3D-tulostusteknologia kehittyy harppauksin. Yhtenä hetkenä keskustelemme pienten lelujen valmistamisesta lasten viihdyttämiseksi, ja seuraavassa sekunnissa kuulemme uutisen, että 3D-tulostin on rakentanut betonirakennuksen, joka kestää 8 magnitudin maanjäristyksen. Ajan myötä myös "3D-tulostimen 3D-tulostus" näyttää mahdolliselta.

Mutta jos jätämme potentiaaliset käyttäjät sikseen, harrastajat ja tekijät ovat edelleen enemmän kiinnostuneita 3D-pöytätulostimista – millaisia ​​tyyppejä on olemassa, kuinka nopeasti ne tulostavat ja kuinka paljon ne maksavat. Jos pidät asioiden perusteellisesta selvittämisestä tai olet joskus kokeillut 3D-tulostimen tekemistä itse, olet varmasti pohtinut myös tätä kysymystä: miten ne liikkuvat?

XYZ, I3 ja CoreXY ovat tällä hetkellä suosituimmat pöytämalliset 3D-tulostimet. Ne liikkuvat seuraavasti: koneessa on yksi tai useampi akseli 3D-koordinaatistossa X-, Y- ja Z-suunnissa. Kunkin akselin toisessa päässä on moottori voimanlähteenä. Synkronihihnat tai johtoruuvit muuttavat moottorin pyörimisen lineaariseksi liikkeeksi X-, Y- ja Z-suunnissa. Lopuksi, lineaaristen ohjauskiskojärjestelmien avulla kolmessa suunnassa kone voi sijoittaa suuttimen mihin tahansa pisteeseen akselien muodostamassa 3D-tilassa, puristaa filamentin ja luoda 3D-objektin.

Miksi opastusjärjestelmät ovat tärkeitä?

Ohjausjärjestelmillä on pääasiassa kolme tarkoitusta tulostuksen aikana:

1. Tarkkuus: Varmista tiukka toleranssi, estä heiluminen ja varmista, että ohjaimiin asennettu tulostuspää tai lämmitetty alusta liikkuu lineaarisesti ennalta määrättyyn suuntaan;
2. Sujuvuus: Vähentää laakereiden tai rullien aiheuttamaa kitkaa ja edistää tasaisempaa liikettä;
3. Luotettavuus: Erinomaisen jäykkyyden omaavat ohjausrakenteet voivat parantaa koneen luotettavuutta ja edistää tasaisempia tulosteita ajan mittaan.

Ohjausjärjestelmien monipuolisuus

Yleisesti ottaen 3D-tulostimissa käytettyihin ohjausjärjestelmiin kuuluvat:

1. Pyörät ja profiilit
2. Lineaaritangot ja laakerit
3. Lineaarikiskot
4. Upotetut lineaarikiskot

Vanteet ja profiilit

Kaikista ohjaimista pyörien ja profiilien yhdistelmä on luultavasti yleisin ja kustannustehokkain. Profiilin V- tai T-muotoisessa urassa kulkee tyypillisesti 3–4 rullaa, jotka ohjaavat liikkeitä.

Pyörien ulkorengas on yleisimmin valmistettu POM:sta (polyformaldehydi) ja sisärengas teräksestä ja kuulalaakereista. POM:lla on korkea lujuus, alhainen muodonmuutos ja erinomainen kulutuskestävyys, minkä ansiosta se sopii erityisesti tulostinpyörien valmistukseen. Oikein käytettynä POM-rullat voivat kestää satoja tunteja. Jotkut valmistajat käyttävät myös PC:tä (polykarbonaattia) pyörien valmistukseen, joilla on vielä suurempi lujuus ja pidempi käyttöikä, vaikkakin hieman korkeampaan hintaan.

Lineaarisen liikkeen varmistamiseksi pyörien tulee tarttua profiileihin kunnolla. Liian löysä kiristys voi aiheuttaa tärinää suurilla nopeuksilla. Liian kireä kiristys lisää kulumista – kertynyt roska voi kasaantua pyörien ja kiskojen väliin, mikä aiheuttaa epätasaista tai nykivää liikettä. Siksi käyttäjien on säädettävä pyörien kireyttä tulostimen toiminnan mukaan, puhdistettava roska ja vaihdettava pyörät tarvittaessa. Verrattuna muihin ohjaimiin, pyörän ja profiilin yhdistelmä vaatii useammin huoltoa.

Lisäksi muovit ovat jäykempiä kuin metallit. Pyörien muodonmuutoksia liikkeen aikana on vaikea välttää, joten pyörillä varustettujen tulostimien tarkkuus on yleensä alhaisempi kuin teräsohjaimilla varustettujen tulostimien.

3D-tulostimissa yleisesti käytettyjä profiileja on saatavilla kahdenlaisia: V-uraprofiileja ja T-uraprofiileja. Kuten nimet viittaavat, niiden tärkein ero on poikkileikkauksen muoto. Eri profiilit yhdistetään erilaisiin pyöriin hyvien ohjaustehosteiden saavuttamiseksi.

Koska profiilit ovat muokattavissa, edullisia ja riittävän tehokkaita, pyörien ja profiilien yhdistelmä on ensisijainen valinta moniin tee-se-itse 3D-tulostimiin.

Edut

• Hyvä ohjausteho, halpa ja hyödyllinen;
• Runsaasti vaihtoehtoja, laajalti saatavilla;
• Helppo asentaa, käyttää ja muokata;

Haitat

• Alhaisempi tarkkuus;
• Alttiimpi tärinälle;
• Vaatii useammin huoltoa.

Lineaaritangot ja laakerit

Pyörä- ja profiiliohjaimien rajoitukset ovat saaneet tee-se-itse-insinöörit ja valmistajat siirtämään enemmän huomiota toiseen yhdistelmään, jolla on ylivoimainen tarkkuus ja vakaus – lineaaritangot ja laakerit. Viime vuosina tanko- ja laakeriohjaimista on tullut lähes synonyymeja 3D-tulostimien ohjainjärjestelmille. Tulostimen kutakin akselia kohden tarvitaan vähintään kaksi tankoa ja kaksi laakeria. Laakerit joko kietoutuvat tankoihin tai tarttuvat niihin ja kytkeytyvät ekstruuderilla tai lämmitetyllä alustalla varustettuihin vaunuihin lineaarisen liikkeen ohjaamiseksi.

Lineaarisauva eli sileä sauva on yksinkertaisesti lieriömäinen teräsauva, jota on saatavilla eri kokoisina – 3D-tulostimet käyttävät tyypillisesti halkaisijaltaan 8 mm:n sauvoja. Sauvoja voidaan työstää suurella mittatarkkuudella ja erittäin sileillä pinnoilla. Kuulalaakereiden kanssa oikein kootut tangot voivat saavuttaa melko hyvät lineaariset liikkeet.

Ja kyllä, sileällä liikkeellä on myös haittoja. Ohjauksessa tangot on kiinnitettävä molemmista päistä metallipuristimilla. Laakerit voivat paitsi liikkua lineaarisesti myös pyöriä 360° sylinterien ympäri. Siksi ne on kiinnitettävä toisen rinnakkaistangon laakereihin, jotta ekstruuderi tai lämmitetty alusta voi liikkua lineaarisesti. Kahden tangon yhdensuuntaisuus voi olla haastavaa, erityisesti tee-se-itse-ihmisille.

Akseliohjainten käyttö tarkoittaa siis toisaalta suurempaa tarkkuutta ja vakautta, mutta toisaalta myös suurempaa tilantarvetta ja painoa sekä suurempaa kokoonpanovaikeutta.

Tankojen kanssa käytettävät laakerit ovat pääasiassa kokonaan teräksestä valmistettuja U-ura- ja lineaarilaakereita. U-ura-laakerit muistuttavat pyöriä, jotka voivat vieriä tankojen päällä. Lineaarilaakereissa on ulkopuolella lieriömäinen holkki ja sisäpuolella useita rivejä kuulia, jotka voivat pyöriä akselia pitkin. Molemmat mahdollistavat tasaisen ohjauksen minimaalisella kitkalla.

Tangot ja laakerit ovat pitkäikäisiä, ja ne vaativat vain satunnaista puhdistusta tankojen pinnalta ja laakereiden voitelua. Jos tangot ovat kotelossa rungon sijaan, kotelon purkaminen ja laakereiden voitelu on yksinkertaista. Kuluneiden laakereiden vaihtaminen pitkäaikaisen käytön jälkeen voi kuitenkin olla hieman hankalaa.

Edut

• Erinomainen ohjausteho, korkea tarkkuus, kohtuulliset kustannukset;
• Runsaasti vaihtoehtoja, laajalti saatavilla;
• Alhainen huoltoväli;

Haitat

• Suurempi jalanjälki ja paino suljettuna;
• Rinnakkaisuus voi olla ongelma;
• Laakereiden vaihtaminen voi olla hankalaa.

Lineaarikiskot

Lineaarikisko, jota kutsutaan myös lineaariohjaimeksi, on ollut trendikäs viime vuosina. Teräksisessä kiskossa on kisko kummallakin puolella, ja siihen kiinnitetyissä liukukappaleissa on kaksi sarjaa kuulalaakereita, jotka voivat liikkua kiskoja pitkin. Teollisten 3D-tulostimien lisäksi yhä useammat pöytätietokoneiden valmistajat käyttävät lineaarikiskoja huippuluokan tuotelinjoissaan.

Vaikka molemmat on valmistettu teräksestä, lineaarikiskot ovat käytännön työssä vähemmän alttiita taivutukselle ja tärinälle verrattuna tankoihin. Tämä johtuu pääasiassa niiden ainutlaatuisesta kiinnitysmenetelmästä. Tankojen kiinnitys tapahtuu vain molemmista päistä, kun taas lineaarikiskoissa on kiinnitysreiät säännöllisin välein pinnalla, minkä ansiosta ne voidaan kiinnittää tiiviisti koteloon tai muihin tukirakenteisiin.

Tämä varmistaa vakaan lineaarisen liikkeen ja parantaa tulostuslaatua sekä lisää nopeusrajoitusta estämällä liiallista tärinää suurilla nopeuksilla. Tämä on yksi syy siihen, miksi J1 voi saavuttaa nopean tulostuksen.

Kokoonpanon aikana lineaarikiskot voivat ohjata yhtä akselia ilman paritusta, mikä säästää tilaa ja painoa tehden koneesta kevyemmän ja kompaktimman. Kiskojen yhdensuuntaisuudesta ei myöskään tarvitse huolehtia.

Kuulostaa hyvältä, mutta mikä on juju? Hinta. Karkeat laskelmat osoittavat, että vaikka lineaarikiskojen liukusäätimet ovat samanhintaisia ​​kuin tankojen laakerit, itse kiskot maksavat noin 2,5–4 kertaa enemmän kuin vastaavan pituiset tankoparit. Vertailun vuoksi tangot ovat halpoja ja riittävän hyviä. Punnitessaan lisäkustannuksia suorituskyvyn parantumiseen useimmat tee-se-itse-ihmiset valitsisivat silti tangot ja laakerit.

Lineaarikiskot ovat huoltoa ajatellen samanlaisia ​​kuin edelliset, ja niiden laakerit on voideltava säännöllisesti. Myös näkyvät kiskot on puhdistettava satunnaisesti.

Edut

• Erittäin korkea tarkkuus;
• Tukee nopeaa tulostusta;
• Pieni jalanjälki, kätevä käyttää;

Haitat

• Ei voi toimia tukirakenteina, ne on asennettava profiileihin tms.;
• Kallis.

Upotetut lineaarikiskot

Sen sijaan, että jotkut valmistajat käyttäisivät edellä mainittuja oppaita suoraan, he tutkivat myös parempia ratkaisuja teknisten ominaisuuksien parantamiseksi tai tiettyjen tuotteiden palvelemiseksi.

Lineaarikiskojen ydinvahvuudet ovat teräskiskojen korkea jäykkyys ja kuulalaakereiden mahdollistama tarkka ja tasainen liike. Nämä edut säilyvät upotetuissa lineaarikiskoissa.

Lineaarimoduuleja valmistettaessa FUYU upottaa kaksi teräsnauhaa alumiiniseoskotelon sisäseiniin, minkä jälkeen CNC hioo teräksen tarkasti kiskoiksi mikronitason työstötarkkuudella. Lisäksi leveämmät upotetut kiskot parantavat jäykkyyttä entisestään lisäämättä painoa, mikä sopii paremmin suuritehoisiin CNC-operaatioihin – tavalliset 3D-tulostimet eivät loppujen lopuksi vaadi niin äärimmäistä jäykkyyttä.

Verrattuna lineaarikiskojen suoraan asentamiseen profiilien pinnalle, teräskiskojen upottaminen lineaarimoduulien sisään estää pölyn kertymisen kiskoihin ja vähentää huoltotarvetta. Se tekee moduuleista myös kevyempiä ja kompaktimpia, joten kallis kone ei näytä tee-se-itse-harrastajan projektilta. Lineaarikiskojen upottaminen aiheuttaa kuitenkin huomattavia valmistushaasteita valmistajalle, eikä siitä ole kustannusetua tavallisiin lineaarikiskoihin verrattuna.

Edut

• Sama kuin lineaarikiskoilla: erittäin tarkka, tukee nopeaa tulostusta, pieni tilantarve;
• Kiskon jäykkyyttä parannettu entisestään;
• Pienempi huoltoväli kiskojen ollessa suljettuina;

Haitat

• Kallis;
• Ei sovellu tee-se-itse-käyttöön.