1. رأس نظام الإحداثيات الديكارتية XY

نظام البوابة ذو الرأس XY الكارتيزي هو نوع من أنظمة التحكم في الحركة شائع الاستخدام في طابعات ثلاثية الأبعاد (وأنواع أخرى كثيرة من آلات CNC). تعتمد هذه الطريقة على تحريك رأس الطباعة أو الطارد على طول المحور X للبوابة، وتحريك المحور Y بتحريك البوابة بأكملها. قد يتطلب ذلك تحريك كتلة كبيرة على المحور Y، مما قد يزيد من خطر اهتزاز الآلة، خاصةً أثناء المناورات عالية التسارع.

في نظام الرافعة هذا، تكون قاعدة الطباعة ثابتة، بينما يتحرك رأس الطباعة أو الطارد على طول محورين متعامدين، وعادةً ما يدوران على أعمدة أرضية مزودة بمحامل كروية خطية دوارة. غالبًا ما تستخدم الإصدارات ذات الأسعار الأعلى قضبانًا على شكل حرف V مع محامل أسطوانية ذات أخاديد خارجية على شكل حرف V كموجهات، مما يقلل من تآكل المحامل. يُعرَّف المحور X عادةً على النحو التالي:عبركما هو الحال في الآلة، بينما يكون المحور Y موجهًاللخلف/للأمامبالنسبة للجهاز. يحدد المحور Z الارتفاع الرأسي لرأس الطباعة أو الطارد ويتم نقله على حركة المحور X للبوابة.

تتميز أنظمة المحاور الكارتيزية XY بالبساطة وسهولة التركيب والتشغيل. كما أنها توفر دقة عالية وقابلية تكرار ممتازة، مما يسمح بتحديد موضع رأس الطباعة بدقة متناهية. مع ذلك، فهي محدودة من حيث السرعة والتسارع، وقد تفتقر إلى الصلابة في بعض الجوانب.

2. نمط ألتيميكر المتقاطع

نظام البوابة المتقاطعة من نوع Ultimaker هو هيكل ميكانيكي ونظام حركة محورية أقل شيوعًا في الطباعة ثلاثية الأبعاد. يتكون من بوابتين متوازيتين تُحددان موضع رأس الطباعة أو الطارد على المحورين X وY. وترتبط البوابتان بعارضة متقاطعة، تهدف إلى تثبيت الحركة على كلا المحورين من خلال توزيع الصلابة. عادةً ما تتم حركة المحور Z على هذين المحورين، بدلاً من إسنادها إلى قاعدة طباعة متحركة.

في هذا النظام، تكون قاعدة الطباعة ثابتة ومستقرة عادةً. يتحرك رأس الطباعة أو الطارد على طول المحورين X وY، ويتم تشغيلهما بواسطة محركات خطوية تنقل الحركة عبر أحزمة مسننة. يمكن للرافعتين التحرك في وقت واحد، مما يسمح بانحناء سلس وحركة خالية من الاهتزازات بين عمليات الطباعة، حيث يتم تقليل التغيرات المفاجئة في الاتجاه إلى أدنى حد. كما يوفر هذا الأسلوب استقرارًا جيدًا أثناء الطباعة، مما يُحسّن جودة المطبوعات.

يُعدّ هذا التصميم أكثر تعقيدًا ويتطلب جهدًا أكبر في الإعداد والمعايرة مقارنةً بالتصاميم الأبسط. ويتأثر ذلك بشكل خاص بمحركات السيور التي تتطلب محاذاة دقيقة للغاية لضمان حركة دقيقة ومتكررة. كما أفاد بعض المستخدمين بصعوبة الوصول إلى سطح الطباعة لإجراء التعديلات أثناء الطباعة، حيث قد تعيق البوابتان الوصول في بعض الأحيان.

3. CoreXY

نظام CoreXY هو هيكل يُستخدم في تصميم طابعات ثلاثية الأبعاد، ويحتوي على محركات خطوية ثابتة لتحريك المحورين X وY. يقلل هذا من الكتلة المتحركة في الهيكل أثناء حركة المحور Y، حيث يبقى محرك المحور Y ثابتًا في مكانه. وهذا يُتيح تسارعًا أكبر وحركات أكثر دقة لرأس الطباعة، مما يُوفر نتائج طباعة عالية الجودة.

يعمل نظام CoreXY باستخدام سلسلة من البكرات والأحزمة الدائرية (الحلقية) المرتبة بحيث تتقاطع أحزمة القيادة عند مركز النظام. وتؤدي حركة الأحزمة المسننة إلى تحريك رأس الطباعة في الاتجاهين X و Y بقصور ذاتي أقل.

يُتيح تحريك كتلة أقل تصميمًا أخفّ لهيكل الرافعة. وبالتالي، تقلّ الكتلة المتحركة التي يجب مقاومتها عند لحظات التسارع العالية. يُعدّ هذا الأسلوب أكثر حساسية لشدّ الحزام وحالة الانزلاق مقارنةً بالأنظمة الأخرى، وقد يكون إعداده ومعايرته معقدين. مع ذلك، تُعتبر قدرة التسارع ميزةً كافيةً لتجاوز مشاكل الإعداد، لذا يحظى هذا النظام بشعبية بين بعض المستخدمين ذوي الخبرة العالية.

4. رأس كارتيزي XZ بنمط i3

يُستخدم رأس الطباعة ذو المحورين X وZ من نوع i3 على نطاق واسع في تصميم طابعات ثلاثية الأبعاد. في هذا التصميم، تُرفع وتُخفض منصة الطباعة نفسها (حركة المحور Z)، بينما يُنقل رأس الطباعة بشكل منفصل على هيكل داعم للمحورين X وY. يُثبّت جهاز البثق على عربة تتحرك على طول المحورين X وY على أعمدة مصقولة بدقة، باستخدام جلبات كروية دوارة. في الطابعات الأكبر حجمًا والأعلى سعرًا، قد تكون القضبان على شكل حرف V، مع محامل أسطوانية تعمل عليها.

يتميز هذا التصميم بالبساطة وسهولة التركيب، مما يجعله خيارًا شائعًا للطابعات ثلاثية الأبعاد المنزلية/للهواة. يوفر دقة عالية في الطابعات الصغيرة، ولكنه يتطلب عمومًا تعديلًا في التسارع وتغييرات الاتجاه نظرًا لانخفاض صلابته نسبيًا وارتفاع قصوره الذاتي.

يتمثل العيب الرئيسي لهذا التصميم في صعوبة الحفاظ على سطح مستوٍ والحصول على سماكات طبقات متناسقة. كما أن ضعف صلابته، مقارنةً بتصاميم طابعات ثلاثية الأبعاد أخرى أغلى ثمناً، قد يؤثر بشكل كبير عند سرعات/تسارعات المحاور العالية.

5. إتش-بوت

نظام H-bot هو نظام جسري يُستخدم في بعض طابعات ثلاثية الأبعاد. يستخدم هذا النظام محركات سير وقضبان خطية في تصميم مشابه لنظام CoreXY، حيث يحتوي على محركات ثابتة لتحريك المحورين X و Y.

يشكل الحزامان الخاصان بالمحورين X و Y شكل حرف "H". يُثبّت أحد الحزامين برأس الطباعة ويتحرك على طول المحور Y. أما الحزام الآخر فيُثبّت بالطرف الآخر من الهيكل ويتحرك على طول المحور X. يُحمل رأس الطباعة على محرك Z الذي يتحرك على طول سكتي المحور الرئيسيتين.

يتميز تصميم H-bot بثبات وصلابة أكبر من تصاميم طابعات ثلاثية الأبعاد الأخرى، مما يوفر نتائج طباعة عالية الجودة. تعمل المحركات الثابتة على تقليل قصور النظام الذاتي، مما يسمح بتسارع أكبر ويتطلب صلابة أقل لتحقيق ثبات جيد.

يُعد تصميم روبوت H معقدًا في الإعداد والمعايرة، ويُقال إنه يتطلب صيانة دورية. أي ارتخاء طفيف في السيور سيؤثر سلبًا على دقة المحورين X وY بشكل ملحوظ، وهو ما يُمثل مشكلة خاصة في الصيانة نظرًا لإمكانية تمدد السيور. مع ذلك، عند صيانته بشكل جيد، يُصبح روبوت H نظامًا فعالًا للرافعة قادرًا على تقديم جودة عالية وسرعة فائقة.