Жесткость корпуса 3D-принтера CoreXY

В предыдущей статье я рассказывал о нагрузках на корпус 3D-принтера при его работе. Статья была посвящена нагрузкам для кинематик CoreXY и H-Bot. В ней я обещал, что далее будут опубликованы расчеты жесткости корпусов на основе этих нагрузок. Но появилась пара «но».

В комментариях к предыдущей статье пользователь jmz указал на некорректное определение нагрузок для одной из схем кинематики H-Bot. Я согласен с его замечанием, но до сегодняшнего дня до конца не разобрался как именно будет реализовываться именно такое распределение нагрузок. Поэтому эта статья будет посвящена расчетам жесткости корпусов только для кинематики CoreXY. Тем более, что с учетом пожеланий пользователей отсюда и отсюда, добавилась пара новых корпусов, которых не было в предыдущей статье, посвященной расчетам жесткости, а также были изменены уже посчитанные корпуса. Расчеты для H-Bot будут, но позже.

В сегодняшней статье будут рассмотрены следующие корпуса: 

- Корпус из листовой стали толщиной 2 мм. В предыдущий раз он был сделан из 3 мм стали и я имел неосторожность назвать его корпусом принтера Ultimaker 2. Поэтому сейчас исправляюсь и уточняю, что за аналог взят корпус Ultimaker 2 и из него сделан стальной с толщиной стенки 2 мм. Толщина изменена также по замечаниям читателей.

- Корпус из конструкционного профиля 20х20:

- Корпус из конструкционного профиля 20х20 с Г-соединителями размером 60х60 мм:

- Корпус из конструкционного профиля 20х20 с диагоналями:

- Корпус из конструкционного профиля 20х20 с вертикальными стойками из профиля 20х40:

- Корпус принтера Creality Ender 4:

Итого получается двенадцать расчетов - шесть корпусов, для каждого по две расчетные схемы. Первая схема – движение печатающей головы по оси X. Вторая схема – движение печатающей головы по оси Y. Сами схемы рассмотрены тут.

Все корпуса, кроме первого и последнего, имеют внешний габарит 300х300х300 мм. Первый и последний соответствуют габаритам корпусов принтеров Ultimaker 2 (330х340х370) и Ender 4 (440х410х465). 

Итак, поехали. Посмотрим на величины и распределение перемещений для корпуса из стального листа 2 мм. 

движение печатающей головы по оси X

движение печатающей головы по оси Y

Максимальные перемещения не превышают 0,04 мм, что очень даже хорошо. Далее корпус из конструкционного профиля 20х20:

движение печатающей головы по оси X

движение печатающей головы по оси Y

Здесь максимальные перемещения достигают почти 0,4 мм. Получается десятикратная разница в жесткости в сравнении с вариантом из листовой стали. Попробуем усилить корпус Г-соединителями размером 60х60 мм:

движение печатающей головы по оси X

движение печатающей головы по оси Y

Максимальные перемещения снизились примерно в два раза – 0,2 мм. Определенный смысл в добавлении Г-соединителей есть. Далее рассмотрим вариант усиления диагоналями:

движение печатающей головы по оси X

движение печатающей головы по оси Y

Очевидно, что не хватает диагонали на передней стенке. Это мы наблюдали и в прошлый раз. Максимальные перемещения при движении головы по оси X составили 0,2 мм, а вот при движении головы по оси Y перемещения составили всего 0,02.

Далее рассмотрим вариант усиления корпуса профилями 20х40. С учетом того, что максимальные перемещения, как правило, реализуются при движении головы по оси X, профили 20х40 я сориентировал широкой стороной вдоль оси X: 

движение печатающей головы по оси X

движение печатающей головы по оси Y

Видно, что при движении по оси X профили помогли – перемещения составили 0,2 мм, а вот для оси Y снижение перемещений в сравнении с профилями 20х20 не такое существенное.

И последним у нас идет корпус 3D-принтера Ender 4:

движение печатающей головы по оси X

движение печатающей головы по оси Y

Большие габариты дают о себе знать. Максимальные перемещения превысили 1 мм. Владельцы этого принтера, если Вы читаете это, напишите в комментариях, на сколько такие величины близки к реальности.

В завершении привожу сводную гистограмму перемещений в миллиметрах со всеми результатами: 

Думаю, каждый для себя сделает выводы из полученных данных. От себя только добавлю, что выводы из предыдущей статьи можно полностью перенести и сюда.

На этом пока все.