3D प्रिंटिंग तकनीक में ज़बरदस्त प्रगति हो रही है। एक पल हम बच्चों के मनोरंजन के लिए छोटे खिलौने बनाने की बात कर रहे होते हैं, और अगले ही पल खबर आती है कि एक 3D प्रिंटर ने कंक्रीट की ऐसी इमारत बना दी है जो 8 तीव्रता के भूकंप को भी झेल सकती है। समय के साथ, "3D प्रिंटर को 3D प्रिंट करना" भी संभव लगता है।

लेकिन संभावनाओं को एक तरफ रखते हुए, शौकिया और आविष्कारकों के लिए सबसे महत्वपूर्ण बात डेस्कटॉप 3D प्रिंटर हैं - वे कितने प्रकार के होते हैं, कितनी तेजी से प्रिंट करते हैं और उनकी कीमत कितनी होती है। यदि आपको चीजों की तह तक जाना पसंद है, या आपने पहले कभी खुद से 3D प्रिंटर बनाने की कोशिश की है, तो आपने यह सवाल भी जरूर सोचा होगा: वे चलते कैसे हैं?

XYZ, I3 और CoreXY डेस्कटॉप 3D प्रिंटर के सबसे लोकप्रिय मॉडल हैं। इनकी कार्यप्रणाली इस प्रकार है: मशीन में 3D निर्देशांक प्रणाली की X, Y और Z दिशाओं में एक या अनेक अक्ष होते हैं। प्रत्येक अक्ष के एक सिरे पर मोटर लगी होती है जो उसे शक्ति प्रदान करती 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 की सहायता से, मशीन नोजल को अक्षों द्वारा निर्मित 3D स्थान में किसी भी बिंदु पर रख सकती है, फिलामेंट को बाहर निकाल सकती है और एक 3D वस्तु का निर्माण कर सकती है।

मार्गदर्शक प्रणालियाँ क्यों महत्वपूर्ण हैं?

मुद्रण के दौरान गाइड सिस्टम मुख्य रूप से 3 उद्देश्यों की पूर्ति करता है:

1. परिशुद्धता: सख्त सहनशीलता प्राप्त करें, कंपन को रोकें और सुनिश्चित करें कि गाइड पर स्थापित प्रिंट हेड या हीटेड बेड पूर्व निर्धारित दिशा के साथ रैखिक रूप से चलता है;
2. सुगमता: बियरिंग या रोलर्स के साथ घर्षण को कम करता है, और सुगम गति में योगदान देता है;
3. विश्वसनीयता: उत्कृष्ट कठोरता वाली मार्गदर्शक संरचनाएं मशीन की विश्वसनीयता में सुधार कर सकती हैं और समय के साथ अधिक सुसंगत प्रिंट प्राप्त करने में योगदान दे सकती हैं।

गाइड सिस्टम की विविधता

सामान्य तौर पर, 3D प्रिंटरों पर उपयोग किए जाने वाले गाइड सिस्टम में निम्नलिखित शामिल हैं:

1. पहिए और प्रोफाइल
2. रैखिक छड़ें और बियरिंग
3. रैखिक रेल
4. अंतर्निहित रैखिक रेल

पहिए और प्रोफाइल

सभी प्रकार के गाइडों में, पहियों और प्रोफाइल का संयोजन संभवतः सबसे आम और किफायती है। आमतौर पर, प्रोफाइल के V- या T-आकार के खांचे के साथ 3 से 4 रोलर चलते हैं जो गति को निर्देशित करते हैं।

पहियों का बाहरी घेरा आमतौर पर पॉलीफॉर्मेल्डिहाइड (POM) से बना होता है, और भीतरी घेरा स्टील और बॉल बेयरिंग से बना होता है। POM में उच्च मजबूती, कम विरूपण और उत्कृष्ट घिसाव प्रतिरोध होता है, जो इसे प्रिंटर के पहिए बनाने के लिए विशेष रूप से उपयुक्त बनाता है। उचित उपयोग करने पर, POM रोलर सैकड़ों घंटे तक चल सकते हैं। कुछ निर्माता पहिए बनाने के लिए पॉलीकार्बोनेट (PC) का भी उपयोग करते हैं, जो और भी अधिक मजबूत और लंबे समय तक चलने वाले होते हैं, हालांकि इनकी कीमत थोड़ी अधिक होती है।

सीधी गति सुनिश्चित करने के लिए, पहियों को प्रोफाइल पर ठीक से पकड़ बनानी चाहिए। अगर पहिए बहुत ढीले हों, तो तेज़ गति पर कंपन हो सकता है। बहुत ज़्यादा कसे होने पर घिसाव बढ़ जाता है — पहियों और रेल के बीच कचरा जमा हो सकता है, जिससे गति रुक-रुक कर या झटकेदार हो सकती है। इसलिए, प्रिंटर के काम करने के तरीके के अनुसार पहियों की कसावट को समायोजित करना, कचरा साफ़ करना और ज़रूरत पड़ने पर पहियों को बदलना ज़रूरी है। अन्य गाइडों की तुलना में, पहिए और प्रोफाइल के इस संयोजन को ज़्यादा बार रखरखाव की ज़रूरत होती है।

इसके अलावा, प्लास्टिक की कठोरता धातुओं की तुलना में कम होती है। गति के दौरान पहियों का विरूपण होना अपरिहार्य है, इसलिए पहियों का उपयोग करने वाले प्रिंटर आमतौर पर स्टील गाइड वाले प्रिंटरों की तुलना में कम सटीक होते हैं।

3D प्रिंटरों पर आमतौर पर इस्तेमाल होने वाले प्रोफाइल दो प्रकार के होते हैं: V-स्लॉट प्रोफाइल और T-स्लॉट प्रोफाइल। जैसा कि नाम से पता चलता है, इनमें मुख्य अंतर इनके अनुप्रस्थ काट के आकार का होता है। बेहतर गाइडिंग प्रभाव प्राप्त करने के लिए विभिन्न प्रोफाइल अलग-अलग पहियों के साथ जोड़े जाते हैं।

क्योंकि ये प्रोफाइल अनुकूलन योग्य, सस्ते और पर्याप्त प्रदर्शन वाले होते हैं, इसलिए पहियों और प्रोफाइल का संयोजन कई DIY 3D प्रिंटर निर्माणों के लिए शीर्ष विकल्प है।

लाभ

• बेहतर मार्गदर्शक क्षमता, सस्ता और उपयोगी;
• प्रचुर विकल्प, व्यापक रूप से उपलब्ध;
• स्थापित करना, उपयोग करना और संशोधित करना आसान है;

नुकसान

• कम परिशुद्धता;
• कंपन के प्रति अधिक संवेदनशील;
• इसे अधिक बार रखरखाव की आवश्यकता होती है।

रेखीय छड़ें और बियरिंग

व्हील और प्रोफाइल गाइड की सीमाओं के कारण, DIYers और निर्माताओं ने बेहतर सटीकता और स्थिरता वाले एक अन्य संयोजन - लीनियर रॉड और बेयरिंग - पर अधिक ध्यान देना शुरू कर दिया है। पिछले कुछ वर्षों में, रॉड और बेयरिंग गाइड 3D प्रिंटर के गाइड सिस्टम का पर्याय बन गए हैं। प्रिंटर के प्रत्येक अक्ष के लिए कम से कम 2 रॉड और 2 बेयरिंग की आवश्यकता होती है। लीनियर गति को निर्देशित करने के लिए, बेयरिंग रॉड से लिपटते या चिपकते हैं, जबकि एक्सट्रूडर या हीटेड बेड वाले कैरिज से जुड़े होते हैं।

लीनियर रॉड, जिसे स्मूथ रॉड भी कहते हैं, 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। इन छड़ों को उच्च आयामी सटीकता के साथ बहुत चिकनी सतहों में ढाला जा सकता है। बॉल बेयरिंग के साथ सही ढंग से असेंबल की गई ये छड़ें काफी अच्छी लीनियर गति प्राप्त कर सकती हैं।

और हां, चिकनी सतह के कुछ नुकसान भी हैं। मार्गदर्शन के लिए उपयोग किए जाने पर, छड़ों को दोनों सिरों पर धातु के क्लैंप से स्थिर करना आवश्यक होता है। साथ ही, बेयरिंग न केवल सीधी रेखा में चल सकती हैं बल्कि सिलेंडरों के चारों ओर 360° तक घूम भी सकती हैं। इसीलिए एक्सट्रूडर या हीटेड बेड को सीधी रेखा में चलाने के लिए उन्हें दूसरी समानांतर छड़ पर लगे बेयरिंग से जोड़ना पड़ता है। दो छड़ों के बीच समानांतरता बनाए रखना चुनौतीपूर्ण हो सकता है, खासकर DIY करने वालों के लिए।

इसलिए, शाफ्ट गाइड का उपयोग करने का मतलब एक तरफ उच्च परिशुद्धता और स्थिरता है, लेकिन दूसरी तरफ बड़ा आकार और वजन, साथ ही असेंबली में अधिक कठिनाई भी है।

रॉड के साथ उपयोग किए जाने वाले बेयरिंग मुख्य रूप से यू-ग्रूव बेयरिंग और पूरी तरह से स्टील से बने लीनियर बेयरिंग होते हैं। यू-ग्रूव बेयरिंग पहियों की तरह होते हैं जो रॉड पर लुढ़क सकते हैं। लीनियर बेयरिंग में बाहर की तरफ एक बेलनाकार स्लीव होती है, जिसके अंदर कई पंक्तियों में गेंदें होती हैं जो शाफ्ट पर घूम सकती हैं। दोनों ही न्यूनतम घर्षण के साथ सुचारू मार्गदर्शन प्रदान करते हैं।

रॉड और बेयरिंग लंबे समय तक चलते हैं, इन्हें केवल समय-समय पर रॉड पर जमी गंदगी को साफ करने और बेयरिंग को चिकनाई देने की आवश्यकता होती है। यदि रॉड फ्रेम के रूप में कार्य करने के बजाय किसी आवरण में बंद हैं, तो आवरण को खोलना और बेयरिंग को चिकनाई देना आसान है। हालांकि, लंबे समय तक उपयोग के बाद घिसे हुए बेयरिंग को बदलना थोड़ा मुश्किल हो सकता है।

लाभ

• उत्कृष्ट मार्गदर्शक क्षमता, उच्च परिशुद्धता, मध्यम लागत;
• प्रचुर विकल्प, व्यापक रूप से उपलब्ध;
• कम रखरखाव की आवश्यकता;

नुकसान

• बंद होने पर इसका आकार और वजन अधिक हो जाता है;
• समानांतरता एक समस्या हो सकती है;
• बेयरिंग बदलना मुश्किल हो सकता है।

रेखीय रेल

लीनियर रेल, जिसे लीनियर गाइड भी कहा जाता है, हाल के वर्षों में काफी लोकप्रिय हो रही है। स्टील रेल के दोनों ओर ट्रैक होते हैं, और उन पर लगे स्लाइडर्स में बॉल बेयरिंग के 2 सेट होते हैं जो ट्रैक पर चल सकते हैं। औद्योगिक 3D प्रिंटरों के अलावा, डेस्कटॉप प्रिंटर बनाने वाली कंपनियां भी अपने उच्च-स्तरीय उत्पादों में लीनियर रेल का उपयोग कर रही हैं।

यद्यपि दोनों स्टील से बने होते हैं, लेकिन वास्तविक कार्य के दौरान, छड़ों की तुलना में रैखिक रेलों में झुकने और कंपन की संभावना कम होती है। इसका मुख्य कारण उनकी अनूठी संयोजन विधि है। छड़ें केवल दोनों सिरों पर स्थिर होती हैं, जबकि रैखिक रेलों की सतह पर नियमित अंतराल पर संयोजन छेद होते हैं, जिससे उन्हें हाउसिंग या अन्य सहायक संरचनाओं से मजबूती से जोड़ा जा सकता है।

इससे एक ओर स्थिर रैखिक गति सुनिश्चित होती है और प्रिंट की गुणवत्ता में सुधार होता है, वहीं दूसरी ओर उच्च गति पर अत्यधिक कंपन को रोककर गति सीमा बढ़ जाती है। यही कारण है कि J1 उच्च गति से प्रिंटिंग कर सकता है।

असेंबली के दौरान, लीनियर रेल बिना जोड़े ही एक अक्ष को गाइड कर सकती हैं, जिससे जगह और वजन की बचत होती है और मशीन हल्की और कॉम्पैक्ट बन जाती है। रेल के समानांतर होने की भी कोई चिंता नहीं रहती।

सब कुछ बढ़िया लगता है, लेकिन इसमें दिक्कत क्या है? कीमत। मोटे तौर पर हिसाब लगाएं तो, लीनियर रेल के स्लाइडर की कीमत रॉड के बेयरिंग के बराबर होती है, लेकिन रेल की कीमत बराबर लंबाई की रॉड के एक जोड़े की कीमत से लगभग 2.5 से 4 गुना ज़्यादा होती है। तुलना में, रॉड सस्ती और अच्छी होती हैं। अतिरिक्त लागत और परफॉर्मेंस में सुधार को देखते हुए, ज़्यादातर DIY करने वाले लोग रॉड और बेयरिंग को ही चुनेंगे।

रखरखाव के लिए, रैखिक रेलें पहले वाली रेलों के समान ही होती हैं, जिनमें बियरिंग को नियमित रूप से चिकनाई देने की आवश्यकता होती है। खुली हुई रेलों को भी समय-समय पर साफ करने की आवश्यकता होती है।

लाभ

• अत्यंत उच्च परिशुद्धता;
• हाई-स्पीड प्रिंटिंग को सपोर्ट करता है;
• छोटा आकार, उपयोग में सुविधाजनक;

नुकसान

• इन्हें सहायक संरचनाओं के रूप में उपयोग नहीं किया जा सकता; इन्हें प्रोफाइल आदि पर स्थापित करने की आवश्यकता होती है।
• महँगा।

अंतर्निहित रैखिक रेल

उपरोक्त दिशानिर्देशों का सीधे उपयोग करने के बजाय, कुछ निर्माता तकनीकी क्षमताओं को आगे बढ़ाने या विशिष्ट उत्पादों की जरूरतों को पूरा करने के उद्देश्य से बेहतर समाधानों की खोज भी कर रहे हैं।

रेखीय रेल की मुख्य खूबियाँ स्टील की पटरियों की उच्च कठोरता और बॉल बियरिंग द्वारा संभव की गई सटीक, सुगम गति में निहित हैं। ये लाभ एम्बेडेड रेखीय रेल में भी बरकरार रहते हैं।

लीनियर मॉड्यूल बनाते समय, FUYU एल्युमीनियम मिश्र धातु के आवरण की भीतरी दीवारों में दो स्टील की पट्टियाँ लगाता है, फिर CNC मशीनिंग द्वारा सूक्ष्म-स्तरीय सटीकता के साथ स्टील को रेल में परिवर्तित करता है। इसके अलावा, चौड़ी धँसी हुई रेलों के कारण, वजन बढ़ाए बिना कठोरता और भी बढ़ जाती है, जो उच्च-शक्ति वाले CNC कार्यों के लिए अधिक उपयुक्त है - आखिरकार, साधारण 3D प्रिंटर को इतनी अत्यधिक कठोरता की आवश्यकता नहीं होती है।

एक्सट्रूज़न की सतह पर सीधे लीनियर रेल लगाने की तुलना में, स्टील रेल को लीनियर मॉड्यूल के अंदर लगाने से रेल पर धूल जमा नहीं होती और रखरखाव की आवृत्ति कम हो जाती है। इससे मॉड्यूल हल्के और कॉम्पैक्ट भी हो जाते हैं, जिससे महंगी मशीन किसी शौकिया कारीगर के प्रोजेक्ट जैसी नहीं दिखती। हालांकि, लीनियर रेल को मॉड्यूल में लगाने से निर्माता को निर्माण संबंधी कई चुनौतियों का सामना करना पड़ता है, और सामान्य लीनियर रेल की तुलना में इसमें कोई लागत लाभ नहीं मिलता।

लाभ

• लीनियर रेल के समान: अत्यंत उच्च परिशुद्धता, उच्च गति प्रिंटिंग का समर्थन, छोटा आकार;
• रेल की मजबूती में और सुधार हुआ;
• रेल पटरियों के संलग्न होने से रखरखाव की आवृत्ति कम हो जाती है;

नुकसान

• महँगा;
• स्वयं बनाने के लिए उपयुक्त नहीं है।