CoreXY или H-Bot используемые в 3D-принтерах отличаются в первую очередь своей кинематикой. Поэтому, если вы заинтересованы в создании 3D-принтера, вам придется обратить внимание на различные компоненты для создания плавного движения в принтере.
Чтобы избежать путаницы, вот разница между традиционными декартовыми 3D-принтерами и системами CoreXY и H-Bot: В традиционных декартовых принтерах печатающая головка перемещается с помощью ось X, а ось Y — с помощью печатной формы. В сравниваемых здесь системах печатающая головка перемещается по осям X и Y, а печатный стол не движется по этим осям!
Чем отличаются системы CoreXY и H-Bot? Самое большое различие заключается в том, что системы CoreXY имеют два зубчатых ремня, а системы H-Bot — только один. Это означает, что системы CoreXY имеют меньше вибраций и могут печатать намного точнее и быстрее, чем системы H-Bot.
CoreXY
Лучший способ понять, как работают обе системы — это увидеть их в действии. Наглядные видеоролики идеально подходят для этого.
Вот видео кинематики CoreXY:
Важно, чтобы оба зубчатых ремня были прочно прикреплены к фиолетовому объекту с обоих концов.
Линейные движения фиолетового объекта по осям X и Y контролируются красным и оранжевым приводными шкивами. Черный зубчатый ремень соединяет красный приводной шкив с розовыми шкивами. Красный зубчатый ремень соединяет оранжевый ведущий шкив с желтыми шкивами.
- Когда красный и оранжевый шкивы вращаются с одинаковой скоростью в противоположных направлениях, объект движется вдоль оси X.
- Когда красный и оранжевый шкивы вращаются с одинаковой скоростью в одном направлении, объект движется вдоль оси Y.
- Если вращается только один ведущий шкив, фиолетовый объект движется по диагонали.
H-Bot
Также видеоролик кинематики H-Bot:
Оранжевый объект движется линейно вдоль осей X и Y. Направление контролируется розовым и зеленым приводными шкивами.
Очень важно, что одна часть черного зубчатого ремня прикреплена к оранжевому блоку, а другая проходит через него.
- Если вращается только один шкив, объект движется по диагонали.
- Если розовый и зеленый шкивы вращаются с одинаковой скоростью в противоположных направлениях, объект движется вдоль оси X.
- Если розовый и зеленый шкивы вращаются с одинаковой скоростью в одном направлении, объект движется вдоль оси Y.
Какую кинематику выбрать при создании 3D-принтера?
CoreXY против H-Bot — какая кинематика лучше для 3D-принтера? Если посмотреть на конструкцию H-Bot, то на первый взгляд она кажется гораздо более эффективной и плавной, чем Core-XY.
Это может быть связано с тем, что у Core-XY значительно больше ремней и шкивов, которые также распределены на нескольких уровнях. Однако движения Core-XY не только очень точные и компактные, но также повторяемые и линейные. Поэтому системы Core-XY становятся все более популярными.
Обе системы используют декартову систему координат.
Вместо одного шагового двигателя для каждой из трех осей, два двигателя соединены для перемещения осей X и Y.
Стационарные двигатели параллельной кинематики убедительны не только благодаря более высокому ускорению и, как следствие, очень низкой инерции, но и благодаря точности позиционирования. Никаких накопленных ошибок направляющих не возникает.
Системы H-Bot очень похожи на системы CoreXY в области привода. Однако системы H-Bot работают с одним очень длинным ремнем, а не с двумя короткими ремнями, как в случае с системой CoreXY.
Это не только увеличивает источник ошибок, но и, возможно, снижает качество печати. Долговечность системы H-Bot также находится под угрозой, если оси и ремни не идеально подобраны и выровнены.
Разница между системой CoreXY и системой H-Bot объясняются ниже.
CoreXY & H-Bot: Разница
CoreXY убеждает своим квадратным дизайном с декартовой системой координат. Он отличается от Prusa, например, тем, что его печатная форма движется только по вертикальной оси Z. Печатающая головка CoreXY, однако, движется по горизонтальным осям X и Y.
CoreXY отличается от H-Bot гораздо более длинным ремнем. Система шкивов также намного больше. Этот механизм предотвращает чрезмерный крутящий момент и тем самым уменьшает износ ремней и принтера в целом. Оптически H-Bot также был спроектирован в декартовом стиле.
Принтеры на основе механизма CoreXY обычно имеют квадратную форму. Модели высокого класса также убедительны благодаря дизайну своего корпуса. Сама печатающая головка приводится в движение двумя относительно длинными зубчатыми ремнями, которые соединены с шаговым двигателем.
В зависимости от того, в каком направлении вращается двигатель, печатающая головка движется в разных направлениях. Если работает только один шаговый двигатель, печатающая головка движется по диагонали. Если печатающая головка должна двигаться только в направлении X или Y, двигатели должны двигаться в противоположных направлениях или вместе.
Благодаря конструкции рамы и способу перемещения осей относительно друг друга, системы CoreXY имеют ряд преимуществ перед аналогичными 3D-принтерами. Как и другие системы, система CoreXY имеет слабые стороны и недостатки по сравнению с системой H-Bot. Преимущества и недостатки обеих систем обсуждаются ниже.
CoreXY — плюсы и минусы
В отличие от других декартовых конструкций, кинематика CoreXY основана на изменении осей X и Y. Два соединенных шаговых двигателя управляют осями. Эта связь основана на особом расположении ремней. Этот тип конструкции был проверен на многих 3D-принтерах.
Одно из самых больших преимуществ системы CoreXY заключается в том, что система способна печатать очень быстро. В несравнимых конструкциях принтеров подвижный портал часто крепится к соответствующим шаговым двигателям или даже к печатной станине. Во время процесса печати они перемещаются вперед и назад. Это приводит не только к чрезмерной вибрации, но и к износу соответствующей заготовки.
Система CoreXY убеждает своими прочно закрепленными шаговыми двигателями. Положительным является и тот факт, что печатную форму можно перемещать вертикально. Головка инструмента — единственная часть принтера, которая перемещает массу со значительной скоростью. Благодаря этому механическому аспекту значительно снижается количество вибраций.
Поэтому принтеры, работающие по системе CoreXY, обеспечивают не только гораздо более высокую скорость печати, но и чрезвычайно высокое качество печати.
Еще одним преимуществом принтеров, изготовленных по конструкции CoreXY, является печатный стол, поскольку он перемещается по оси Z. Поэтому принтеры CoreXY могут производить одинаковый объем конструкции при меньших габаритных размерах. Эта функция у системы CoreXY общая с H-Bot.
Поскольку печатающая головка принтера CoreXY движется горизонтально как по оси X, так и по оси Y, она может получить доступ ко всему столу.
Для новичков ремни или ременная система часто представляют проблему. Хотя ремни необходимы для функциональности принтера CoreXY, они, конечно, тоже могут стать причиной проблем. Это происходит, например, если они неправильно выровнены, слишком тугие или слишком свободные.
Если ремни не выровнены должным образом и не идут параллельно, могут возникнуть другие серьезные проблемы.
Чрезмерное натяжение ремня может привести к повышенному износу. Кроме того, слишком сильное натяжение может существенно повлиять на точность работы принтера. В некоторых случаях чрезмерное натяжение ремня может привести к дальнейшей неисправности компонентов принтера.
В конструкции CoreXY натяжение ремней играет важную роль. Например, если ремни выбраны из некачественного материала, они могут быстрее растягиваться и, следовательно, быстрее изнашиваться. Это часто приводит к тому, что через некоторое время 3D-принтер теряет точность.
Однако принтер CoreXY со слишком высоким или слишком низким натяжением ремня — не единственный с такой проблемой. Другие 3D-принтеры также имеют повторяющиеся проблемы в этой области с различными изнашивающимися деталями. К ним относятся, например, дефекты точности и общего качества печати.
Еще одним недостатком системы CoreXY является конструкция рамы. Хотя рама относительно устойчива по сравнению с другими 3D-принтерами, она может быть неточной, если рама собрана не идеально квадратно. Однако эту проблему можно решить с помощью фиксированного квадрата. Угловые скобы также могут помочь сохранить постоянную квадратность принтера CoreXY.
Многие разработчики принтеров выбирают систему CoreXY вместо других систем, потому что ее сердцевина более компактна. Еще одно преимущество — более простая настройка. Если сборка была выполнена правильно, конструкция CoreXY убедит высоким качеством печати.
H-Bot — плюсы и минусы
Кинематика H-Bot убеждает своей прямой и элегантной конструкцией. Тем не менее у H-Bot есть проблема присущая конструкции. Точность движений — за исключением нескольких систем H-Bot изготовленных с соблюдением весьма точных допусков — может выйти из-под контроля.
Из-за своей специфики кинематика H-Bot больше подходит для профессионалов. Подобно принципу CoreXY, система H-Bot использует два шаговых двигателя, соединенных вместе. Таким образом, система H-Bot генерирует движения в плоскости X-Y. Двигатели вращаются в одном направлении (ось X) или в противоположном направлении (ось Y).
Однако у этого варианта 3D-принтера есть серьезный недостаток. Если ремень и оси не выровнены оптимально, возникает дополнительный крутящий момент. Идеальное выравнивание невозможно. Дополнительный крутящий момент приводит к ухудшению качества печати и принтер может даже заклинить. Хотя негативный эффект можно свести к минимуму для этого требуется настоящее ноу-хау и значительные усилия по выравниванию.
H-Bot использует два двигателя для перемещения зубчатого ремня. Этот ремень направляется системой направляющих шкивов. Сам ремень прикреплен к каретке и движется по направляющей вдоль одной оси.
Она закреплена на двух дополнительных направляющих, чтобы обеспечить движение в ортогональном направлении.
H-боты могут быть спроектированы таким образом, чтобы обеспечить ту же функциональность, что и порталы XY-ступеней, но без их недостатков. Движение H-Bot можно планировать и комбинировать с другими компонентами. Эта функциональность позволяет использовать множество других применений кинематики.
Приложения для системы H-Bot могут включать позиционирование «точка-точка», выбор места, заполнение и нанесение материала, планируемую или трехмерную резку и многие другие функции.
Другими факторами, говорящими в пользу H-Bot, является возможность снижения общей стоимости покупки. Например H-Bot может использовать менее дорогие шкивы или звездочки вместо резьбовых шпинделей. Ремни стоят значительно дешевле, чем ведущие винты или линейные двигатели. Это снижает первоначальные инвестиции и затраты на обслуживание.
Поскольку оси не укладываются друг на друга, как в CoreXY, общий вес уменьшается, а вместе с ним и сложность системы. Такая форма снижения также позволяет экономить затраты. Благодаря снижению веса можно впоследствии подбирать двигатели меньших размеров. Плавный ход конструкции H-Bot имеет дополнительное преимущество — увеличение пропускной способности. Система ускоряется с меньшей массой.
Поскольку два двигателя несут одинаковую нагрузку, распределение нагрузки в системе относительно сбалансировано. Возможно использование двух одинаковых двигателей. Замена резьбовых шпинделей на ременную передачу снижает трение в системе.
H-Bot может быть построен по модульному принципу. Рабочая зона может быть увеличена или уменьшена в зависимости от размера. Изменение скорости или точности системы может быть достигнуто путем изменения диаметра приводного шкива.
Вместо дорогих линейных двигателей можно использовать более дешевые роторные двигатели.
Главный недостаток системы H-Bot заключается в том, что для перемещения H-Bot требуются осмысленные координаты XY. Из-за связанной конструкции необходимо учитывать дополнительные аспекты безопасности для предельных значений. Для остановки системы при достижении предельного значения необходимо скоординированное торможение обоих двигателей. В этой области зубчатый ремень может вызвать ошибку положения нагрузки из-за своей гибкости.
Вывод: CoreXY или H-Bot
Обе системы CoreXY и H-Bot имеют свое право на существование. CoreXY произвольно решает проблему чистого крутящего момента, присущую H-Bot. CoreXY — это реализация двухосевого линейного движения. Разработанный MIT Media Labs, даже дизайн этого принтера имеет открытый исходный код.
В целом, принтер CoreXY предлагает те же функциональные возможности, что и принтер H-Bot, но убеждает своей легко перемещаемой платформой в которой оба двигателя прикреплены к раме. Благодаря пересечению ремня устраняются нежелательные векторы крутящего момента. Большое преимущество перед системой H-Bot. Именно в этом заключается самая большая слабость H-Bot.
По сравнению с другими 3D-принтерами, конструкции CoreXY и H-Bot можно считать особым случаем. Оба принтера представляют собой оригинальное решение с фиксированными двигателями. Благодаря их оригинальной системе зубчатых ремней печатающая головка может быть расположена в любом месте по осям X и Y.
Быстрое перемещение и уменьшение износа — вот основные характеристики обеих систем печати.
