3D प्रिंटिंग तकनीक तेज़ी से आगे बढ़ रही है। एक पल हम बच्चों के मनोरंजन के लिए छोटे-छोटे खिलौने बनाने की बात कर रहे होते हैं, और अगले ही पल खबर आती है कि एक 3D प्रिंटर ने कंक्रीट की एक ऐसी इमारत बना दी है जो 8 तीव्रता के भूकंप को भी झेल सकती है। समय के साथ, "3D प्रिंटर से 3D प्रिंटिंग" भी संभव लगती है।

लेकिन संभावनाओं को छोड़ दें, तो शौकीनों और निर्माताओं को डेस्कटॉप 3D प्रिंटरों की ज़्यादा परवाह है—ये कितने प्रकार के होते हैं, ये कितनी तेज़ी से प्रिंट करते हैं, और इनकी कीमत कितनी है। अगर आपको चीज़ों की तह तक जाना पसंद है, या आपने पहले कभी 3D प्रिंटर खुद बनाने की कोशिश की है, तो आपने भी यह सवाल ज़रूर सोचा होगा: ये कैसे चलते हैं?

XYZ, I3 और CoreXY वर्तमान में डेस्कटॉप 3D प्रिंटर की सबसे लोकप्रिय शैलियाँ हैं। ये इस प्रकार चलते हैं: मशीन में 3D निर्देशांक प्रणाली के X, Y और Z दिशाओं में एक या कई अक्ष होते हैं। प्रत्येक अक्ष के एक सिरे पर शक्ति प्रदान करने के लिए एक मोटर लगी होती है। सिंक्रोनस बेल्ट या लीडस्क्रू मोटर के घूर्णन को X, Y और Z दिशाओं में रैखिक गति में परिवर्तित करते हैं। अंत में, तीनों दिशाओं में रैखिक गाइड रेल प्रणालियों के साथ, मशीन अक्षों द्वारा निर्मित 3D स्थान में किसी भी बिंदु पर नोजल को स्थापित कर सकती है, फिलामेंट को बाहर निकाल सकती है, और एक 3D वस्तु बना सकती है।

गाइड प्रणालियाँ क्यों महत्वपूर्ण हैं?

मुद्रण के दौरान गाइड सिस्टम मुख्यतः 3 उद्देश्यों की पूर्ति करता है:

1. परिशुद्धता: सख्त सहनशीलता का एहसास करें, कंपन को रोकें, और सुनिश्चित करें कि गाइड पर स्थापित प्रिंट हेड या गर्म बिस्तर पूर्व निर्धारित दिशा के साथ रैखिक रूप से चलता है;
2. चिकनाई: बीयरिंग या रोलर्स के साथ घर्षण को कम करें, और चिकनी गति में योगदान दें;
3. विश्वसनीयता: उत्कृष्ट कठोरता वाली मार्गदर्शक संरचनाएं मशीन की विश्वसनीयता में सुधार कर सकती हैं और समय के साथ अधिक सुसंगत प्रिंट में योगदान कर सकती हैं।

गाइड प्रणालियों की विविधता

सामान्यतः, 3D प्रिंटर पर प्रयुक्त गाइड प्रणालियों में शामिल हैं:

1. पहिए और प्रोफाइल
2. रैखिक छड़ें और बीयरिंग
3. रैखिक रेल
4. एम्बेडेड रैखिक रेल

पहिए और प्रोफाइल

सभी गाइडों में, पहियों और प्रोफाइल का संयोजन शायद सबसे आम और किफ़ायती है। आमतौर पर, प्रोफाइल के V- या T-आकार के खांचे में 3 से 4 रोलर चलते हैं जो गति का मार्गदर्शन करते हैं।

पहियों की बाहरी रिंग आमतौर पर POM (पॉलीफॉर्मेल्डिहाइड) से बनी होती है, और भीतरी रिंग स्टील और बॉल बेयरिंग से बनी होती है। POM में उच्च शक्ति, कम विरूपण और उत्कृष्ट घर्षण प्रतिरोध होता है, जो इसे प्रिंटर व्हील बनाने के लिए विशेष रूप से उपयुक्त बनाता है। उचित उपयोग के साथ, POM रोलर्स सैकड़ों घंटे तक चल सकते हैं। कुछ निर्माता पहियों के निर्माण के लिए PC (पॉलीकार्बोनेट) का भी उपयोग करते हैं, जिनकी शक्ति और जीवनकाल अधिक होता है, हालाँकि उनकी कीमत थोड़ी अधिक होती है।

रैखिक गति सुनिश्चित करने के लिए, पहियों को प्रोफाइल को ठीक से पकड़ना चाहिए। बहुत ज़्यादा ढीले होने पर तेज़ गति पर कंपन हो सकता है। बहुत ज़्यादा कसने से घिसाव बढ़ जाएगा—पहियों और रेल के बीच जमा हुआ मलबा जमा हो सकता है, जिससे गति में अनियमितता या कंपन हो सकता है। इसलिए उपयोगकर्ताओं को प्रिंटर की कार्यप्रणाली के अनुसार पहियों की कसावट को समायोजित करना होगा, मलबा साफ़ करना होगा, और ज़रूरत पड़ने पर पहियों को बदलना होगा। अन्य गाइडों की तुलना में, पहियों और प्रोफाइल के संयोजन को ज़्यादा बार रखरखाव की आवश्यकता होती है।

इसके अतिरिक्त, प्लास्टिक में धातुओं की तुलना में कम कठोरता होती है। गति के दौरान पहियों के विरूपण से बचना मुश्किल होता है, इसलिए पहियों वाले प्रिंटर आमतौर पर स्टील गाइड वाले प्रिंटर की तुलना में कम सटीकता वाले होते हैं।

3D प्रिंटर पर आमतौर पर इस्तेमाल होने वाले प्रोफाइल दो प्रकार के होते हैं: V-स्लॉट प्रोफाइल और T-स्लॉट प्रोफाइल। जैसा कि नाम से ही ज़ाहिर है, इनके बीच मुख्य अंतर उनके अनुप्रस्थ काट के आकार का है। अच्छे गाइडिंग प्रभाव के लिए अलग-अलग प्रोफाइल अलग-अलग पहियों के साथ जोड़े जाते हैं।

चूंकि प्रोफाइल अनुकूलन योग्य, सस्ती और पर्याप्त प्रदर्शन वाली होती हैं, इसलिए पहियों और प्रोफाइल का संयोजन कई DIY 3D प्रिंटर निर्माणों के लिए शीर्ष विकल्प है।

लाभ

• अच्छा मार्गदर्शक प्रदर्शन, सस्ता और उपयोगी;
• प्रचुर विकल्प, व्यापक रूप से उपलब्ध;
• स्थापित करना, उपयोग करना और संशोधित करना आसान;

नुकसान

• कम परिशुद्धता;
• कंपन के प्रति अधिक प्रवण;
• अधिक लगातार रखरखाव की आवश्यकता है.

रैखिक छड़ें और बीयरिंग

व्हील और प्रोफाइल गाइड की सीमाओं के कारण, DIYers और निर्माता बेहतर परिशुद्धता और स्थिरता वाले एक अन्य संयोजन की ओर अधिक ध्यान दे रहे हैं - रैखिक रॉड और बेयरिंग। पिछले कुछ वर्षों में, रॉड और बेयरिंग गाइड, 3D प्रिंटर के लिए गाइड सिस्टम का लगभग पर्याय बन गए हैं। प्रिंटर के प्रत्येक अक्ष के लिए कम से कम 2 रॉड और 2 बेयरिंग की आवश्यकता होती है। बेयरिंग या तो रॉड से लिपटे रहते हैं या उनसे चिपके रहते हैं, जबकि वे एक एक्सट्रूडर या हीटेड बेड पर लगे कैरिज से जुड़कर रैखिक गति का मार्गदर्शन करते हैं।

एक रैखिक छड़, जिसे चिकनी छड़ भी कहा जाता है, बस एक बेलनाकार स्टील की छड़ होती है, जो विभिन्न आकारों में उपलब्ध होती है - 3D प्रिंटर आमतौर पर 8 मिमी व्यास वाली छड़ों का उपयोग करते हैं। छड़ों को बहुत चिकनी सतहों के साथ उच्च आयामी सटीकता के साथ मशीन किया जा सकता है। बॉल बेयरिंग के साथ, ठीक से संयोजित छड़ें काफी अच्छी रैखिक गति प्राप्त कर सकती हैं।

और हाँ, चिकने होने के कुछ नुकसान भी हैं। मार्गदर्शन के लिए इस्तेमाल किए जाने पर, छड़ों को दोनों सिरों पर धातु के क्लैंप से जकड़ना पड़ता है। इसके अलावा, बेयरिंग न केवल रैखिक रूप से गति कर सकते हैं, बल्कि सिलेंडर के चारों ओर 360° भी घूम सकते हैं। इसलिए एक्सट्रूडर या हीटेड बेड को रैखिक रूप से गति देने के लिए उन्हें एक अन्य समानांतर छड़ पर बेयरिंग से जोड़ना पड़ता है। दो छड़ों के बीच समानांतरता चुनौतीपूर्ण हो सकती है, खासकर DIY करने वालों के लिए।

इसलिए, शाफ्ट गाइड का उपयोग करने का अर्थ एक ओर तो उच्च परिशुद्धता और स्थिरता है, लेकिन दूसरी ओर अधिक फुटप्रिंट और वजन के साथ-साथ असेंबली में अधिक कठिनाई भी है।

रॉड के साथ इस्तेमाल होने वाले बेयरिंग मुख्यतः यू-ग्रूव बेयरिंग और पूरी तरह से स्टील से बने लीनियर बेयरिंग होते हैं। यू-ग्रूव बेयरिंग पहियों की तरह होते हैं जो रॉड के साथ-साथ घूम सकते हैं। लीनियर बेयरिंग में बाहर की तरफ एक बेलनाकार स्लीव होती है, जिसके अंदर बॉल्स की कई पंक्तियाँ होती हैं जो शाफ्ट के साथ घूम सकती हैं। दोनों ही न्यूनतम घर्षण के साथ सुचारू मार्गदर्शन प्रदान कर सकते हैं।

रॉड और बेयरिंग लंबे समय तक चलते हैं, बस कभी-कभार रॉड पर जमी गंदगी को साफ़ करने और बेयरिंग को लुब्रिकेट करने की ज़रूरत होती है। अगर रॉड फ्रेम की तरह काम करने के बजाय किसी हाउसिंग में बंद हैं, तो हाउसिंग को अलग करना और बेयरिंग को लुब्रिकेट करना आसान है। हालाँकि, लंबे समय तक इस्तेमाल के बाद घिसे हुए बेयरिंग को बदलना थोड़ा मुश्किल हो सकता है।

लाभ

• उत्कृष्ट मार्गदर्शक प्रदर्शन, उच्च परिशुद्धता, मध्यम लागत;
• प्रचुर विकल्प, व्यापक रूप से उपलब्ध;
• कम रखरखाव आवृत्ति;

नुकसान

• बंद होने पर बड़ा पदचिह्न और वजन;
• समानता एक समस्या हो सकती है;
• बियरिंग बदलना मुश्किल हो सकता है।

रैखिक रेल

लीनियर रेल, जिसे लीनियर गाइड भी कहा जाता है, हाल के वर्षों में काफी चलन में है। स्टील रेल वाले हिस्से में दोनों तरफ एक ट्रैक होता है, और उस पर लगे स्लाइडर्स में बॉल बेयरिंग के दो सेट होते हैं जो ट्रैक के साथ-साथ घूम सकते हैं। औद्योगिक 3D प्रिंटर के अलावा, ज़्यादा से ज़्यादा डेस्कटॉप निर्माता भी अपने उच्च-स्तरीय उत्पाद श्रृंखलाओं में लीनियर रेल का इस्तेमाल कर रहे हैं।

हालाँकि दोनों स्टील से बने होते हैं, लेकिन जब वास्तविक काम की बात आती है, तो रॉड की तुलना में रैखिक रेल झुकने और कंपन के प्रति कम संवेदनशील होती हैं। इसका मुख्य कारण उनकी अनोखी माउंटिंग विधि है। रॉड केवल दोनों सिरों पर ही स्थिर होती हैं, जबकि रैखिक रेल की सतह पर नियमित अंतराल पर माउंटिंग छेद होते हैं, जिससे उन्हें आवास या अन्य सहायक संरचनाओं से कसकर जोड़ा जा सकता है।

यह एक ओर स्थिर रैखिक गति सुनिश्चित करता है और प्रिंट की गुणवत्ता में सुधार करता है, वहीं दूसरी ओर उच्च गति पर अत्यधिक कंपन को रोककर गति सीमा को बढ़ाता है। यही एक कारण है कि J1 उच्च गति मुद्रण प्राप्त कर सकता है।

असेंबली के दौरान, रैखिक रेल बिना जोड़े एकल अक्ष का मार्गदर्शन कर सकती हैं, जिससे जगह और वज़न की बचत होती है और मशीन ज़्यादा हल्की और कॉम्पैक्ट बनती है। रेल समानांतरता के बारे में भी चिंता करने की ज़रूरत नहीं है।

यह सब सुनने में तो बहुत अच्छा लगता है, लेकिन इसमें क्या पेंच है? कीमत। मोटे अनुमान बताते हैं कि लीनियर रेल के स्लाइडर्स की कीमत रॉड के बेयरिंग के बराबर होती है, लेकिन रेल की कीमत समान लंबाई वाली रॉड की जोड़ी की कीमत से लगभग 2.5-4 गुना ज़्यादा होती है। इसकी तुलना में, रॉड सस्ते और काफ़ी अच्छे होते हैं। अतिरिक्त लागत और प्रदर्शन में बढ़ोतरी को देखते हुए, ज़्यादातर DIY करने वाले लोग रॉड और बेयरिंग ही चुनेंगे।

रखरखाव के लिए, रैखिक रेल पहले वाली रेल की तरह ही होती हैं, जिनमें बियरिंग्स को नियमित रूप से चिकनाई की आवश्यकता होती है। खुली हुई रेलों को भी समय-समय पर सफाई की आवश्यकता होती है।

लाभ

• बहुत उच्च परिशुद्धता;
• उच्च गति मुद्रण का समर्थन करता है;
• छोटे पदचिह्न, उपयोग करने के लिए सुविधाजनक;

नुकसान

• समर्थन संरचनाओं के रूप में काम नहीं कर सकता, प्रोफाइल आदि पर स्थापित करने की आवश्यकता है;
• महँगा।

एम्बेडेड रैखिक रेल

उपरोक्त दिशानिर्देशों का सीधे उपयोग करने के बजाय, कुछ निर्माता तकनीकी क्षमताओं को उन्नत करने या विशिष्ट उत्पादों की पूर्ति के उद्देश्य से बेहतर समाधान भी तलाश रहे हैं।

रैखिक रेल की मुख्य ताकत स्टील रेल की उच्च कठोरता और बॉल बेयरिंग द्वारा सक्षम सटीक, सुचारू गति में निहित है। ये फायदे एम्बेडेड रैखिक रेल में भी संरक्षित रहते हैं।

लीनियर मॉड्यूल बनाते समय, FUYU एल्युमीनियम मिश्र धातु आवरण की भीतरी दीवारों में दो स्टील की पट्टियाँ लगाता है, फिर CNC द्वारा स्टील को माइक्रोन-स्तर की मशीनिंग सटीकता के साथ रेल में सटीक रूप से पीसता है। इसके अलावा, चौड़ी एम्बेडेड रेल के साथ, वज़न बढ़ाए बिना कठोरता और भी बेहतर हो जाती है, जो उच्च-शक्ति वाले CNC कार्यों के लिए बेहतर अनुकूल है - आखिरकार, साधारण 3D प्रिंटरों को इतनी अत्यधिक कठोरता की आवश्यकता नहीं होती है।

एक्सट्रूज़न की सतह पर सीधे लीनियर रेल लगाने की तुलना में, लीनियर मॉड्यूल के अंदर स्टील रेल लगाने से रेल पर धूल जमने से बचती है, जिससे रखरखाव की आवृत्ति कम होती है। इससे मॉड्यूल हल्के और कॉम्पैक्ट भी हो जाते हैं, जिससे महंगी मशीन किसी DIY उत्साही व्यक्ति की परियोजना जैसी नहीं लगती। हालाँकि, लीनियर रेल लगाने से निर्माता के लिए निर्माण संबंधी कई चुनौतियाँ आती हैं, और सामान्य लीनियर रेल की तुलना में लागत में कोई लाभ नहीं होता।

लाभ

• रैखिक रेल के समान: बहुत उच्च परिशुद्धता, उच्च गति मुद्रण का समर्थन करता है, छोटे पदचिह्न;
• रेल की कठोरता में और सुधार हुआ;
• रेल संलग्न होने पर रखरखाव की आवृत्ति कम होती है;

नुकसान

• महँगा;
• DIY के लिए उपयुक्त नहीं है.