Как мы выбирали 3D принтер: кинематическая схема

В начале 2013 года в нашей фирме, которая работает на рынке уже более 20 лет, появилась мысль открыть новое направление — 3D печать. Первый вопрос — как выбрать принтер? На какой конструкции остановиться? Стали изучать 'проблему'...

Существует множество технологий 3D печати. Мы не будем подробно на них останавливаться — это тема отдельной статьи. Кому интересно можно прочитать здесь. Для решения наших задач требовалась технология, позволяющая печатать как модели-прототипы, так и конечные готовые изделия по «разумной» цене. Проведенный анализ показал, что для начала освоения нового направления лучше всего подходит технология FDM.

FDM (fused deposition modeling) — послойное нанесение через сопло расплава термопластичного материала (пластика) в виде тонкой нити. На сегодняшний день это одна из самых распространенных технологий для небольших производств, учебных заведений, дизайн-студий и т.п. Для этой технологии производится огромное число принтеров с оригинальной конструкцией, а также множество 'клонов' известных брэндов. Сводную таблицу можно посмотреть здесь. Как сделать выбор при столь широком ассортименте? К сожалению, у нас не было возможности получить и протестировать все принтеры, а потом уже выбирать. Поэтому мы прочитали множество обзоров, отзывов и пересмотрели кучу тестов, сделанных на различных принтерах. Некоторые принтеры нам удалось посмотреть 'вживую'. Руководствуясь общими представлениями и субъективными предпочтениями мы стали постепенно сокращать список. Мы не претендуем на истину в последней инстанции, а просто делимся нашим опытом.

На первом этапе мы выбирали кинематическую схему. Их четыре:

1. Головка движется по оси X, платформа движется по осям Y и Z

2. Головка движется по осям X и Z, платформа движется по оси Y

3. Головка движется по осям X и Y, платформа по оси Z

4. Головка перемещается по схеме дельта-робота, платформа неподвижна.Все схемы имеют свои достоинства и недостатки. Первые две схемы мы исключили из рассмотения, т.к. по нашему мнению движение платформы с моделью по оси Y приведет к значительным ограничениям по скорости печати. Особенно для узких и высоких моделей повышается риск падения модели с платформы. Очень интересной показалась 4-я схема на основе дельта-робота. Но у нас не было уверенности, что с течением времени большое количество достаточно сложных шарнирных соединений обеспечат стабильную точность позиционирования головки. Наиболее оптимальной и перспективной нам показалась 3-я схема, в которой головка движется по осям X и Y, модель расположена на квазистационарной платформе, которая слой за слоем опускается по оси Z.

На начало 2013 года самыми распространенными принтерами с такой кинематической схемой построения были Makerbot Replicator (США) и Ultimaker (Голландия). Эти принтеры на тестах показывали хорошее и стабильное качество печати при высокой скорости.

Вторым важным моментом, который мы учитывали является «заднеприводная» схема подачи пластиковой нити. В такой конструкции двигатель экструдера расположен сзади на корпусе принтера, а не на движущейся головке. Это позволяет иметь легкую головку и, следовательно, способствует более высокой точности позиционирования и максимальной скорости перемещения головки в силу меньшей ее инерционности.

Учитывая небольшое преимущество в скорости печати и открытость программного обеспечения и всего проекта в целом, мы остановились на принтерах Ultimaker.

Потенциал, заложенный в кинематической схеме, уже реализовался в новой модели принтера — Ultimaker2. Новый принтер имеет еще большую точность позиционирования по осям X и Y (12 мкм вместо 20 мкм в первой модели) и вдвое большую максимальную скорость перемещения головки — 300 мм/сек.

Опыт эксплуатации этих принтеров в течение двух лет подтвердил правильность нашего выбора.