Портал 3D-принтера служит устойчивой основой для перемещения печатающей головки. Читайте дальше, чтобы узнать все о портале!
3D-принтеры FDM (Моделирование методом послойного наплавления) могут быть весьма разнообразными, особенно если речь идет об их раме и кинематике. Хотя FDM-принтеры часто имеют уникальные особенности в этих двух областях, одним общим элементом для большинства FDM 3D-принтеров является портал.
Портал, являющийся компонентом рамы принтера, обеспечивает перемещение вдоль горизонтальной оси. Другими словами, портал — это конструкция 3D-принтера, которая поддерживает подвижный компонент. Чаще всего этот термин используется для обозначения того, что поддерживает печатающую головку.
В этой статье мы рассмотрим различные конфигурации порталов и то, как они работают на 3D-принтерах FDM разных типов. Мы также рассмотрим некоторые советы по обслуживанию и ремонту, которые помогут вам устранить возможные проблемы с порталами.
Но сначала мы расскажем немного истории.
Кинематика и портал
Наряду с порталами часто обсуждается кинематика и не зря: Они связаны между собой! Технически говоря, «кинематика» — это любой компонент, отвечающий за определенное движение, например ведущий винт или зубчатый ремень. Однако чаще всего этот термин используется для обозначения всего устройства, используемого для облегчения печати в трехмерном пространстве и именно это определение мы будем использовать в данной статье. В этом смысле портал является частью кинематики принтера.
В любом FDM-принтере этот элемент необходим для поддержки и стабилизации печатающей головки. Хотя порталы, безусловно, эффективны для достижения этой цели, другие конструкции также работают. Например в дельта-принтерах используются штанги, которые не являются разновидностью порталов.
Кроме того, хотя большинство FDM-принтеров оснащены порталами, не все они поддерживают движение по одним и тем же осям (X и Y). И наконец, порталы не могут быть настроены одинаково во всех принтерах: разные системы перемещения требуют разного расположения.
С этим разобрались, давайте посмотрим на конфигурации.
Кинематика и конфигурация порталов
Порталы могут иметь различные формы, но ниже представлены три наиболее распространенные конфигурации:
- Алюминиевый V-образный профиль: Это алюминиевый профиль с пазами для колес, по которым они перемещаются.
- Цилиндрические направляющие: Это жесткие цилиндрические стержни, по которым могут скользить компоненты.
- Линейные направляющие: Это самый дорогой вариант, представляющий собой жесткий рельс с небольшими пазами для каретки с шарикоподшипниками.
Помимо этих типов порталов, существуют и другие, предназначенные для различных кинематик. Кроме того, порталы различаются по месту расположения и компонентам, которые к ним прикреплены.
Чтобы разобраться, как они работают и чем отличаются, давайте рассмотрим некоторые из наиболее популярных систем движения, частью которых, как мы только что узнали, являются порталы. Другими словами, в следующих разделах мы определим и обсудим общие режимы работы. Это не порталы как таковые, но они влияют на конкретные типы порталов и подвержены их влиянию.
Декартовая XZ-головка в стиле i3
Во-первых, кинематика декартовой XZ-головки, также называемая «i3-стиль», является, пожалуй самой распространенной на сегодняшний день. Этот формат, представленный в принтерах Prusa i3 MK4 и Ender 3 V3, выглядит очень прямоугольным спереди, с массивной (обычно более громоздкой) структурой основания и выступающим порталом.
Кинематика XZ-головки включает в себя винтовые валы оси Z, которые поднимают и опускают портал оси X, где печатающая головка перемещается из стороны в сторону. Таким образом, печатающая головка перемещается в направлениях X и Z, отсюда и название, а направляющие или валы по оси Y перемещают стол вперед и назад.
Эта кинематика проста и распространена, что сделало ее популярной и имеющей большое сообщество сторонников. Кроме того, это одна из самых недорогих кинематик в 3D-печати, поскольку основные компоненты распространены повсеместно. Недостатком является то, что для сборки умеренного объема требуется относительно большая рама.
В последнее время стал популярен подвариант XZ-головы — консоль. Он особенно распространен в «мини» версиях принтеров, таких как A1 Mini от Bambu Lab и Prusa Mini+, но это все равно фактически кинематика XZ-головки, только с другой рамой.
Перекрестный стиль UltiMaker
Как и следовало ожидать, так называемая кинематика в стиле UltiMaker чаще всего используется в 3D-принтерах UltiMaker, таких как UltiMaker S7. Если смотреть сверху, то эта кинематика выглядит как набор смещающихся перекрестий, движущихся внутри рамы, похожей на коробку.
Эта система перемещения включает в себя конструкцию квадратной формы, состоящую из четырех внешних валов. Две каретки X и две Y движутся в своих направлениях по периметру квадрата и каждая пара поддерживает дополнительный перекрестный портал, который движется поперек квадрата из валов в одном направлении.
Печатающая головка расположена в месте пересечения этих двух валов, то есть, когда каретка движется вдоль одного из внешних валов квадрата, точка пересечения меняется, а значит меняется и местоположение печатающей головки. В то время как этот механизм обеспечивает очень стабильное движение печатающей головки по осям X и Y, валы по оси Z отвечают за перемещение стола вверх-вниз.
Таким образом, в общей сложности имеется шесть валов, из которых четыре поддерживают два, которые поддерживают печатающую головку. Это означает, что для того, чтобы кинематика была действительно эффективной, порталы должны быть практически идеально выровнены. Убедиться в правильности работы можно с помощью стресс-теста.
CoreXY
Для многих кинематика CoreXY является одной из самых крутых. Сверху она выглядит как прямоугольная рама с перекрещивающимися элементами. Эта система часто встречается в самодельных принтерах, таких как принтер Voron 2.4, но также существует и в промышленных машинах, таких как X1 Carbon от Bambu Lab и Creality K1.
Хотя на первый взгляд кинематика CoreXY кажется простой, она довольно сложна и использует специальную конфигурацию из двух ремней для движения печатающей головки по оси XY. Эти два ремня проходят вдоль верхней части принтера, петляя через два шаговых двигателя XY и несколько шкивов. Важно, что оба ремня пересекаются в одной точке по периметру.
Что касается порталов, то у принтеров CoreXY их по два на каждой из сторон Y и они поддерживают третий, который пересекается. Каждый конец двух ремней соединен с углом каретки на пересекающемся портале, где находится печатающая головка, с помощью которой она перемещается в направлении X.
В результате совместная работа двух шаговых двигателей позволяет перемещать печатающую головку в любом направлении XY. Это похоже на перетягивание каната в четырех направлениях, где направляющие координируют и заставляют толкать и тянуть печатающую головку в определенных направлениях. При этом, как и в случае с системой перемещения в стиле UltiMaker, рабочий стол перемещается вверх и вниз благодаря винтовых валов по оси Z.
Хотя создание системы CoreXY может быть более сложным и дорогим, чем других кинематики, зато можно добиться меньшего количества вибраций, которые могут негативно повлиять на качество печати. Еще одним преимуществом системы CoreXY является относительно небольшая занимаемая площадь — то есть при определенном объеме рамы можно добиться большего объема печати.
Декартовая XY-головка
Эта кинематика, используемая в таких принтерах, как Creality Ender 5 S1, напоминает «перевернутую» версию декартовой XZ-головы. То есть валы Z повернуты и превращены в порталы оси Y, а стол предоставлен сам себ (со своим собственным валом или валами Z).
В результате конструкция напоминает принтер CoreXY с квадратной рамой и перекрещивающимися элементами. И действительно, порталы принтера с XY-головкой расположены в тех же местах: два портала по оси Y и один пересекающийся портал по оси X. Однако эти две кинематики отличаются друг от друга способом перемещения печатающей головки.
Вместо использования двух пересекающихся ремней в принтере с XY-головкой используется индивидуальное и раздельное движение для каждой оси. Печатающая головка перемещается по порталу оси X с помощью ремня, приводимого в движение одним шаговым двигателем, а портал оси X перемещается по порталу оси Y с помощью ремней, приводимых в движение другим шаговым двигателем.
Хотя эта кинематика не превосходит по производительности систему CoreXY, она дешевле и гораздо менее сложна в изготовлении. Основным недостатком является то, что она работает медленнее, чем большинство других систем, включая принтеры CoreXY.
H-Bot
Наконец, H-bot — это стиль движения, напоминающий букву «H» при взгляде сверху, отсюда и название кинематики. Популярных 3D-принтеров H-bot не существует по причинам, о которых мы скоро расскажем, но на OpenBuilds можно найти небольшие проекты 3D-принтеров H-bot.
Принтеры H-bot похожи на машины CoreXY несколькими способами, самый очевидный из которых — расположение порталов. Как и в системе CoreXY, в принтерах H-bot есть три портала, один из которых пересекает и соединяет два других. Печатающая головка перемещается по пересекающемуся порталу в направлении X, а по двум другим — в направлении Y.
Еще одно сходство с кинематикой CoreXY заключается в том, что принтеры H-bot используют сложную систему ремней для перемещения печатающей головки в направлениях XY. Однако в кинематике H-bot используется только один длинный ремень, а не два более коротких, пересекающихся.
Хотя такая система может показаться эффективной, в действительности система перемещения H-bot работает плохо. Это связано с тем, что кинематика требует практически невозможного идеального выравнивания, а также очень жесткой установки ремня и рамы, чтобы работать хорошо и избежать неправильных движений (например скручивания и отставания оси X). Поскольку достижение такого совершенства является сложной и зачастую непрактичной задачей, принтер в стиле H-bot практически исчез из поля зрения.
Обслуживание и ремонт
Теперь, когда вы знаете о различных конфигурациях порталов для разных типов 3D-принтеров FDM, самое время перейти к их обслуживанию и ремонту. Как и любая другая деталь 3D-принтера, особенно та, что связана с движением машины, порталы не служат вечно.
Со временем и после длительного использования порталы могут хуже обеспечивать плавное движение компонентов вашего 3D-принтера. Ниже мы перечислили несколько различных проблем с порталами, которые могут возникнуть в 3D-принтере FDM, а также способы их решения.
Грязные порталы
Независимо от того, видите вы это или нет, грязь, копоть и другие нежелательные частицы могут прилипать к порталу. Это может привести к неплавному движению по порталу, особенно если частицы крупные. Решение заключается в том, чтобы аккуратно провести влажной тканью, смоченной в воде или IPA, по траектории движения портала.
Медленное или тяжелое движение по порталу
Если вы испытываете необычно тяжелое движение, когда пытаетесь переместить головку по порталу, это вероятно, связано с отсутствием смазки. Большинство покупных принтеров (не самодельных) поставляются с предварительно смазанными порталами, поэтому это нормально, что их приходится смазывать время от времени. Чтобы смазать портал, нанесите небольшое количество смазки, например WD-40 или механической смазки, вдоль траектории движения портала.
Несинхронность порталов
Несинхронный или провисающий портал — это когда начальное и конечное положения портала не выровнены. В зависимости от того, вдоль какой оси расположен портал, эта проблема может затруднять выравнивание стола, искажать движение компонента или проявляться как другие проблемы с качеством печати. Чтобы исправить ситуацию, ослабьте крепления портала, выровняйте его с помощью уровня и снова затяните.
Вмятины на портале
Если у вас есть вмятины на портале, это обычно не является проблемой, однако слишком большие или большие вмятины могут вызвать некоторые проблемы с движением. В этом случае нет другого решения, кроме замены портала. Среди альтернативных решений, которые могут помочь, — шлифовка вмятины и нанесение большого количества смазки вокруг вмятины.
Погнутый портал
Наконец, самая страшная проблема — это погнутый портал и единственное решение — купить новый. Погнутый портал может вызвать значительные проблемы с качеством печати, например большие, повторяющиеся выпуклости на отпечатках. Поскольку вы не хотите делать ненужный ремонт, прежде чем сделать вывод о том, что ваш портал погнут, убедитесь, что он не смещен.
Если вы решили, что вам нужен новый портал, обратите внимание, что не все порталы одинаковы. Некоторые производители используют размеры, немного отличающиеся от промышленных норм, поэтому мы рекомендуем стараться приобретать официальную или одобренную производителем замену порталов.
