Prečo sú 3D tlačiarne také pomalé?

3D tlač sa v priebehu rokov stala lacnou a spoľahlivou. Materiály vhodné pre začiatočníkov ako PLA a PETG urobili domácu výrobu dostupnejšou ako predtým. Bohužiaľ, skutočný proces 3D tlače zostáva neznesiteľne pomalý, v mnohých prípadoch si vyžaduje tlač za niekoľko dní.

Prečo 3D tlačiarne stále pokračujú vo svojom podnikaní ľadovým tempom, keď sú spotrebiteľom dostupné už viac ako desať rokov?

Odpoveď spočíva v inžinierskych a výrobných výzvach, ktoré stoja za komerčnou životaschopnosťou 3D tlače. Poďme sa pozrieť na tieto výzvy a sľubnú technológiu, ktorá by mohla zrýchliť 3D tlač pre každého.

Nosíčky nemajú radi rýchle sťahovanie

Prvým vodítkom je samotný vzhľad typickej spotrebiteľskej 3D tlačiarne. Vyhľadávanie 3D tlačiarní na Amazone prináša výsledky, ktoré vyzerajú navzájom prakticky na nerozoznanie. Je to nešťastný vedľajší produkt spotrebiteľských 3D tlačiarní založených na dizajne Prusa i3. Zjavne neexistuje lepší prístup k hromadnej výrobe lacných tlačiarní. Bohužiaľ, táto snaha o nákladovú efektívnosť prichádza na úkor rýchlosti.

Poďme sa rýchlo pozrieť na pohybový systém Prusa i3, aby sme pochopili, prečo je to tak.

Vaše priemerné spotrebiteľské 3D je lacné predovšetkým preto, že je nekomplikované. Táto jednoduchosť sa vzťahuje aj na ich pohybový systém. Os X napríklad obsahuje tlačovú hlavu, ktorá sa pohybuje pozdĺž hliníkovej extrúzie s drážkou V. Os Z zase posúva celú zostavu osi X hore a dole. Môže sa to zdať ako veľká váha, ale nie je to veľký problém, pretože 3D tlačiarne sa pohybujú pozdĺž osi Z zriedkavo a iba o zlomok milimetra naraz.

Nastavenie osi Y takýchto tlačiarní však rozhodne nie je optimálne. Táto úbohá os je poverená herkulovskou úlohou presunúť celú posteľ, ktorá je zhodou okolností najťažším komponentom v 3D tlačiarni. Ak chcete rýchlo tlačiť, v ideálnom prípade chcete, aby boli pohyblivé komponenty čo najľahšie. Rýchlo presunúť tlačovú hlavu s hmotnosťou 150 gramov pri zachovaní mikrometrovej presnosti je už zložité.

Teraz si predstavte, že by ste namiesto toho urobili to isté s posteľou s hmotnosťou 1,5 kg. Nie je prekvapením, že 3D tlačiarne využívajúce dizajn Prusa i3 sa z tohto dôvodu hovorovo nazývajú posteľné praky.

Čo sa stane, keď budete tlačiť rýchlo?

Zistili sme, prečo je vaša priemerná 3D tlačiareň pomalá. Čo keby sme však zakázali limity firmvéru na rýchlosť tlače a zrýchlenie, aby sme aj tak tlačili rýchlo? Náklady na príliš rýchly pohyb presahujú obrovské namáhanie krokových motorov a ich prehrievanie. Kvalita tlače je prvou obeťou v boji medzi slabým motorom a tvrdohlavou masou ťažkej postele. To sa prejavuje ako zvonenie alebo duchovia spôsobené nadmernými vibráciami spojenými s rýchlou tlačou.

V extrémnych prípadoch sa komponenty 3D tlačiarne môžu časom uvoľniť. Hoci je ľahké dotiahnuť skrutky, rýchla tlač na Prusa i3-style často vedie k nezvratnému opotrebovaniu pohybových komponentov. Najhoršie sú na tom lacné valce s V-drážkou používané v pohybovom systéme takýchto tlačiarní. Plastové kolieska bežiace po dráhach v tvare V na hliníkových výliskoch sa výrazne opotrebúvajú, keď sú vystavené vysokej rýchlosti tlače.

Typická 3D tlačiareň založená na dizajne Prusa i3 nedokáže tlačiť rýchlo so žiadnym stupňom kvality alebo dlhodobej spoľahlivosti. Ale čo tlačiarne založené na rôznych dizajnoch. Mali by existovať nejaké životaschopné alternatívy vhodné na rýchlu tlač, však?

Tlačiarne Delta: Lacné a rýchle, ale nepresné

3D tlačiarne Delta sú od základov navrhnuté tak, aby boli rýchle. Ich ľahká tlačová hlava je rýchlejšia a lepšie ovládateľná vďaka jej prirodzene nižšej hybnosti. Dizajn Delta navyše používa menej komponentov ako jeho náprotivok posteľného praku, vďaka čomu je jeho výroba ešte lacnejšia. Tlačiarne, ktoré sú lacné a zároveň rýchle znejú perfektne, ale prečo ich potom nevidíme dosť?

Tlačiarne založené na dizajne Delta robia veľa kompromisov v snahe o rýchlosť. Ich kompaktné a ľahké tlačové hlavy znemožňujú implementáciu extrudéra s priamym pohonom. Viac o tejto technológii sa dozviete v našom vedenie extrudéra s priamym pohonom. Medzitým toto obmedzenie extrudéra iba na Bowden spôsobuje, že tlačiarne Delta nie sú schopné manipulovať s flexibilnými vláknami, čo poškodzuje ich všestrannosť.

Ich najväčší kompromis však prichádza v podobe zníženej kvality tlače, najmä pri tlači veľkých modelov, ktoré sú rozložené horizontálne. Okrem toho kvalita tlače povrchu dosiahnutá zariadením Delta nie je porovnateľná s posteľnými prakmi. To je ešte umocnené kruhovým lôžkom, ktoré obmedzuje objem stavby, a ich všeobecným sklonom vynikať iba pri vysokých výtlačkoch.

Tieto obmedzenia sú dostatočne závažné na to, aby spotrebiteľský priemysel 3D tlače posunul tlačiarne Delta do výklenku napriek ich pôsobivej rýchlosti a nákladovej efektívnosti.

Tlačiarne CoreXY: Rýchlosť má cenu

Najrýchlejšie tlačiarne v okolí sú založené na kinematike CoreXY, ako je vysvetlené v našom článku sprievodca pre začiatočníkov k 3D tlačiarňam Voron. Ide o sofistikovaný pohybový systém, kde je lôžko z veľkej časti stacionárne, ale výrazne ľahšia tlačová hlava sa pohybuje bleskovou rýchlosťou. Na rozdiel od tlačiarní Delta si dizajn CoreXY zachováva kvalitu a zároveň umožňuje použitie extrudérov s priamym pohonom.

Jediným problémom je, že extrémna zložitosť a vysoké náklady spôsobujú, že tieto tlačiarne nie sú životaschopné pre spotrebiteľskú 3D tlač. Tlačiarne CoreXY ako také zostávajú obmedzené na špecializované open-source projekty zamerané na nadšencov 3D tlače. To nie je prekvapujúce vzhľadom na to, ako priemerná 3D tlačiareň CoreXY stojí niekde medzi 1 000 a 2 000 $ len na časti.

Výrobcovia spotrebných 3D tlačiarní stále neprišli na to, ako urobiť túto technológiu lacnou a dostatočne prístupnou pre bežných používateľov.

Rýchlosť je luxus, ktorý si 3D tlačiarne nemôžu dovoliť

Keď to zhrnieme, rýchla 3D tlač je drahá záležitosť. Môžete mať buď lacnú tlačiareň Delta, ktorá ide rýchlo za cenu kvality a objemu výroby, alebo môžete minúť majland za stroj CoreXY. Ani jeden z týchto extrémov nevyhovuje spotrebiteľom.

A to je dôvod, prečo je prakticky každá spotrebiteľská 3D tlačiareň založená na dizajne Prusa i3. Tieto tlačiarne môžu byť pomalé, no napriek tomu dosahujú dobrú rovnováhu medzi cenou, funkciami a výkonom. Rýchlosť je nešťastnou obeťou výroby 3D tlačiarní s príťažlivosťou pre masový trh.

5 menej známych nástrojov, ktoré uľahčujú údržbu 3D tlačiarne

Prečítajte si ďalej

O autorovi