3D baskı teknolojisi hızla ilerliyor. Bir an çocukları eğlendirmek için küçük oyuncaklar yapmayı tartışırken, bir sonraki an bir 3D yazıcının 8 şiddetindeki bir depreme dayanıklı beton bir bina inşa ettiği haberini görüyoruz. Zamanla, "3D yazıcıdan 3D baskı yapmak" da mümkün görünüyor.

Ancak olasılıkları bir kenara bırakırsak, hobicilerin ve üreticilerin en çok önemsediği şey hâlâ masaüstü 3D yazıcılar: türleri, ne kadar hızlı yazdırdıkları ve maliyetleri. İşin aslını öğrenmekten hoşlanıyorsanız veya daha önce bir 3D yazıcıyı kendiniz yapmayı denediyseniz, şu soruyu da düşünmüş olmalısınız: Nasıl hareket ediyorlar?

XYZ, I3 ve CoreXY, şu anda en popüler masaüstü 3B yazıcı modelleridir. Hareket etme şekilleri şöyledir: Makinenin 3B koordinat sisteminin X, Y ve Z yönlerinde bir veya daha fazla ekseni vardır. Her eksenin bir ucu güç sağlamak için bir motorla donatılmıştır. Senkron kayışlar veya vidalı miller, motorun dönüşünü X, Y ve Z yönleri boyunca doğrusal harekete dönüştürür. Son olarak, 3 yöndeki doğrusal kılavuz ray sistemleriyle makine, nozülü eksenlerin oluşturduğu 3B alanda herhangi bir noktaya konumlandırabilir, filamenti dışarı çıkarabilir ve 3B bir nesne oluşturabilir.

Rehber sistemleri neden önemlidir?

Baskı sırasında kılavuz sistemleri temel olarak 3 amaca hizmet eder:

1. Hassasiyet: Sıkı toleransı gerçekleştirin, sallanmayı önleyin ve kılavuzlara monte edilen baskı kafasının veya ısıtılmış yatağın önceden belirlenmiş yönde doğrusal olarak hareket etmesini sağlayın;
2. Pürüzsüzlük: Rulmanlar veya silindirlerle sürtünmeyi azaltın ve daha pürüzsüz bir harekete katkıda bulunun;
3. Güvenilirlik: Mükemmel sağlamlığa sahip kılavuz yapılar, makine güvenilirliğini artırabilir ve zamanla daha tutarlı baskılara katkıda bulunabilir.

Çeşitli kılavuz sistemleri

3D yazıcılarda kullanılan kılavuz sistemleri genel olarak şunlardır:

1. Tekerlekler ve profiller
2. Doğrusal çubuklar ve yataklar
3. Doğrusal raylar
4. Gömülü doğrusal raylar

Tekerlekler ve profiller

Tüm kılavuzlar arasında, tekerlek ve profil kombinasyonu muhtemelen en yaygın ve uygun maliyetli olanıdır. Hareketleri yönlendirmek için genellikle profilin V veya T şeklindeki oluğu boyunca uzanan 3 ila 4 silindir bulunur.

Tekerleklerin dış halkası genellikle POM'dan (Poliformaldehit) yapılırken, iç halkası çelik ve bilyalı rulmanlardan oluşur. POM, yüksek mukavemet, düşük deformasyon ve mükemmel aşınma direncine sahip olduğundan, özellikle yazıcı tekerlekleri yapmak için uygundur. Doğru kullanımla POM silindirleri yüzlerce saat dayanabilir. Bazı üreticiler, biraz daha yüksek fiyatlı olsa da, daha yüksek mukavemet ve daha uzun ömürlü olan tekerlekler üretmek için PC (Polikarbonat) de kullanır.

Doğrusal hareketi sağlamak için tekerleklerin profilleri doğru şekilde kavraması gerekir. Çok gevşek olması yüksek hızlarda titreşime neden olabilir. Çok sıkı olması ise aşınmayı artırır; biriken kalıntılar tekerlekler ve raylar arasında birikerek sarsıntılı veya titrek harekete neden olabilir. Bu nedenle kullanıcıların, yazıcının çalışma şekline göre tekerlek sıkılığını ayarlamaları, kalıntıları temizlemeleri ve gerektiğinde tekerlekleri değiştirmeleri gerekir. Diğer kılavuzlara kıyasla, tekerlek ve profil kombinasyonu daha sık bakım gerektirir.

Ayrıca plastikler metallere göre daha düşük sertliğe sahiptir. Hareket sırasında tekerlek deformasyonu kaçınılmazdır, bu nedenle tekerlek kullanan yazıcılar genellikle çelik kılavuzlu yazıcılara kıyasla daha düşük hassasiyete sahiptir.

3D yazıcılarda yaygın olarak kullanılan profiller iki tipte mevcuttur: V-yuva profilleri ve T-yuva profilleri. İsimlerinden de anlaşılacağı gibi, aralarındaki temel fark kesit şekilleridir. Farklı profiller, iyi bir kılavuzlama etkisi elde etmek için farklı tekerleklerle birlikte kullanılabilir.

Profiller özelleştirilebilir, ucuz ve yeterli performansa sahip olduğundan, tekerlek ve profil kombinasyonu birçok DIY 3D yazıcı yapımı için en iyi seçimdir.

Avantajları

• İyi rehberlik performansı, ucuz ve kullanışlı;
• Bol seçenek, yaygın olarak mevcut;
• Kurulumu, kullanımı ve modifikasyonu kolaydır;

Dezavantajları

• Daha düşük hassasiyet;
• Titreşime daha yatkın;
• Daha sık bakım gerektirir.

Doğrusal çubuklar ve yataklar

Tekerlek ve profil kılavuzlarının sınırlılıkları, kendin yap meraklılarını ve üreticileri, üstün hassasiyet ve stabiliteye sahip başka bir kombinasyona, yani doğrusal çubuklar ve rulmanlara daha fazla odaklanmaya yöneltti. Son birkaç yılda, çubuk ve rulman kılavuzları neredeyse 3D yazıcılar için kılavuz sistemleriyle eşanlamlı hale geldi. Yazıcının her ekseni için en az 2 çubuk ve 2 rulmana ihtiyaç vardır. Rulmanlar, doğrusal hareketi yönlendirmek için bir ekstrüder veya ısıtmalı yatakla monte edilmiş taşıyıcılara bağlanırken, çubuklara sarılır veya yapışır.

Doğrusal çubuk, diğer adıyla pürüzsüz çubuk, çeşitli boyutlarda bulunan silindirik bir çelik çubuktur. 3D yazıcılar genellikle 8 mm çapında olanları kullanır. Çubuklar, çok pürüzsüz yüzeylerle yüksek boyutsal doğrulukta işlenebilir. Bilyalı rulmanlarla birlikte kullanıldığında, düzgün bir şekilde monte edilmiş çubuklar oldukça iyi doğrusal hareketler elde edebilir.

Evet, pürüzsüz olmasının dezavantajları da var. Kılavuz olarak kullanıldığında, çubukların her iki ucundan metal kelepçelerle sabitlenmesi gerekir. Ayrıca, yataklar yalnızca doğrusal olarak hareket etmekle kalmaz, aynı zamanda silindirler etrafında 360° dönebilir. Bu nedenle, ekstrüderin veya ısıtılmış yatağın doğrusal hareket etmesini sağlamak için başka bir paralel çubuktaki yataklara bağlanmaları gerekir. İki çubuk arasındaki paralellik, özellikle kendin yap meraklıları için zorlayıcı olabilir.

Yani şaft kılavuzlarının kullanılması bir yandan daha yüksek hassasiyet ve stabilite anlamına gelirken, diğer yandan daha büyük ayak izi ve ağırlık, bununla birlikte daha yüksek montaj zorluğu anlamına gelir.

Çubuklarla kullanılan rulmanlar çoğunlukla U-oluklu rulmanlar ve tamamen çelikten yapılmış lineer rulmanlardır. U-oluklu rulmanlar, çubuklar boyunca dönebilen tekerleklere benzer. Lineer rulmanların dış tarafında silindirik bir manşon, iç tarafında ise şaft boyunca dönebilen birkaç sıra bilya bulunur. Her ikisi de minimum sürtünmeyle sorunsuz bir kılavuzlama sağlayabilir.

Çubuklar ve yataklar uzun ömürlüdür ve yalnızca ara sıra üzerlerindeki birikintilerin temizlenmesi ve yatakların yağlanması gerekir. Çubuklar, çerçeve görevi görmek yerine bir muhafaza içindeyse, muhafazayı söküp yatakları yağlamak kolaydır. Ancak, uzun süreli kullanımdan sonra aşınmış yatakları değiştirmek biraz zor olabilir.

Avantajları

• Mükemmel yönlendirme performansı, yüksek hassasiyet, orta düzey maliyet;
• Bol seçenek, yaygın olarak mevcut;
• Düşük bakım sıklığı;

Dezavantajları

• Kapalı haldeyken daha büyük ayak izi ve ağırlık;
• Paralellik bir sorun olabilir;
• Rulmanları değiştirmek zor olabilir.

Doğrusal raylar

Lineer ray, aynı zamanda lineer kılavuz olarak da bilinir, son yıllarda oldukça popülerdir. Çelik ray parçasının her iki tarafında birer ray bulunur ve raylar üzerinde yuvalanmış kaydırıcılar, raylar boyunca dönebilen 2 set bilyalı rulman içerir. Endüstriyel 3D yazıcıların yanı sıra, giderek daha fazla masaüstü üreticisi de üst düzey ürün serilerinde lineer raylar kullanmaktadır.

Her ikisi de çelikten yapılmış olsa da, gerçek çalışma sırasında, doğrusal raylar çubuklara kıyasla bükülme ve titreşime daha az duyarlıdır. Bu, esas olarak benzersiz montaj yöntemlerinden kaynaklanmaktadır. Çubuklar yalnızca iki uçtan sabitlenirken, doğrusal rayların yüzeyinde düzenli aralıklarla bulunan montaj delikleri, gövdeye veya diğer destek yapılarına sıkıca sabitlenmelerini sağlar.

Bu, bir yandan istikrarlı doğrusal hareket sağlayarak baskı kalitesini artırırken, diğer yandan yüksek hızlarda aşırı sarsıntıyı önleyerek hız sınırını yükseltir. Bu, J1'in yüksek hızlı baskı yapabilmesinin nedenlerinden biridir.

Montaj sırasında, lineer raylar eşleştirme yapmadan tek bir ekseni yönlendirebilir, bu da yerden ve ağırlıktan tasarruf sağlayarak makinenin daha hafif ve kompakt olmasını sağlar. Ayrıca, ray paralelliği konusunda endişelenmenize gerek kalmaz.

Kulağa harika geliyor, peki asıl mesele ne? Fiyat. Kaba hesaplamalar, lineer raylar için kaydırıcıların fiyatlarının çubuk yataklarıyla benzer olduğunu, ancak rayların maliyetinin eşdeğer uzunluktaki bir çift çubuğun yaklaşık 2,5-4 katı olduğunu gösteriyor. Buna karşılık, çubuklar ucuz ve yeterince iyi. Ekstra maliyeti performans kazanımlarıyla karşılaştırdığımızda, çoğu kendin yap meraklısı yine de çubuk ve rulmanları tercih eder.

Bakım açısından, lineer raylar da benzer şekilde çalışır ve yatakların düzenli olarak yağlanmasını gerektirir. Açıkta kalan rayların da ara sıra temizlenmesi gerekir.

Avantajları

• Çok yüksek hassasiyet;
• Yüksek hızlı baskıyı destekler;
• Küçük boyutlu, kullanımı rahat;

Dezavantajları

• Taşıyıcı yapı olarak kullanılamaz, profillerin üzerine kurulması gerekir, vb.;
• Masraflı.

Gömülü doğrusal raylar

Yukarıdaki kılavuzları doğrudan kullanmak yerine, bazı üreticiler teknik kapasiteyi geliştirmek veya belirli ürünlere hitap etmek amacıyla daha iyi çözümler de araştırıyorlar.

Lineer rayların temel güçlü yönleri, çelik rayların yüksek rijitliği ve bilyalı rulmanların sağladığı hassas ve akıcı harekettir. Bu avantajlar, gömülü lineer raylarda da korunur.

FUYU, Lineer Modülleri üretirken alüminyum alaşımlı gövdenin iç duvarlarına iki çelik şerit yerleştirir ve ardından CNC, çeliği mikron düzeyinde işleme hassasiyetiyle raylara hassas bir şekilde işler. Ayrıca, daha geniş gömülü raylar sayesinde, ağırlık artırılmadan rijitlik daha da artırılır ve yüksek güçlü CNC işlemlerine daha uygun hale gelir; sonuçta, sıradan 3D yazıcılar böylesine aşırı bir rijitlik gerektirmez.

Lineer rayların doğrudan ekstrüzyon yüzeylerine monte edilmesine kıyasla, çelik rayların lineer modüllerin içine gömülmesi, raylarda toz birikmesini önleyerek bakım sıklığını azaltır. Ayrıca modülleri daha hafif ve kompakt hale getirerek pahalı bir makinenin, bir "kendin yap" meraklısının projesi gibi görünmesini engeller. Ancak lineer rayların gömülmesi, normal lineer raylara göre hiçbir maliyet avantajı sağlamadığı için üretici için önemli üretim zorlukları yaratır.

Avantajları

• Lineer raylarla aynı: çok yüksek hassasiyet, yüksek hızlı baskıyı destekler, küçük ayak izi;
• Rayların rijitliği daha da iyileştirildi;
• Raylar kapalıyken daha düşük bakım sıklığı;

Dezavantajları

• Masraflı;
• Kendin yap için uygun değildir.