Защо 3D принтерите са толкова бавни?

3D печатът стана евтин и надежден през годините. Подходящи за начинаещи материали като PLA и PETG направиха домашното производство по-достъпно от преди. За съжаление, действителният процес на 3D печат остава ужасно бавен, в много случаи изисква отпечатване за няколко дни.

Защо 3D принтерите все още работят с ледникови темпове, след като са достъпни за потребителите повече от десетилетие?

Отговорът се крие в инженерните и производствените предизвикателства, които стоят зад превръщането на 3D принтирането в търговски условия. Нека да разгледаме тези предизвикателства и една обещаваща технология, която може да направи 3D печата по-бърз за всички.

Прашките на легло не обичат да се движат бързо

Първата улика се крие в самия външен вид на типичен потребителски 3D принтер. Търсенето на Amazon за 3D принтери дава резултати, които изглеждат почти неразличими един от друг. Това е жалък страничен продукт на потребителските 3D принтери, базирани на дизайна на Prusa i3. Очевидно няма по-добър подход за масово производство на евтини принтери. За съжаление, този стремеж към разходна ефективност идва с цената на скоростта.

Нека да разгледаме бързо системата за движение Prusa i3, за да разберем защо е така.

Вашият среден потребителски клас 3D е евтин преди всичко, защото е неусложнен. Тази простота се простира и до тяхната система за движение. Оста X, например, включва печатащата глава, движеща се по дължината на алуминиевата екструзия с V-образен слот. Z-оста от своя страна движи целия модул на оста X нагоре и надолу. Това може да изглежда като голяма тежест, но не е сериозна грижа, защото 3D принтерите се движат по оста Z рядко и само част от милиметъра наведнъж.

Въпреки това, настройката на оста Y на такива принтери определено е неоптимална. Тази лоша ос е натоварена с херкулесовата задача да премести цялото легло, което също се оказва най-тежкият компонент в 3D принтер. За да печатате бързо, в идеалния случай искате движещите се компоненти да са възможно най-леки. Вече е трудно бързото преместване на печатаща глава с тегло 150 грама, като същевременно се поддържа микрометрова точност.

Сега си представете да правите същото с легло от 1,5 кг вместо това. Не е изненадващо, че 3D принтерите, използващи дизайна на Prusa i3, се наричат ​​разговорно слингери по тази причина.

Какво се случва, когато все пак печатате бързо?

Разбрахме защо средният ви 3D принтер е бавен. Но какво ще стане, ако все пак деактивираме ограниченията на фърмуера за скорост и ускорение на печат, за да печатаме бързо? Цената на твърде бързото движение надхвърля огромното натоварване на стъпковите двигатели и причиняването им да прегряват. Качеството на печат е първата жертва в борбата между слаб мотор и упорита маса на тежко легло. Това се проявява като звънене или ореол, причинено от прекомерна вибрация, свързана с бързото печатане.

В екстремни случаи компонентите на 3D принтера могат да се разхлабят с течение на времето. Въпреки че е лесно да се затягат отново винтовете, бързото печатане на Prusa i3 в стил често води до необратимо износване на компонентите за движение. Най-тежко засегнати са евтините V-образни ролки, използвани в системата за движение на такива принтери. Пластмасовите колела, движещи се по V-образни коловози върху алуминиеви екструзии, се износват значително, когато са подложени на високи скорости на печат.

Типичният 3D принтер, базиран на дизайна Prusa i3, не може да печата бързо с никаква степен на качество или дългосрочна надеждност. Но какво да кажем за принтери, базирани на различни дизайни. Трябва да има някои жизнеспособни алтернативи, подходящи за бърз печат, нали?

Delta принтери: Евтини и бързи, но неточни

3D принтерите Delta са проектирани от самото начало, за да бъдат бързи. Тяхната лека печатаща глава е по-бърза и по-контролируема поради присъщо по-ниската си инерция. Освен това, дизайнът на Delta използва по-малко компоненти от неговия аналог на леглото, което го прави още по-евтин за производство. Принтерите, които са евтини, както и бързо звучат перфектно, но защо тогава не виждаме достатъчно от тях?

Принтерите, базирани на дизайна на Delta, правят много компромиси в стремежа си към скорост. Техните компактни и леки печатащи глави правят невъзможно внедряването на екструдер с директно задвижване. Научете повече за тази технология в нашата водач на екструдера с директно задвижване. Междувременно това ограничение на екструдера само за Боудън прави принтерите Delta неспособни да боравят с гъвкави нишки, което вреди на тяхната гъвкавост.

Най-големият им компромис обаче идва под формата на намалено качество на печат, особено при отпечатване на големи модели, които са разположени хоризонтално. Освен това качеството на печат на повърхността, постигнато от Delta, не е сравнимо с това на леглото. Това се влошава допълнително от кръглото легло, което ограничава обема на изграждане, и общата им склонност да се отличават само при високи щампи.

Тези ограничения са достатъчно сериозни за индустрията на потребителския 3D печат, за да измести принтерите Delta в ниша, въпреки впечатляващата им скорост и рентабилност.

Принтери CoreXY: Скоростта си има цена

Най-бързите принтери наоколо са базирани на кинематиката на CoreXY, както е обяснено в нашия ръководство за начинаещи за 3D принтери Voron. Това е сложна система за движение, при която леглото е до голяма степен неподвижно, но значително по-леката печатаща глава се движи със светкавична скорост. За разлика от принтерите Delta, дизайнът на CoreXY поддържа качество, като същевременно позволява използването на екструдери с директно задвижване.

Единственият проблем е, че изключителната сложност и високите разходи правят тези принтери нежизнеспособни за потребителски 3D печат. Като такива, CoreXY принтерите остават ограничени до нишови проекти с отворен код, насочени към ентусиастите на 3D печат. Това не е изненадващо, като се има предвид как средният CoreXY 3D принтер струва някъде между $1000 и $2000 само на части.

Потребителските производители на 3D принтери все още не са измислили как да направят тази технология евтина и достатъчно достъпна за масовите потребители.

Скоростта е луксозните 3D принтери, които не могат да си позволят

За да обобщим това, бързият 3D печат е скъпа работа. Можете или да имате евтин принтер Delta, който работи бързо с цената на качество и обем на изграждане, или можете да похарчите цяло състояние за машина CoreXY. Нито една от тези крайности не се харесва на потребителите.

И затова почти всеки потребителски 3D принтер е базиран на дизайна Prusa i3. Тези принтери може да са бавни, но въпреки това постигат добър баланс между цена, характеристики и производителност. Скоростта е нещастна жертва на производството на 3D принтери с масов пазар.

5 по-малко известни инструмента, които правят поддръжката на 3D принтера по-лесна

Прочетете Следващото

За автора