Dlaczego drukarki 3D są tak wolne?

Druk 3D z biegiem lat stał się tani i niezawodny. Przyjazne dla początkujących materiały, takie jak PLA i PETG, sprawiły, że produkcja w domu stała się bardziej dostępna niż wcześniej. Niestety, rzeczywisty proces drukowania 3D pozostaje nieznośnie powolny, w wielu przypadkach wymaga kilku dni drukowania.

Dlaczego drukarki 3D wciąż prowadzą swoją działalność w lodowatym tempie, skoro są dostępne dla konsumentów od ponad dekady?

Odpowiedź kryje się w wyzwaniach inżynieryjnych i produkcyjnych, które stoją za komercyjną opłacalnością drukowania 3D. Przyjrzyjmy się tym wyzwaniom i obiecującej technologii, która może przyspieszyć drukowanie 3D dla wszystkich.

Żołnierze nie lubią szybkich ruchów

Pierwsza wskazówka dotyczy samego wyglądu typowej konsumenckiej drukarki 3D. Wyszukiwanie w Amazon drukarek 3D daje wyniki, które wyglądają praktycznie nie do odróżnienia od siebie. To niefortunny produkt uboczny konsumenckich drukarek 3D opartych na projekcie Prusa i3. Najwyraźniej nie ma lepszego podejścia do masowej produkcji tanich drukarek. Niestety, to dążenie do efektywności kosztowej odbywa się kosztem szybkości.

Rzućmy okiem na system ruchu Prusa i3, aby zrozumieć, dlaczego tak jest.

Przeciętny obraz 3D klasy konsumenckiej jest tani przede wszystkim dlatego, że jest nieskomplikowany. Ta prostota dotyczy również ich systemu ruchu. Na przykład oś X obejmuje głowicę drukującą poruszającą się wzdłuż długości aluminiowego wytłoczenia z rowkiem V. Oś Z z kolei przesuwa cały zespół osi X w górę iw dół. To może wydawać się dużą wagą, ale nie jest to poważnym problemem, ponieważ drukarki 3D poruszają się wzdłuż osi Z rzadko i tylko ułamek milimetra na raz.

Jednak ustawienie osi Y takich drukarek jest zdecydowanie nieoptymalne. Ta słaba oś ma za zadanie herkulesowe przesuwanie całego łóżka, które jest również najcięższym elementem w drukarce 3D. Aby drukować szybko, najlepiej, aby ruchome elementy były jak najlżejsze. Szybkie przesuwanie głowicy drukującej ważącej 150 gramów przy zachowaniu mikrometrowej precyzji jest już trudne.

Teraz wyobraź sobie, że robisz to samo z łóżkiem 1,5 kg. Nic dziwnego, że drukarki 3D wykorzystujące projekt Prusa i3 są z tego powodu potocznie nazywane nosidełkami.

Co się dzieje, gdy i tak szybko drukujesz?

Odkryliśmy, dlaczego twoja przeciętna drukarka 3D jest wolna. Ale co by było, gdybyśmy wyłączyli ograniczenia oprogramowania układowego dotyczące szybkości i przyspieszenia drukowania, aby mimo wszystko drukować szybko? Koszt zbyt szybkiego poruszania się wykracza poza ogromne obciążenie silników krokowych i spowodowanie ich przegrzania. Jakość druku to pierwsza ofiara w walce słabego silnika z upartą masą ciężkiego łóżka. Objawia się to dzwonieniem lub efektem zjawy spowodowanym nadmiernymi wibracjami związanymi z szybkim drukowaniem.

W skrajnych przypadkach elementy drukarki 3D mogą z czasem się poluzować. Chociaż ponowne dokręcenie śrub jest łatwe, szybkie drukowanie na Prusa i3style często prowadzi do nieodwracalnego zużycia elementów ruchu. Największym hitem są tanie rolki V-slot stosowane w układzie ruchu takich drukarek. Plastikowe koła biegnące wzdłuż torów w kształcie litery V na aluminiowych profilach zużywają się znacznie, gdy są poddawane dużym prędkościom drukowania.

Typowa drukarka 3D oparta na projekcie Prusa i3 nie może drukować szybko z jakimkolwiek stopniem jakości lub długoterminowej niezawodności. Ale co z drukarkami opartymi na różnych projektach. Powinny istnieć jakieś realne alternatywy odpowiednie do szybkiego drukowania, prawda?

Drukarki Delta: tanie i szybkie, ale niedokładne

Drukarki Delta 3D są od podstaw projektowane z myślą o szybkości. Ich lekka głowica drukująca jest szybsza i lepiej kontrolowana ze względu na jej z natury niższy pęd. Co więcej, konstrukcja Delta wykorzystuje mniej komponentów niż jej odpowiednik do przenoszenia łóżek, co czyni ją jeszcze tańszą w produkcji. Drukarki, które są tanie i szybkie, brzmią doskonale, ale dlaczego nie widzimy ich wystarczająco dużo?

Drukarki oparte na projekcie Delta wiele kompromisów w dążeniu do szybkości. Ich kompaktowe i lekkie głowice drukujące uniemożliwiają wdrożenie ekstrudera z napędem bezpośrednim. Dowiedz się więcej o tej technologii w naszym prowadnica wytłaczarki z napędem bezpośrednim. Tymczasem to ograniczenie dotyczące ekstrudera tylko Bowdena sprawia, że ​​drukarki Delta nie są w stanie obsługiwać elastycznych włókien, co szkodzi ich wszechstronności.

Jednak ich największym kompromisem jest obniżona jakość druku, zwłaszcza podczas drukowania dużych modeli, które są rozłożone poziomo. Co więcej, jakość druku na powierzchni osiągnięta przez Delta nie jest porównywalna z nosidełkami. Jest to dodatkowo pogarszane przez okrągłe łóżko, które ogranicza objętość zadruku, a ich ogólna skłonność do doskonalenia się tylko w przypadku wysokich wydruków.

Ograniczenia te są na tyle poważne, że konsumencki przemysł druku 3D zepchnął drukarki Delta do niszy, pomimo ich imponującej szybkości i opłacalności.

Drukarki CoreXY: Szybkość ma swoją cenę

Najszybsze drukarki są oparte na kinematyce CoreXY, jak wyjaśniono w naszym Przewodnik dla początkujących po drukarkach 3D Voron. Jest to wyrafinowany system ruchu, w którym stół jest w dużej mierze nieruchomy, ale znacznie lżejsza głowica drukująca porusza się z szybkością błyskawicy. W przeciwieństwie do drukarek Delta, konstrukcja CoreXY zachowuje jakość, jednocześnie umożliwiając stosowanie ekstruderów z napędem bezpośrednim.

Jedynym problemem jest to, że ekstremalna złożoność i wysokie koszty sprawiają, że te drukarki są nieopłacalne dla konsumenckiego drukowania 3D. W związku z tym drukarki CoreXY pozostają ograniczone do niszowych projektów open-source skierowanych do entuzjastów druku 3D. Nie jest to zaskakujące, biorąc pod uwagę, jak przeciętna drukarka 3D CoreXY kosztuje od 1000 do 2000 USD za same części.

Producenci konsumenckich drukarek 3D wciąż nie wymyślili, jak sprawić, by ta technologia była tania i wystarczająco przystępna dla zwykłych użytkowników.

Szybkość to luksus, na który drukarki 3D nie mogą sobie pozwolić

Podsumowując, szybki druk 3D to kosztowna sprawa. Możesz mieć tanią drukarkę Delta, która działa szybko kosztem jakości i objętości kompilacji, lub możesz wydać fortunę na maszynę CoreXY. Żadna z tych skrajności nie odpowiada konsumentom.

I dlatego praktycznie każda konsumencka drukarka 3D jest oparta na projekcie Prusa i3. Te drukarki mogą być powolne, ale mimo to zapewniają dobrą równowagę między ceną, funkcjami i wydajnością. Szybkość jest niefortunną ofiarą produkcji drukarek 3D, które są atrakcyjne na rynku masowym.

5 mniej znanych narzędzi, które ułatwiają konserwację drukarki 3D

Czytaj dalej

O autorze