Welche verschiedenen Arten von Gantry-Systemen für den 3D-Druck gibt es?

Vorteile und Nachteile für Ihre Lösungen.

1. Kartesisch-XY-Kopf

Ein kartesisches XY-Kopf-Portalsystem ist eine Art von Bewegungssteuerungssystem, das häufig in 3D-Druckern (und einer Vielzahl anderer Klassen von CNC-Maschinen) verwendet wird. Bei diesem Konstruktionsansatz wird der Druckkopf oder der Extruder entlang der X-Achse des Portals bewegt und die Y-Achse wird durch die Bewegung des gesamten Portals bewegt. Dies kann dazu führen, dass eine große Masse auf der Y-Achse bewegt wird, was das Risiko von Maschinenvibrationen erhöht, insbesondere bei hohen Beschleunigungsmanövern.

Bei einem solchen Portalsystem ist das Druckbett fixiert und der Druckkopf oder der Extruder bewegt sich entlang zweier senkrecht zueinander stehender Achsen, die in der Regel auf geschliffenen Wellen mit Kugelumlauf-Linearlagern laufen. Höherpreisige Versionen verwenden oft V-Schienen mit außenliegenden V-Rillen-Rollenlagern als Führungen, was zu einem geringeren Lagerverschleiß führt. Die X-Achse ist in der Regel quer zur Maschine definiert, während die Y-Achse relativ zum Gerät nach hinten/vorne ausgerichtet ist. Die Z-Achse positioniert die vertikale Höhe des Druckkopfs oder Extruders und wird von der X-Bewegung des Portals getragen.

Kartesisch-XY-Gantry-Systeme sind einfach und leicht zu konstruieren und zu bedienen. Sie bieten außerdem eine gute Präzision und Wiederholbarkeit und ermöglichen eine hochpräzise Positionierung des Druckkopfs. Sie haben jedoch Einschränkungen in Bezug auf Geschwindigkeit und Beschleunigung und können in mancher Hinsicht nicht sehr steif sein.

2. Ultimaker-Stil gekreuzt

Das Ultimaker-Kreuzportal ist ein mechanischer Aufbau und ein Achsenbewegungssystem, das im 3D-Druck weniger häufig verwendet wird. Es besteht aus zwei parallelen Portalen, die den Druckkopf oder Extruder entlang der X- und Y-Achse positionieren. Die Portale sind durch eine Querstange verbunden, die die Bewegung entlang beider Achsen durch gemeinsame Steifigkeit stabilisieren soll. Die Bewegung der Z-Achse wird in der Regel auf diesen beiden Achsen ausgeführt und nicht auf ein sich hebendes und senkendes Druckbett übertragen.

Bei diesem System ist das Druckbett in der Regel fest und stabil. Der Druckkopf oder Extruder bewegt sich entlang der X- und Y-Achse. Sie werden von Schrittmotoren angetrieben, die die Bewegung über Zahnriemen übertragen. Die beiden Portale können sich gleichzeitig bewegen. Dies ermöglicht eine gleichmäßige Krümmung und eine ruckfreie Bewegung zwischen den Druckvorgängen, da plötzliche Richtungsänderungen auf ein Minimum reduziert werden. Der Ansatz bietet auch eine gute Stabilität während des Drucks, was sich positiv auf die Qualität des Druckergebnisses auswirkt.

Dieser Konstruktionsansatz ist komplexer und erfordert mehr Aufwand bei der Einrichtung und Kalibrierung als einfachere Konstruktionen. Dies ist insbesondere auf die Riemenantriebe zurückzuführen, die eine sehr gute Ausrichtung erfordern, um eine genaue und wiederholbare Bewegung zu gewährleisten. Einige Benutzer berichten auch von Schwierigkeiten beim Zugang zum Druckbett, um Einstellungen während des Drucks vorzunehmen, da die beiden Portale den Zugang während des Drucks zeitweise blockieren können.

3. CoreXY

Ein CoreXY-Gantry-System ist eine Struktur, die bei der Konstruktion von 3D-Druckern verwendet wird und stationäre Schrittmotoren für den Antrieb der X- und Y-Achsen hat. Dadurch wird die bewegte Masse in der Gantry während der Bewegungen der Y-Achse reduziert, da der Antrieb der Y-Achse an Ort und Stelle bleibt. Dies ermöglicht eine höhere Beschleunigung und präzisere Bewegungen des Druckkopfs, was zu qualitativ hochwertigeren Druckergebnissen führt.

Das CoreXY-System arbeitet mit einer Reihe von Riemenscheiben und umlaufenden Riemen, die so angeordnet sind, dass sich die Antriebsriemen im Kern oder in der Mitte des Systems überschneiden. Durch den Antrieb der Zahnriemen wird der Druckkopf sowohl in X- als auch in Y-Richtung mit geringerer Trägheit bewegt.

Dadurch, dass weniger Masse bewegt wird, kann die Gantry-Struktur leichter gebaut werden. Es gibt weniger bewegte Masse, die bei hohen Beschleunigungsmomenten Widerstand leisten muss. Dieser Ansatz reagiert empfindlicher auf die Riemenspannung und den Zustand des Schlittens als andere Systeme und kann kompliziert einzurichten und zu kalibrieren sein. Die Beschleunigungskapazität wird als ausreichender Vorteil angesehen, um die Probleme bei der Einrichtung aufzuwiegen, weshalb dieses System bei einigen Benutzern der fortgeschritteneren Kategorie beliebt ist.

4. i3-Stil kartesischer XZ-Kopf

Der kartesische XZ-Kopf im i3-Stil ist in der Konstruktion von 3D-Druckern sehr weit verbreitet. Bei diesem Ansatz wird die Druckplattform selbst angehoben und abgesenkt (Z-Achsen-Bewegung), während der Druckkopf separat auf dem Portal für die X- und Y-Achsen transportiert wird. Der Extruder ist auf einem Schlitten montiert, der sich entlang der X- und Y-Achsen auf präzisionsgeschliffenen Wellen mit Kugelumlaufbuchsen bewegt. Bei größeren und teureren Maschinen können die Schienen V-förmig sein, wobei Rollenlager auf diesen Schienen laufen.

Dieses Design ist einfach und leicht zu konstruieren und daher eine beliebte Wahl für Heim-/Hobby-3D-Drucker. Sie bietet eine gute Genauigkeit und Präzision in kleineren Maschinen, erfordert jedoch aufgrund der relativ geringen Steifigkeit und der hohen Trägheit eine mäßige Beschleunigung und Richtungsänderung.

Der Hauptnachteil dieser Konstruktion ist, dass es sehr schwierig sein kann, ein ebenes Bett zu erhalten und gleichmäßige Schichtdicken zu erzielen. Die geringe Steifigkeit im Vergleich zu anderen, teureren 3D-Drucker-Konstruktionen kann sich bei höheren Achsgeschwindigkeiten/Beschleunigungen sehr stark auswirken.

5. H-Bot

Der H-Bot ist ein Gantry-System, das in einigen 3D-Druckern eingesetzt wird. Es verwendet Riemenantriebe und Linearschienen in einem Layout, das ähnlich wie das CoreXY-System über stationäre Motoren zum Antrieb der X- und Y-Achsen verfügt.

Die beiden Riemen für X und Y bilden die Form eines "H" Ein Riemen ist am Druckkopf befestigt und bewegt sich entlang der Y-Achse. Der andere Riemen ist am anderen Ende des Portals befestigt und bewegt sich entlang der X-Achse. Der Druckkopf wird von einem Z-Antrieb getragen, der sich entlang der beiden Hauptachsenschienen bewegt.

Das H-Bot-Layout kann stabiler und steifer sein als andere 3D-Drucker, was zu qualitativ hochwertigeren Druckergebnissen führt. Die stationären Motoren verringern die Trägheit des Systems, ermöglichen höhere Beschleunigungen und erfordern weniger Steifigkeit für eine gute Stabilität.

Das H-Bot-Design ist kompliziert einzurichten und schwer zu kalibrieren, und es wird berichtet, dass es mehr Wartung erfordert. Jeder noch so kleine Spielraum in den Riemen beeinträchtigt die X-Y-Präzision erheblich, was bei der Wartung ein besonderes Problem darstellt, da sich die Riemen dehnen können. Bei guter Wartung ist der H-Bot jedoch ein effektives Portalsystem, das hohe Qualität und hohe Geschwindigkeit liefern kann.