Quels sont les différents types de systèmes de portique pour l'impression 3D ?

Avantages et inconvénients de vos solutions.

1. Tête cartésienne-XY

Un système de portique cartésien à tête XY est un type de système de contrôle de mouvement couramment utilisé dans les imprimantes 3D (et dans une grande variété d'autres catégories de machines à commande numérique). Cette approche de construction déplace la tête d'impression ou l'extrudeuse le long de l'axe X du portique et déplace l'axe Y en déplaçant l'ensemble du portique. Cela peut impliquer le déplacement d'une masse importante sur l'axe Y et peut entraîner un risque accru de vibrations de la machine, en particulier lors de manœuvres à forte accélération.

Dans un tel système à portique, le lit d'impression est fixe et la tête d'impression ou l'extrudeuse se déplace le long de deux axes perpendiculaires, généralement sur des arbres rectifiés avec des roulements linéaires à recirculation de billes. Les versions plus coûteuses utilisent souvent des rails en V avec des roulements à rouleaux rainurés en V à l'extérieur comme guides, ce qui réduit l'usure des roulements. L'axe X est généralement défini comme traversant la machine, tandis que l'axe Y est orienté vers l'arrière ou vers l'avant par rapport au dispositif. L'axe Z positionne la hauteur verticale de la tête d'impression ou de l'extrudeuse et est porté par le mouvement X du portique.

Les systèmes de portique cartésien-XY sont simples et faciles à construire et à utiliser. Ils offrent également une bonne précision et une bonne répétabilité, ce qui permet de positionner la tête d'impression avec une grande précision. Toutefois, ils présentent des limites en termes de vitesse et d'accélération et peuvent manquer de rigidité à certains égards.

2. Ultimaker-Style Croisé

Le système de portique croisé de type Ultimaker est une structure mécanique et un système de mouvement d'axe moins couramment utilisés dans l'impression 3D. Il comporte deux portiques parallèles qui positionnent la tête d'impression ou l'extrudeuse le long des axes X et Y. Les portiques sont reliés par une barre transversale destinée à stabiliser le mouvement de la tête d'impression. Les portiques sont reliés par une barre transversale destinée à stabiliser le mouvement le long des deux axes en partageant la rigidité. Le mouvement de l'axe Z est généralement porté par ces deux axes, plutôt que d'être délégué à un lit d'impression qui monte et descend.

Dans ce système, le lit d'impression est généralement fixe et stable. La tête d'impression ou l'extrudeuse se déplace le long des axes X et Y. Elle est entraînée par des moteurs pas-à-pas qui transmettent les signaux à la tête d'impression. Ils sont entraînés par des moteurs pas à pas qui transmettent le mouvement par l'intermédiaire de courroies dentées. Les deux portiques peuvent se déplacer simultanément. Cela permet d'obtenir une courbure régulière et un mouvement sans à-coups entre les opérations d'impression, les changements de direction soudains étant réduits au minimum. Cette approche offre également une bonne stabilité pendant l'impression, ce qui améliore la qualité des résultats imprimés.

Cette approche est plus complexe et nécessite plus d'efforts de configuration et d'étalonnage que les conceptions plus simples. Cela s'explique notamment par le fait que les courroies d'entraînement doivent être très bien alignées pour garantir un mouvement précis et reproductible. Certains utilisateurs signalent également qu'il est difficile d'accéder au lit d'impression pour effectuer des réglages pendant l'impression, car les deux portiques peuvent parfois bloquer l'accès pendant l'impression.

3. CoreXY

Un système de portique CoreXY est une structure utilisée dans la conception d'imprimantes 3D qui comporte des moteurs pas à pas stationnaires pour entraîner les axes X et Y. Cela réduit la masse en mouvement dans le portique pendant l'axe Y. Les moteurs pas à pas stationnaires sont utilisés dans les imprimantes 3D. Cela permet de réduire la masse en mouvement dans le portique lors des mouvements de l'axe Y, car l'entraînement de l'axe Y reste fixe. Cela permet une plus grande accélération et des mouvements plus précis de la tête d'impression, ce qui donne des résultats d'impression de meilleure qualité.

Le système CoreXY fonctionne à l'aide d'une série de poulies et de courroies de recirculation (en boucle) disposées de manière à ce que les courroies d'entraînement se croisent au cœur ou au centre du système. L'entraînement des courroies dentées déplace la tête d'impression dans les directions X et Y avec une inertie moindre.

Le déplacement d'une masse moindre permet d'alléger la structure du portique. Il y a moins de masse en mouvement pour résister aux moments d'accélération élevés. Cette approche est plus sensible à la tension des courroies et à l'état des glissières que d'autres systèmes et peut être complexe à mettre en place et à calibrer. La capacité d'accélération est considérée comme un avantage suffisant pour compenser les problèmes d'installation, c'est pourquoi ce système est apprécié par certains utilisateurs de la catégorie la plus avancée.

4. tête cartésienne-XZ de type i3

La tête cartésienne-XZ de type i3 est très largement utilisée dans la conception des imprimantes 3D. Dans cette approche, la plate-forme d'impression elle-même est soulevée et abaissée (mouvement sur l'axe Z), tandis que la tête d'impression est transportée séparément sur le portique pour les axes X et Y. L'extrudeuse est montée sur un support en acier inoxydable. L'extrudeuse est montée sur un chariot qui se déplace le long des axes X et Y sur des arbres rectifiés avec précision, en utilisant des douilles à recirculation de billes. Sur les machines plus grandes et plus coûteuses, les rails peuvent être en forme de V, avec des roulements à rouleaux circulant sur ces rails.

Cette conception est simple et facile à construire, ce qui en fait un choix populaire pour les imprimantes 3D amateurs. Elle permet d'obtenir une bonne exactitude et une bonne précision dans les petites machines, mais elle nécessite généralement une modération de l'accélération et des changements de direction en raison d'une rigidité relativement faible et d'une inertie élevée.

Le principal inconvénient de cette conception est qu'il peut être très difficile de maintenir un lit plat et d'obtenir des épaisseurs de couche constantes. La faible rigidité, comparée à d'autres modèles d'imprimantes 3D plus coûteux, peut avoir des effets très importants à des vitesses/accélérations d'axe plus élevées.

5. H-Bot

Le H-bot est un système de portique utilisé dans certaines imprimantes 3D. Il utilise des courroies et des rails linéaires dans une disposition qui, comme pour le système CoreXY, comporte des moteurs fixes pour les axes X et Y. Les deux courroies pour les axes X et Y forment un "H".

Les deux courroies pour les axes X et Y forment un "H" Une courroie est attachée à la tête d'impression et se déplace le long de l'axe Y. L'autre courroie est attachée à l'autre tête d'impression. L'autre courroie est fixée à l'autre extrémité du portique et se déplace le long de l'axe X. La tête d'impression est portée par un entraînement Z qui se déplace le long des deux rails de l'axe principal.

La configuration du robot H peut être plus stable et plus rigide que d'autres conceptions d'imprimantes 3D, ce qui permet d'obtenir des résultats d'impression de meilleure qualité. Les moteurs stationnaires réduisent l'inertie du système, ce qui permet des accélérations plus importantes et nécessite moins de rigidité pour une bonne stabilité.

La conception du robot H est compliquée à mettre en place et difficile à calibrer, et on dit qu'elle nécessite plus d'entretien. Le moindre jeu dans les courroies perturbe considérablement la précision X-Y, ce qui pose un problème particulier en matière de maintenance, car les courroies peuvent s'étirer. Cependant, lorsqu'il est bien entretenu, le H-bot est un système de portique efficace, capable de fournir une qualité et une vitesse élevées.