1. Kartesinen XY-koordinaatisto

Kartesinen XY-pään portaalijärjestelmä on liikkeenohjausjärjestelmä, jota käytetään yleisesti 3D-tulostimissa (ja monissa muissa CNC-koneissa). Tässä rakennetavassa tulostuspäätä tai ekstruuderia liikutetaan portaalin X-akselia pitkin ja Y-akselia liikuttamalla koko portaalia. Tämä voi edellyttää suuren massan liikuttamista Y-akselilla ja voi lisätä koneen tärinän riskiä, ​​erityisesti suurilla kiihdytyksillä.

Tällaisessa portaalijärjestelmässä tulostusalusta on kiinteä ja tulostuspää tai ekstruuderi liikkuu kahta kohtisuoraa akselia pitkin, tyypillisesti pyörien maadoitettujen akseleiden päällä, joissa on kiertävät kuulalaakerit. Kalliimmissa versioissa käytetään usein V-kiskoja, joissa on ulkoisesti V-uratut rullalaakerit ohjaimina, mikä vähentää laakerin kulumista. X-akseli määritellään yleensä seuraavasti:poikkikonetta, kun Y-akseli on suunnattutaakse-/eteenpäinsuhteessa laitteeseen. Z-akseli asettaa tulostuspään tai ekstruuderin pystysuoran korkeuden ja sitä kannattelee portaalin X-suuntainen liike.

Kartesian-XY-koordinaatistot ovat yksinkertaisia ​​ja helppoja rakentaa ja käyttää. Ne tarjoavat myös hyvän tarkkuuden ja toistettavuuden, mikä mahdollistaa tulostuspään tarkan asemoinnin. Niillä on kuitenkin rajoituksia nopeuden ja kiihtyvyyden suhteen, ja niiltä saattaa puuttua joiltakin osin jäykkyyttä.

2. Ultimaker-tyylinen ristikkäinen

Ultimaker-tyyppinen ristikkäinen portaalijärjestelmä on mekaaninen rakenne ja akseliliikejärjestelmä, jota käytetään harvemmin 3D-tulostuksessa. Siinä on kaksi rinnakkaista portaalia, jotka sijoittavat tulostuspään tai ekstruuderin X- ja Y-akseleiden suuntaisesti. Portaalit on yhdistetty poikkipalkilla, jonka tarkoituksena on vakauttaa liikettä molemmilla akseleilla jakamalla jäykkyys. Z-akselin liike tapahtuu yleensä näiden kahden akselin kautta sen sijaan, että se olisi delegoitu nousevalle ja laskevalle tulostusalustalle.

Tässä järjestelmässä tulostusalusta on tyypillisesti kiinteä ja vakaa. Tulostuspää tai ekstruuderi liikkuu sekä X- että Y-akseleiden suuntaisesti. Niitä käyttävät askelmoottorit, jotka välittävät liikettä hammashihnojen kautta. Kaksi portaalia pystyvät liikkumaan samanaikaisesti. Tämä mahdollistaa tasaisen kaarevuuden ja nykimättömän liikkeen tulostustoimintojen välillä, koska äkilliset suunnanmuutokset minimoidaan. Lähestymistapa tarjoaa myös hyvän vakauden tulostuksen aikana, mikä parantaa tulosteiden laatua.

Tämä suunnittelutapa on monimutkaisempi ja vaatii enemmän asennus- ja kalibrointityötä kuin yksinkertaisemmat mallit. Tähän vaikuttavat erityisesti hihnakäytöt, jotka vaativat erittäin hyvää kohdistusta tarkan ja toistettavan liikkeen varmistamiseksi. Jotkut käyttäjät raportoivat myös vaikeuksista päästä tulostusalustalle säätöjen tekemiseksi tulostuksen aikana, koska kaksi telaketjua voivat ajoittain estää pääsyn tulostuksen aikana.

3. CoreXY

CoreXY-portaalijärjestelmä on 3D-tulostussuunnittelussa käytetty rakenne, jossa on kiinteät askelmoottorit X- ja Y-akseleiden pyörittämiseen. Tämä vähentää portaalin liikkuvaa massaa Y-akselin liikkeiden aikana, koska Y-akselin käyttö pysyy kiinteästi paikallaan. Tämä mahdollistaa tulostuspään suuremman kiihtyvyyden ja tarkemmat liikkeet, mikä tuottaa korkealaatuisempia tulosteita.

CoreXY-järjestelmä toimii käyttämällä sarjaa hihnapyöriä ja kierrättäviä (silmukka)hihnoja, jotka on järjestetty siten, että käyttöhihnat risteävät toistensa kanssa järjestelmän ytimessä tai keskellä. Hammashihnojen käyttö liikuttaa tulostuspäätä sekä X- että Y-suunnassa pienemmällä inertialla.

Pienemmän massan liikuttelu mahdollistaa kevyemmän portaalirakenteen. Suurilla kiihtyvyysmomenteilla vastustettavaa liikkuvaa massaa on vähemmän. Tämä lähestymistapa on herkempi hihnan kireydelle ja liukukäytänteelle kuin muut järjestelmät, ja sen asentaminen ja kalibrointi voi olla monimutkaista. Kiihtyvyyskapasiteettia pidetään riittävänä etuna, joka kompensoi asennusongelmia, joten tämä järjestelmä on suosittu joidenkin edistyneempien käyttäjien keskuudessa.

4. i3-tyylinen karteesinen XZ-pää

i3-tyylistä karteesista XZ-tulostuspäätä käytetään erittäin laajalti 3D-tulostimien suunnittelussa. Tässä lähestymistavassa itse tulostusalustaa nostetaan ja lasketaan (Z-akselin liike), kun taas tulostuspäätä kuljetetaan erikseen X- ja Y-akseleiden portaalissa. Ekstruuderi on asennettu vaunuun, joka liikkuu X- ja Y-akseleita pitkin tarkkuushiottujen akseleiden avulla kiertävien kuulalaakerien avulla. Suuremmissa ja kalliimmissa koneissa kiskot voivat olla V-muotoisia, ja näillä kiskoilla kulkevat rullalaakerit.

Tämä rakenne on yksinkertainen ja helppo rakentaa, mikä tekee siitä suositun valinnan koti-/harrastajakäyttöön tarkoitetuille 3D-tulostimille. Se tarjoaa hyvän tarkkuuden pienemmissä koneissa, mutta yleensä se vaatii kohtuullista kiihtyvyyttä ja suunnanmuutoksia suhteellisen alhaisen jäykkyyden ja suuren inertian vuoksi.

Tämän rakenteen ensisijainen haittapuoli on, että alustan tasaisuuden ylläpitäminen ja tasaisten kerrospaksuuksien saavuttaminen voi olla erittäin vaikeaa. Huonolla jäykkyydellä verrattuna muihin, kalliimpiin 3D-tulostinrakenteisiin voi olla erittäin merkittäviä vaikutuksia suuremmilla akselin nopeuksilla/kiihtyvyyksillä.

5. H-Bot

H-bot on joissakin 3D-tulostimissa käytetty portaalijärjestelmä. Se käyttää hihnakäyttöjä ja lineaarikiskoja asettelussa, jossa on CoreXY-järjestelmän tavoin kiinteät moottorit X- ja Y-akseleiden pyörittämiseen.

X- ja Y-akselin kaksi hihnaa muodostavat H-kirjaimen muodon. Toinen hihna on kiinnitetty tulostuspäähän ja liikkuu Y-akselia pitkin. Toinen hihna on kiinnitetty gantryn toiseen päähän ja liikkuu X-akselia pitkin. Tulostuspäätä kannattelee Z-käyttö, joka liikkuu kahta pääakselin kiskoa pitkin.

H-botin asettelu voi olla vakaampi ja jäykempi kuin muissa 3D-tulostimissa, mikä tarjoaa korkealaatuisempia tulosteita. Kiinteät moottorit vähentävät järjestelmän inertiaa, mikä mahdollistaa suuremmat kiihtyvyydet ja vaatii vähemmän jäykkyyttä hyvän vakauden saavuttamiseksi.

H-botin rakenteen asentaminen on monimutkaista ja kalibrointi vaikeaa, ja sen on raportoitu vaativan enemmän huoltoa. Hihnoihin syntyvä pienikin löysyys häiritsee merkittävästi XY-tarkkuutta, mikä on erityinen ongelma kunnossapidossa, koska hihnat voivat venyä. Hyvin huollettuna H-bot on kuitenkin tehokas portaalijärjestelmä, joka pystyy tuottamaan korkeaa laatua ja nopeutta.