse Y spostando l'intero portale. Ciò può comportare lo spostamento di una massa elevata sull'asse Y e può comportare un rischio maggiore di vibrazioni della macchina, soprattutto durante le manovre ad alta accelerazione.

In un sistema a portale di questo tipo, il letto di stampa è fisso e la testina di stampa o l'estrusore si muovono lungo due assi perpendicolari, in genere su alberi rettificati con cuscinetti lineari a ricircolo di sfere. Le versioni più costose utilizzano spesso guide a V con cuscinetti a rulli scanalati a V esternamente, per ridurre l'usura dei cuscinetti. L'asse X è solitamente definito come trasversale alla macchina, mentre l'asse Y è orientato in avanti/indietro rispetto al dispositivo. L'asse Z posiziona l'altezza verticale della testina di stampa o dell'estrusore e viene trasportato dal movimento X del portale.

I sistemi a portale cartesiano-XY sono semplici e facili da costruire e utilizzare. Offrono inoltre una buona precisione e ripetibilità, consentendo un posizionamento di alta precisione della testina di stampa. Tuttavia, presentano limitazioni in termini di velocità e accelerazione e possono mancare di rigidità in alcuni aspetti.

2. Ultimaker-Stile Incrociato

Il sistema a portale incrociato Ultimaker-style è una struttura meccanica e un sistema di movimento degli assi meno comunemente utilizzato nella stampa 3D. Presenta due cavalletti paralleli che posizionano la testina di stampa o l'estrusore lungo gli assi X e Y. I cavalletti sono collegati da una barra trasversale, che ha lo scopo di stabilizzare il movimento lungo entrambi gli assi condividendo la rigidità. Il movimento dell'asse Z viene solitamente eseguito su questi due assi, anziché essere delegato a un letto di stampa che sale e scende.

In questo sistema, il letto di stampa è generalmente fisso e stabile. La testina di stampa o l'estrusore si muovono lungo entrambi gli assi X e Y. Sono azionate da motori passo-passo che trasmettono il movimento attraverso cinghie dentate. I due assi sono in grado di muoversi simultaneamente. Ciò consente di ottenere una curvatura uniforme e un movimento senza scatti tra le operazioni di stampa, in quanto i cambiamenti direzionali improvvisi sono ridotti al minimo. Questo approccio offre anche una buona stabilità durante la stampa, a vantaggio della qualità dei risultati stampati.

Questo approccio progettuale è più complesso e richiede uno sforzo maggiore per l'impostazione e la calibrazione rispetto ai progetti più semplici. Ciò è dovuto in particolare alle trasmissioni a cinghia che richiedono un ottimo allineamento per garantire un movimento preciso e ripetibile. Alcuni utenti segnalano anche la difficoltà di accedere al letto di stampa per effettuare le regolazioni durante la stampa, in quanto i due cavalletti possono bloccare l'accesso durante la stampa.

3. CoreXY

Il sistema gantry CoreXY è una struttura utilizzata nella progettazione di stampanti 3D che dispone di motori passo-passo fissi per azionare gli assi X e Y. In questo modo si riduce la massa in movimento nel gantry durante i movimenti dell'asse Y, poiché l'azionamento dell'asse Y rimane fisso in posizione. Ciò consente un'accelerazione maggiore e movimenti più precisi della testina di stampa, garantendo risultati di stampa di qualità superiore.

Il sistema CoreXY funziona utilizzando una serie di pulegge e cinghie a ricircolo (loop) disposte in modo che le cinghie di trasmissione si incrocino l'una con l'altra al centro del sistema. L'azionamento delle cinghie dentate sposta la testina di stampa in entrambe le direzioni X e Y con una minore inerzia.

Lo spostamento di una massa inferiore consente di alleggerire la struttura del portale. C'è meno massa in movimento a cui resistere in caso di momenti di accelerazione elevati. Questo approccio è più sensibile alla tensione della cinghia e alle condizioni della slitta rispetto ad altri sistemi e può essere complesso da impostare e calibrare. La capacità di accelerazione è considerata un vantaggio sufficiente a compensare i problemi di configurazione, per cui questo sistema è molto apprezzato da alcuni utenti della categoria più avanzata.

4. testa cartesiana-XZ tipo i3

La testa cartesiana-XZ di tipo i3 è molto diffusa nella progettazione delle stampanti 3D. In questo approccio, la piattaforma di stampa stessa viene sollevata e abbassata (movimento dell'asse Z), mentre la testina di stampa viene trasportata separatamente sul portale per gli assi X e Y. L'estrusore è montato su un carrello che si muove lungo gli assi X e Y su alberi rettificati di precisione, utilizzando boccole a ricircolo di sfere. Nelle macchine più grandi e costose, le guide possono essere a V, con cuscinetti a rulli che scorrono su queste guide.

Questo design è semplice e facile da costruire, il che lo rende una scelta popolare per le stampanti 3D domestiche/hobbistiche. Offre una buona accuratezza e precisione nelle macchine più piccole, ma in genere richiede moderazione nell'accelerazione e nei cambi di direzione a causa della rigidità relativamente bassa e dell'inerzia elevata.

Lo svantaggio principale di questo design è che può essere molto difficile mantenere un letto livellato e ottenere spessori coerenti. La scarsa rigidità, rispetto ad altri design di stampanti 3D di prezzo superiore, può avere effetti molto significativi a velocità/accelerazioni degli assi più elevate.

5. H-Bot

L'H-bot è un sistema a portale utilizzato in alcune stampanti 3D. Utilizza trasmissioni a cinghia e binari lineari in un layout che, simile al sistema CoreXY, ha motori fissi per azionare gli assi X e Y.

Le due cinghie per X e Y hanno la forma di una "H" Una cinghia è collegata alla testina di stampa e si muove lungo l'asse Y. L'altra cinghia è collegata all'altra testina di stampa. L'altra cinghia è collegata all'altra estremità del portale e si sposta lungo l'asse X. La testina di stampa è trasportata da un'unità Z che si muove lungo i due binari dell'asse principale.

Il layout del robot H può essere più stabile e rigido rispetto ad altri progetti di stampanti 3D, fornendo risultati di stampa di qualità superiore. I motori fissi riducono l'inerzia del sistema, consentendo accelerazioni più elevate e richiedendo una minore rigidità per una buona stabilità.

Il design del robot H è complicato da configurare e difficile da calibrare e richiede una maggiore manutenzione. Ogni minimo allentamento delle cinghie compromette in modo significativo la precisione X-Y, il che rappresenta un problema particolare per la manutenzione, poiché le cinghie possono allungarsi. Tuttavia, se ben mantenuto, l'H-bot è un sistema gantry efficace, in grado di fornire alta qualità e alta velocità.