3D baskı teknolojisi hızla ilerliyor. Bir an çocukları eğlendirmek için küçük oyuncaklar yapmaktan bahsediyoruz, bir sonraki saniyede ise 8 büyüklüğünde bir depreme dayanabilecek beton bir bina inşa eden bir 3D yazıcı haberi görüyoruz. Zamanla, "3D yazıcıyı 3D olarak basmak" da mümkün görünüyor.

Ancak beklentileri bir kenara bırakırsak, hobi meraklıları ve üreticilerin daha çok önemsediği şey hala masaüstü 3D yazıcılar: Ne tür yazıcılar var, ne kadar hızlı baskı yapıyorlar ve ne kadar maliyetliler. İşin özüne inmeyi seviyorsanız veya daha önce kendiniz bir 3D yazıcı yapmayı denediyseniz, şu soruyu da düşünmüş olmalısınız: Nasıl hareket ediyorlar?

XYZ, I3 ve CoreXY şu anda en popüler masaüstü 3D yazıcı stilleridir. Hareket prensipleri şöyledir: Makine, 3D koordinat sisteminin X, Y ve Z yönlerinde bir veya birkaç eksene sahiptir. Her eksenin bir ucu, güç sağlamak için bir motorla donatılmıştır. Senkron kayışlar veya vidalı miller daha sonra motorun dönüşünü X, Y ve Z yönlerinde doğrusal harekete dönüştürür. Son olarak, 3 yöndeki doğrusal kılavuz ray sistemleri ile makine, nozulu eksenler tarafından oluşturulan 3D uzaydaki herhangi bir noktaya konumlandırabilir, filamenti püskürtebilir ve 3D bir nesne oluşturabilir.

Yönlendirme sistemleri neden önemlidir?

Kılavuz sistemleri baskı sırasında esas olarak 3 amaca hizmet eder:

1. Hassasiyet: Sıkı toleranslar sağlayın, titremeyi önleyin ve kılavuzlar üzerine monte edilmiş baskı kafasının veya ısıtmalı yatağın önceden belirlenmiş yönde doğrusal olarak hareket etmesini sağlayın;
2. Pürüzsüzlük: Rulmanlar veya makaralarla sürtünmeyi azaltır ve daha pürüzsüz harekete katkıda bulunur;
3. Güvenilirlik: Mükemmel rijitliğe sahip kılavuz yapılar, makine güvenilirliğini artırabilir ve zaman içinde daha tutarlı baskılar elde edilmesine katkıda bulunabilir.

Kılavuz sistemlerinin çeşitliliği

Genel olarak, 3D yazıcılarda kullanılan kılavuz sistemleri şunlardır:

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

Tekerlekler ve profiller

Tüm kılavuz sistemleri arasında, tekerlek ve profil kombinasyonu muhtemelen en yaygın ve uygun maliyetli olanıdır. Hareketleri yönlendirmek için profilin V veya T şeklindeki oluğunda genellikle 3 ila 4 adet silindir bulunur.

Yazıcı tekerleklerinin dış halkası genellikle POM (Poliformaldehit) malzemeden, iç halkası ise çelik ve bilyalı rulmanlardan yapılır. POM, yüksek mukavemeti, düşük deformasyonu ve mükemmel aşınma direnci sayesinde yazıcı tekerlekleri yapımında özellikle uygundur. Doğru kullanımda, POM tekerlekler yüzlerce saat dayanabilir. Bazı üreticiler, biraz daha yüksek fiyata sahip olsa da, daha yüksek mukavemet ve daha uzun ömür sağlayan PC (Polikarbonat) malzemesini de tekerlek yapımında kullanmaktadır.

Doğrusal hareketin sağlanması için tekerleklerin profilleri düzgün bir şekilde kavraması gerekir. Çok gevşek olması yüksek hızlarda titreşime neden olabilir. Çok sıkı olması ise aşınmayı artırır; tekerlekler ve raylar arasında biriken kalıntılar sarsıntılı veya titrek harekete neden olabilir. Bu nedenle kullanıcılar, yazıcının çalışma şekline göre tekerlek sıkılığını ayarlamalı, kalıntıları temizlemeli ve gerektiğinde tekerlekleri değiştirmelidir. Diğer kılavuzlara kıyasla, tekerlek ve profil kombinasyonu daha sık bakım gerektirir.

Ayrıca, plastiklerin sertliği metallere göre daha düşüktür. Hareket sırasında tekerlek deformasyonundan kaçınmak zordur, bu nedenle tekerlek kullanan yazıcılar genellikle çelik kılavuzlu yazıcılara kıyasla daha düşük hassasiyete sahiptir.

3D yazıcılarda yaygın olarak kullanılan profiller iki tiptedir: V-yuvalı profiller ve T-yuvalı profiller. İsimlerinden de anlaşılacağı gibi, aralarındaki temel fark kesit şeklidir. Farklı profiller, iyi bir yönlendirme etkisi elde etmek için farklı tekerleklerle eşleştirilir.

Profillerin özelleştirilebilir, uygun fiyatlı ve yeterli performansa sahip olması nedeniyle, tekerlek ve profil kombinasyonu birçok kendin yap 3D yazıcı projesi için en iyi tercihtir.

Avantajlar

• İyi yönlendirme performansı, ucuz ve kullanışlı;
• Bol seçenek, geniş çapta mevcut;
• Kurulumu, kullanımı ve değiştirilmesi kolay;

Dezavantajlar

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

Lineer çubuklar ve yataklar

Tekerlek ve profil kılavuzlarının sınırlamaları, amatör kullanıcıları ve üreticileri, üstün hassasiyet ve stabiliteye sahip başka bir kombinasyona, yani doğrusal çubuklar ve rulmanlara daha fazla odaklanmaya yöneltmiştir. Son birkaç yıldır, çubuk ve rulman kılavuzları, 3D yazıcılar için kılavuz sistemleriyle neredeyse eş anlamlı hale gelmiştir. Yazıcının her ekseni için en az 2 çubuk ve 2 rulman gereklidir. Rulmanlar, doğrusal hareketi yönlendirmek için ekstrüder veya ısıtmalı tabla ile monte edilmiş kızaklara bağlanırken, çubuklara sarılır veya yapışır.

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

Evet, pürüzsüz olmanın da dezavantajları var. Kılavuz olarak kullanıldığında, çubukların her iki ucunun da metal kelepçelerle sabitlenmesi gerekir. Ayrıca, rulmanlar sadece doğrusal olarak hareket etmekle kalmaz, aynı zamanda silindirler etrafında 360° dönebilirler. Bu nedenle, ekstrüderin veya ısıtmalı yatağın doğrusal olarak hareket etmesini sağlamak için başka bir paralel çubuk üzerindeki rulmanlara bağlanmaları gerekir. İki çubuk arasındaki paralellik, özellikle amatörler için zorlayıcı olabilir.

Dolayısıyla, şaft kılavuzlarının kullanılması bir yandan daha yüksek hassasiyet ve stabilite sağlarken, diğer yandan daha büyük boyut ve ağırlığın yanı sıra daha yüksek montaj zorluğu anlamına gelir.

Mil yataklarında kullanılan rulmanlar çoğunlukla U oluklu rulmanlar ve tamamen çelikten yapılmış doğrusal rulmanlardır. U oluklu rulmanlar, miller boyunca yuvarlanabilen tekerleklere benzer. Doğrusal rulmanların dış tarafında silindirik bir manşon, iç tarafında ise mil boyunca dönebilen birkaç sıra bilye bulunur. Her ikisi de minimum sürtünmeyle düzgün bir yönlendirme sağlayabilir.

Mil ve yataklar uzun ömürlüdür ve yalnızca miller üzerindeki birikintilerin ara sıra temizlenmesi ve yatakların yağlanması gerekir. Millerin çerçeve görevi görmek yerine bir muhafaza içinde olması durumunda, muhafazanın sökülmesi ve yatakların yağlanması kolaydır. Bununla birlikte, uzun süreli kullanımdan sonra aşınmış yatakların değiştirilmesi biraz zor olabilir.

Avantajlar

• Mükemmel yönlendirme performansı, yüksek hassasiyet, orta maliyet;
• Bol seçenek, geniş çapta mevcut;
• Düşük bakım sıklığı;

Dezavantajlar

• Kapalı haldeyken daha büyük yer kaplar ve daha ağırdır;
• Paralellik bir sorun olabilir;
• Rulman değiştirmek zor olabilir.

Lineer raylar

Lineer ray veya lineer kılavuz olarak da bilinen bu sistem, son yıllarda popülerlik kazanmıştır. Çelik ray parçasının her iki tarafında birer ray bulunur ve üzerine yerleştirilmiş kaydırıcılar, raylar boyunca hareket edebilen 2 takım bilyalı rulman içerir. Endüstriyel 3D yazıcıların yanı sıra, giderek daha fazla masaüstü bilgisayar üreticisi de üst düzey ürün hatlarında lineer raylar kullanmaktadır.

Her ikisi de çelikten yapılmış olmasına rağmen, gerçek iş uygulamalarında lineer raylar, çubuklara kıyasla bükülme ve titreşime daha az eğilimlidir. Bu durum, esas olarak benzersiz montaj yöntemlerinden kaynaklanmaktadır. Çubuklar yalnızca iki ucundan sabitlenirken, lineer rayların yüzeyinde düzenli aralıklarla montaj delikleri bulunur ve bu da onların gövdeye veya diğer destek yapılarına sıkıca sabitlenmesini sağlar.

Bu, bir yandan istikrarlı doğrusal hareketi sağlayarak baskı kalitesini artırırken, diğer yandan yüksek hızlarda aşırı titreşimi önleyerek hız sınırını yükseltir. J1'in yüksek hızlı baskı yapabilmesinin nedenlerinden biri de budur.

Montaj sırasında, doğrusal raylar eşleştirme gerektirmeden tek bir ekseni yönlendirebilir, bu da yerden ve ağırlıktan tasarruf sağlayarak makinenin daha hafif ve kompakt olmasını sağlar. Ayrıca ray paralelliği konusunda endişelenmeye de gerek yoktur.

Her şey harika görünüyor, ama işin püf noktası ne? Fiyat. Kabaca hesaplamalar, lineer raylar için kullanılan kaydırıcıların fiyatlarının, çubuklar için kullanılan rulmanlarla benzer olduğunu gösterirken, rayların kendilerinin maliyeti, aynı uzunluktaki bir çift çubuğun maliyetinin yaklaşık 2,5 - 4 katı. Buna karşılık, çubuklar ucuz ve yeterince iyi. Ek maliyeti performans kazanımlarıyla karşılaştırdığımızda, çoğu amatör yine de çubuk ve rulmanları tercih edecektir.

Bakım açısından, lineer raylar da bir öncekine benzer şekilde, rulmanların düzenli olarak yağlanmasını gerektirir. Açıkta kalan rayların ayrıca ara sıra temizlenmesi gerekir.

Avantajlar

• Çok yüksek hassasiyet;
• Yüksek hızlı baskıyı destekler;
• Az yer kaplar, kullanımı kolaydır;

Dezavantajlar

• Destek yapısı olarak kullanılamaz, profiller üzerine monte edilmesi gerekir, vb.;
• Masraflı.

Gömülü doğrusal raylar

Yukarıdaki kılavuzları doğrudan kullanmak yerine, bazı üreticiler teknik yeteneklerini geliştirmek veya belirli ürünlere yönelik çözümler sunmak amacıyla daha iyi çözümler de araştırıyorlar.

Lineer rayların temel avantajları, çelik rayların yüksek rijitliğinde ve bilyalı rulmanlar sayesinde sağlanan hassas ve pürüzsüz harekette yatmaktadır. Bu avantajlar, gömülü lineer raylarda da korunmaktadır.

FUYU, Lineer Modülleri üretirken, alüminyum alaşımlı gövdenin iç duvarlarına iki çelik şerit yerleştirir ve ardından bu çeliği mikron düzeyinde işleme hassasiyetiyle hassas bir şekilde raylar haline getirmek için CNC tezgahında işler. Ayrıca, daha geniş gömülü raylar sayesinde, ağırlığı artırmadan rijitlik daha da iyileştirilir ve yüksek güçlü CNC işlemlerine daha uygun hale getirilir; sonuçta, sıradan 3D yazıcılar bu kadar aşırı rijitliğe ihtiyaç duymaz.

Çelik rayların doğrudan ekstrüzyon yüzeyine monte edilmesine kıyasla, çelik rayların doğrusal modüllerin içine yerleştirilmesi, raylar üzerinde toz birikmesini önleyerek bakım sıklığını azaltır. Ayrıca modülleri daha hafif ve kompakt hale getirerek, pahalı bir makinenin amatör bir proje gibi görünmesini engeller. Bununla birlikte, doğrusal rayların yerleştirilmesi, üretici için önemli üretim zorlukları yaratır ve normal doğrusal raylara göre maliyet avantajı sağlamaz.

Avantajlar

• Lineer raylarla aynı özelliklere sahip: çok yüksek hassasiyet, yüksek hızlı baskıyı destekler, az yer kaplar;
• Ray rijitliği daha da iyileştirildi;
• Rayların kapalı olması sayesinde bakım sıklığı azalır;

Dezavantajlar

• Masraflı;
• Kendin yap projeleri için uygun değildir.