Разновидности основных кинематических схем:
- Картезианская кинематика
- Дельта-кинематика
- Полярная кинематика
- 3D-принтеры с роботизированными манипуляторами
Картезианская кинематика
На рынке 3D-принтеров FFF / FDM самыми распространенными являются приборы с картезианской кинематикой. Основанная на декартовой системе координат, эта технология работает на основе трех осей – X, Y, Z. По одной или нескольким из них осуществляется движение механических частей прибора, т.е., заданные по осям координаты реализуют схему перемещения и положения печатающей головки относительно платформы.
Вариации перемещения в данной кинематике:
- Платформа передвигается по одной из горизонтальных осей — X или Y, экструдер движется по другой и в высоту.
- Платформа перемещается по высоте, по оси Z, а экструдер передвигается по двум плоскостям, вперед-назад и влево-вправо.
- Платформа движется по одной из осей и в высоту, экструдер - по другой оси.
- Платформа неподвижна, экструдер передвигается по всем трем осям.
- Платформа движется по осям XY, экструдер перемещается по высоте.
CoreXY
CoreXY имеет два закрепленных на раме двигателя, которые приводят в движение два ремня для перемещения каретки экструдера по осям XY.
H-Bot
Кинематика H-Bot для 3D-принтера основана на похожей механике, но с другим ременным приводом. В данном случае ремень один и натянут по форме, напоминающей обведенную по контуру букву H (аш), за что схема и получила название аш-бот.
Плюсы:
- 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.
Минусы:
- размер принтера раза в два-три больше печатаемого объема,
- высокая стоимость,
- сложный ремонт,
- склонность к перекосам каретки (для H-Bot)
Дельта-кинематика
Дельта принципиально отличается от предыдущих, которые выполнены 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, и печатная голова должна быть лёгкой и малоинертной. Благодаря длинным рычагам даже небольшое движение на одной из осей принтера вызывает кратное смещение экструдера. Все это позволяет развивать дельте самые большие скорости печати из всех FDM принтеров. И еще Дельта, пожалуй, самый компактный принтер в горизонтальной проекции, на столе занимает минимум места, чуть больше печатной области, весь основной объем, включая катушку с пластиком, уходит вверх, что очень удобно для небольших помещений и позволяет без труда устанавливать его в шкафах и подобных “термокамерах”. Впрочем, приобрести или сделать компактную камеру прямо на корпусе принтера тоже не сложно. Ограничивает печатаемый предмет в размерах X-Y, но очень хорош для создания высоких объектов.
Плюсы:
- самая высокая скорость печати,
- неплохое качество, которое, правда, сильно зависит от жесткости корпуса,
- шикарно выглядит, невероятно красив в процессе печати.
Минусы:
- на бюджетных моделях качество и разрешение печати падает от центра стола к краям,
- сложно отрегулировать нулевой уровень стола, для этого принтер делает многочисленные измерения по всей поверхности и хранит их в памяти, но малейший люфт или смещение в геометрии обесценивает эти данные и заставляет проводить измерения сначала,
- сложная конструкция, которая очень требовательна к качеству комплектующих, из которых собирается механическая составляющая,
- сложен в ремонте.
Полярная кинематика
Платформа таких 3D-принтеров имеет круглую форму, вращается по кругу и двигается целиком по одной горизонтальной оси, при этом экструдер движется только вверх и вниз. Представьте себе виниловый проигрыватель – печатающая головка принтера работает по принципу иглы звукоснимателя, движущейся по пластинке. С той лишь разницей, что тут “пластинка” не только вращается, а “игла” наоборот ограничена в перемещениях.
Плюсы и минусы полярной механики
Полярные 3D-принтеры позволяют создавать крупные объекты, при этом экономя средства за счет высокой энергоэффективности. Они пока имеют низкую точность, но в долгосрочной перспективе, возможно, производитель сможет решить эту проблему.
3D-принтеры с роботизированными манипуляторами
Принтер-манипулятор. Промышленные манипуляторы весьма многофункциональны и точны. И естественно, инженеры уже не раз фиксировали в их руке экструдер и учили выводить им правильные кривые. Печать с манипулятора может вестись как традиционно послойно, так и подобно 3D-ручке - вытягивать линии прямо в воздухе между заданными точками, что, конечно, уже не является классической печатью FDM. Пока что такой способ производства моделей находится в стадии разработки и служит больше для забавы и демонстрации возможностей манипуляторов, и они действительно достойны восхищения.
Плюсы:
- точность печати;
- высокая скорость печати;
- небольшие габариты и масса.
Минусы:
- ограничения по жесткости в зоне осей X и Y;
- высокая стоимость;
- не самая широкая сфера использования.
