Новости

Previous Next

Так как же осуществляется перемещение движущихся частей 3д принтера?

Самые распространенные 3D-принтеры – это принтеры по технологии FDM. Почти все они построены на картезианской кинематике и основаны на декартовой системе координат, оси X, Y и Z. По ним задаются координаты, по которым печатающая головка и платформа стола меняют положение. 

 

Кинематика "Prusa" (пруша).

Пруша (Prusa), также известный как “дрыгостол” - простейшая схема, названная в честь своего изобретателя, Josef Průša (Джозефа Прюши или Йозефа, он поляк и над правильным переводом ещё ломают копья). Это самая продаваемая разновидность принтеров в бытовом секторе. Стол подвижен в одной горизонтальной оси, как правило Z, а печатная голова движется по остальным двум. 

Стоит уточнить, что сам тип схемы не был изобретен с нуля. Ранее он применялся в станках с ЧПУ. Джозеф элегантно адоптировал эту схему для применения в 3д принтерах.

Плюсы схемы:

 - простая конструкция, которую вполне можно собрать самостоятельно,

 - невысокая цена комплектующих деталей и самого принтера,

 - за процессом печати удобно наблюдать,

 - лёгкий доступ к деталям, которым может понадобиться обслуживании

Минусы схемы:

 - открытая рабочая камера,

 - инертность, связанная с весом стола 3д принтера. Стол перемещается по оси Y с немалой скоростью, а вместе с ним при печати перемещается и сама модель.

 

H-BOT и Core-XY.

Во многом похожие кинематики, но суть кроется в деталях. Два мотора неподвижны, но перемещают каретку по направляющим с помощью одного длинного куска ремня, или с помощью двух, но покороче. Математика перемещений сложная, так как необходимо синхронизировать поворот обоих роторов двигателя. То есть, для перемещения вдоль каждой оси нужно вращать оба мотора, а для перемещения по диагонали - всего 1.

H-Bot - сложная схема, которой обладают, как правило, принтеры подороже. Стол движется исключительно вверх-вниз, по оси Z. Каретка с экструдером перемещается над столом по осям X и Y при помощи одного ремня и двух согласованно работающих двигателей.

CoreXY во многом повторяет H-Bot, но отличается наличием двух зубчатых ремней. 

Из разной схемы установки ремней вытекают основные различия между H-Bot и Core-XY. В H-Bot усилия, перемещающие балку оси Х по оси У могут перекосить её, после чего конструкция будет нуждаться в восстановлении. У Core-XY эта проблема отсутствует. Ещё одно уязвимое место этих кинематик – зубчатые ремни. Из-за своей большой длины они могут заметно растянуться за небольшой промежуток рабочего времени, что несомненно скажется на качестве печати и работоспособности принтера. Этот момент больше относится к кинематике H Bot, так как там используется один очень длинный зубчатый ремень, протянутый через всю конструкцию. Однако при масштабировании габаритов всего механизма для увеличения объёма рабочей камеры, в какой-то момент эта проблема может появиться и на Core-XY.

Общие плюсы схем:

   - высокая жесткость конструкции, 

   - возможность обеспечить высокоточную качественную печать при приемлемой скорости,

   -  равномерное качество печати в любом месте рабочего пространства,

   -  отсутствие инертности, вызываемой движением стола,

   - легче упаковать в защитный кожух и термокамеру.

Общие минусы схем:

   - размер принтера раза в два-три больше печатаемого объема,

   - высокая стоимость,

   - сложный ремонт.

 

Плюсы схемы H-Bot:

 - Ремень необходим всего один, а схема предусматривает его работу без скручиваний.

 - Натягивать один ремень удобнее, чем 2.

Минусы схемы H-Bot:

 - Ремень имеет свойство растягиваться со временем, а так как величина растяжения напрямую зависит от длины, то необходимо следить за его натяжением.

 - Склонность к перекосам балки. 

 

Плюсы схемы Core-XY:

 - Два коротких куска ремня.

 - Силы уравновешивают балку, а не стремятся ее повернуть.

Минусы схемы Core-XY:

 - Перекручивание ремней не очень полезная вещь

 - Сложность натяжки ремней.

 - Сложность сборки и разработки.

 

Кинематика "Ultimaker".

Кинематика, получившая своё название от фирмы, её разработавшей. Кинематика построена полностью на валах. В ней также стол перемещается вертикально по оси Z, а печатающая голова в двух осях, Х и У. Её основное отличие – направляющие валы, расположенные перпендикулярно друг к другу и проходящие сквозь каретку печатающей головы. Валы выступают одновременно и как направляющие, и как шкивы вращения.

Плюсы схемы:

 - короткие зубчатые ремни;

 - легко установить закрытый корпус;

 - шаговые двигатели расположены на корпусе;

 - малый вес печатной головы, высокая скорость перемещения;

 - хорошее качество печати.

Минусы схемы:

 - Очень высокие требования к качеству направляющих валов и подшипников. 

 - Плохая масштабируемость, связанная с первым минусом. 

Как вы можете заметить, все рассмотренные кинематики имеют те или иные общие черты. Есть даже кинематика, Makerbot (опять по имени фирмы разработчика), которая в самом простом рассмотрении является схемой Прюши, просто положенной набок и оси Z и Y меняются местами. Стол теперь движется только вверх/вниз (бывшая ость Z), а вместо «дрыгающегося» стола теперь «дергается» балка с печатной головой (бывшая ось Y). Одно простое решение – и новая кинематика готова. А что, если мы рассмотрим что-то принципиально отличающееся?

 

Дельта кинематика.

Дельта выполнена не по классической декартовой механической схеме: три измерения - три оси. У дельты все три оси одновременно отвечают за положение печатающей головки в пространстве, что вычисляется по хитрой формуле. Отличается даже стол, он у дельты абсолютно неподвижен и практически всегда имеет круглую форму. При такой компоновке все тяжелые компоненты остаются на корпусе принтера, а печатная голова должна быть лёгкой и малоинертной. Благодаря длинным рычагам даже небольшое движение на одной из осей принтера вызывает кратное смещение печатной головы. Все это позволяет развивать дельте самые большие скорости печати из всех FDM принтеров.

Плюсы схемы:

 - самая высокая скорость печати,

 - неплохое качество, которое, правда, сильно зависит от жесткости корпуса,

 - относительно легко масштабируется,

 - шикарно выглядит, невероятно красив в процессе печати.

Минусы схемы:

 - на бюджетных моделях качество и разрешение печати падает от центра стола к краям,

 - сложно отрегулировать нулевой уровень стола,

 - сложная конструкция, которая очень требовательна к качеству комплектующих, из которых собирается механическая составляющая,

 - сложен в ремонте и настройке,

 - очень сложная математика перемещений.

Разумеется, это не все возможные кинематики зд принтеров. Есть случаи модернизации рассмотренных ранее кинематических схем под определенные цели. Есть более экзотичные кинематики, например полярная кинематика и роботизированные манипуляторы. 

Но это слишком экзотичные кинематические схемы, зачастую узкоспециализированные и поэтому дорогие и редко встречающиеся в бытовом сегменте.

 

 

Справка:

Бийский Центр Молодёжного Инновационного Творчества «Политех» (ЦМИТ «Политех») создан 23 ноября 2015 года в рамках целевой федеральной программы Министерства экономического развития РФ при софинансировании Правительства Алтайского края.

Основные цели работы ЦМИТ «Политех» – вовлечение как можно большего количества молодых людей в научно-техническое творчество с использование современного оборудования быстрого прототипирования, для проверки ими своих технических идей, ранняя профориентация, создание материально-технической основы для вдохновения, способствование формированию духа изобретательности и инновационного предпринимательства.

В ЦМИТ «Политех» работают кружки: Первая Техническая Школа, робототехника, программирование на С++, программирование web-приложений, инновационное моделирование. За год ЦМИТ посещают более 500 школьников.

Подробнее о деятельности ЦМИТ «Политех»: 

http://cmit22.ru/

https://vk.com/cmit_politeh

https://www.facebook.com/cmit.politeh

https://www.instagram.com/cmit.politeh/

https://www.youtube.com/channel/UC3gdzkyOzGmSIn4BSsEaGOQ