Почему 3D-принтеры такие медленные?

С годами 3D-печать стала дешевой и надежной. Удобные для начинающих материалы, такие как PLA и PETG, сделали домашнее производство более доступным, чем раньше. К сожалению, реальный процесс 3D-печати остается мучительно медленным, во многих случаях требуется несколько дней печати.

Почему 3D-принтеры до сих пор работают очень медленно, хотя они доступны потребителям уже более десяти лет?

Ответ кроется в инженерных и производственных задачах, которые стоят за обеспечением коммерческой жизнеспособности 3D-печати. Давайте рассмотрим эти проблемы и многообещающую технологию, которая может ускорить 3D-печать для всех.

Слингеры не любят быстро двигаться

Первая подсказка кроется во внешнем виде типичного потребительского 3D-принтера. Поиск 3D-принтеров на Amazon дает результаты, которые выглядят практически неотличимыми друг от друга. Это неудачный побочный продукт потребительских 3D-принтеров, основанных на дизайне Prusa i3. По-видимому, нет лучшего подхода к массовому производству дешевых принтеров. К сожалению, эта погоня за экономической эффективностью достигается за счет скорости.

Давайте кратко рассмотрим систему движения Prusa i3, чтобы понять, почему это так.

Обычное 3D-видео потребительского уровня дешево прежде всего потому, что оно несложное. Эта простота распространяется и на их систему движения. Ось X, например, представляет собой печатающую головку, перемещающуюся по длине алюминиевого профиля с V-образными пазами. Ось Z, в свою очередь, перемещает всю сборку оси X вверх и вниз. Это может показаться большим весом, но это не является серьезной проблемой, потому что 3D-принтеры перемещаются по оси Z нечасто и только на долю миллиметра за раз.

Однако установка оси Y таких принтеров определенно неоптимальна. На эту бедную ось возложена геркулесова задача по перемещению всей кровати, которая также является самым тяжелым компонентом в 3D-принтере. Для быстрой печати желательно, чтобы движущиеся компоненты были как можно легче. Быстро сдвинуть печатающую головку весом 150 грамм, сохранив микрометровую точность, уже сложно.

Теперь представьте, что вы делаете то же самое с кроватью весом 1,5 кг. Неудивительно, что 3D-принтеры, использующие дизайн Prusa i3, по этой причине в просторечии называют кроватными стропами.

Что происходит, когда вы печатаете быстро?

Мы выяснили, почему ваш средний 3D-принтер работает медленно. Но что, если бы мы отключили ограничения встроенного ПО на скорость печати и ускорение, чтобы печатать быстро? Цена слишком быстрого движения не ограничивается огромной нагрузкой на шаговые двигатели и их перегревом. Качество печати – первая жертва в борьбе слабого мотора и неподатливой массы тяжелой кровати. Это проявляется в виде звона или ореолов, вызванных чрезмерной вибрацией, связанной с быстрой печатью.

В крайних случаях компоненты 3D-принтера со временем могут расшататься. Хотя подтянуть винты легко, быстрая печать на Prusa i3 часто приводит к необратимому износу компонентов движения. Больше всего пострадали дешевые ролики с V-образными пазами, используемые в системе движения таких принтеров. Пластиковые колеса, движущиеся по V-образным направляющим на алюминиевых профилях, значительно изнашиваются при высокой скорости печати.

Типичный 3D-принтер, основанный на конструкции Prusa i3, не может печатать быстро с каким-либо уровнем качества или долгосрочной надежности. А как быть с принтерами на основе разных конструкций. Должны быть какие-то жизнеспособные альтернативы, подходящие для быстрой печати, верно?

Дельта-принтеры: дешево и быстро, но неточно

3D-принтеры Delta изначально разрабатывались с расчетом на высокую скорость. Их легкая печатающая головка работает быстрее и лучше контролируется благодаря меньшему импульсу. Более того, в конструкции Delta используется меньше компонентов, чем в ее аналоге с опорой для кровати, что делает ее еще дешевле в производстве. Принтеры, которые дешевы, а также быстры, звучат идеально, но тогда почему мы не видим их в достаточном количестве?

Принтеры, основанные на дизайне Delta, идут на компромисс в погоне за скоростью. Их компактные и легкие печатающие головки делают невозможным использование экструдера с прямым приводом. Узнайте больше об этой технологии в нашем направляющая экструдера с прямым приводом. Между тем, это ограничение экструдера Боудена делает принтеры Delta неспособными работать с гибкими нитями, что снижает их универсальность.

Однако их самый большой компромисс заключается в снижении качества печати, особенно при печати больших моделей, разбросанных по горизонтали. Кроме того, качество печати поверхности, достигаемое Delta, не сравнимо с постельными петлями. Это еще больше усугубляется круглой платформой, которая ограничивает объем сборки, и их общей склонностью преуспевать только в высоких отпечатках.

Эти ограничения настолько серьезны, что индустрия потребительской 3D-печати вытеснила принтеры Delta в нишу, несмотря на их впечатляющую скорость и экономичность.

Принтеры CoreXY: скорость имеет свою цену

Самые быстрые принтеры основаны на кинематике CoreXY, как объясняется в нашей статье. руководство для начинающих по 3D-принтерам Voron. Это сложная система движения, в которой платформа в основном неподвижна, а значительно более легкая печатающая головка перемещается с молниеносной скоростью. В отличие от принтеров Delta, конструкция CoreXY сохраняет качество, позволяя использовать экструдеры с прямым приводом.

Единственная проблема заключается в том, что чрезвычайная сложность и высокая стоимость делают эти принтеры непригодными для потребительской 3D-печати. Таким образом, принтеры CoreXY по-прежнему ограничены нишевыми проектами с открытым исходным кодом, предназначенными для энтузиастов 3D-печати. Это неудивительно, учитывая, что средний 3D-принтер CoreXY стоит где-то от 1000 до 2000 долларов только по частям.

Производители потребительских 3D-принтеров до сих пор не придумали, как сделать эту технологию дешевой и достаточно доступной для обычных пользователей.

Скорость — это роскошь, которую 3D-принтеры не могут себе позволить

Подводя итог, можно сказать, что быстрая 3D-печать — дело дорогое. У вас может быть либо дешевый принтер Delta, который работает быстро за счет качества и объема сборки, либо вы можете потратить целое состояние на машину CoreXY. Ни одна из этих крайностей не устраивает потребителей.

И именно поэтому практически каждый потребительский 3D-принтер основан на дизайне Prusa i3. Эти принтеры могут быть медленными, но они, тем не менее, обеспечивают хороший баланс между ценой, функциями и производительностью. Скорость — это несчастная жертва производства 3D-принтеров, пользующихся спросом на массовом рынке.

5 малоизвестных инструментов, облегчающих обслуживание 3D-принтеров

Читать дальше

Об авторе