در دستگاه های سی ان سی و یا پرینتر سه بعدی، مدل به صورت سه بعدی ساخته می شود که از بی شمار نقطه در فضای سه بعدی تشکیل شده است. همانطور که اطلاع دارید هر نقطه ای در فضا دارای مختصات خاص خود است که معمولاً به آن x، y و z گفته می شود.
به عبارت دیگر، هر کدام از اینها اشاره به موقعیت آن نقطه در راستای آن محور دارد به طوریکه آن محور عمود بر صفحه فرضی ایجاد شده توسط دو محور دیگر است. در سیستم های تک محوره، این موقعیت بیان کننده جایگاه نقطه بر روی یک خط است و در سیستمهای سه محوره بیان کننده موقعیت یک نقطه و یا شیء در فضا است.
سیستم حرکتی پرینتر سه بعدی
محورهای مختصات پرینتر سه بعدی
به همین دلیل است که دستگاه های پرینتر سه بعدی نیازمند سه محور هستند تا بتوانند یک مدل سه بعدی را پرینت نمایند. تولید کنندگان پرینتر سه بعدی از سیستمهای حرکتی مختلفی جهت جابجا نمودن اکسترودر و یا هات اند استفاده می کنند تا بتوانند فیلامنت ذوب شده را در نقاط خاص تزریق نموده و مدل سه بعدی را بسازند.
جابجایی محورهای حرکتی و یا نوع سیستم حرکتی پرینتر سه بعدی تاثیر بسیار زیادی بر پرینت سه بعدی و یا به عبارت دیگر کیفیت سطح پرینت و همچنین سرعت پرینتر سه بعدی دارد. در پرینترهای سه بعدی، مدل سه بعدی به صورت لایه به لایه پرینت می گردد و به همین دلیل دو محور x و y موقعیت نقاط هر لایه پرینت را مشخص می کند و محور z تعیین کننده ضخامت لایه های پرینت است. البته لازم به ذکر است که نقاط هر لایه و ضخامت لایه های پرینت توسط اسلایسر پرینتر سه بعدی تعیین و ایجاد می شود.
در این مقاله به بررسی انواع سیستم های حرکتی که در پرینترهای سه بعدی با تکنولوژی FDM استفاده می شود پرداخته شده است. متداول ترین سیستم های حرکتی در پرینترهای سه بعدی عبارتند از:
سیستم حرکتی کارتزینی
سیستم حرکتی CoreXY
سیستم حرکتی دلتا (Delta)
سیستم حرکتی پولار (Polar)
سیستم حرکتی اسکارا (Scara)
سیستم حرکتی کارتزینی
سیستم حرکتی کارتزینی کیکی از پر کاربردترین و معروف ترین سیستم حرکتی مورد استفاده در دستگاه های سی ان سی (CNC) و دستگاه های پرینتر سه بعدی است. در این سیستم حرکتی هات اند و یا اکسترودر دستگاه با استفاده از سه محور حرکت خطی جداگانه به حرکت در می آید و معمولاً از یک عدد موتور و یا استپر موتور در هر محور جهت جابجا نمودن ان محور استفاده می شود.
به عبارت دیگر، جهت حرکت در راستای محور طولی و یا محور x، استپر موتور مربوط به محور طولی شروع به کار کرده و آن را به حرکت در می آورد. در این سیستم حرکتی، محورها به همدیگر کوپل نمی باشند و مستقل کار می کنند و حرکت هر کدام از آنها تاثیری بر حرکت و یا عملکرد سایر محورها ندارد.
سیستم حرکتی پرینتر سه بعدی
سیستم حرکتی کارتزینی
پرینترهای سه بعدی که با سیستم کارتزینی طراحی و ساخته شده اند، داراری صفحه ساخت های مربعی و یا مستطیلی هستند و این سیستم حرکتی به دلیل سادگی آن از محبوبیت بسیار بالایی برخوردار است. به دلیل مستقل بودن محورها از همدیگر در این سیستم حرکتی، معمولاً تجهیزات حرکتی باعث سنگین شدن محورهای حرکتی می شوند و همین موضوع در برخی موارد باعث بوجود آمدن مشکلاتی در طول بازه کارکرد سیستم می گردد.
همچنین به دلیل سنگین بودن احتمالی برخی از سیستم ها، تغییر سرعت و یا جهت حرکت در این سیستمها باعث بوجود آمدن ارتعاشات در دستگاه و در نتیجه افت کیفیت پرینت سه بعدی می شود. لذا تنظیم پارامترهایی مانند سرعت و شتاب و جرک (Jerk) در این سیستم ها از اهمیت بسیار بالایی برخوردار است و در صورت عدم تنظیم دقیق آنها، احتمال افت کیفیت پرینت سه بعدی و عدم تزریق دقیق مواد در نقاط تعریف شده وجود خواهد داشت.
سیستم حرکتی CoreXY
سیستم حرکتی CoreXY یکی دیگر از سیستمهای حرکتی است که در دستگاه های CNC و پرینترهای سه بعدی مورد استفاده قرار میگیرد. این سیستم حرکتی بسیار به سیستم حرکتی کارتزینی شبیه است ولی از مکانیزم حرکتی خاصی جهت جابجا نمودن محورها استفاده می کند.
برخلاف سیستم حرکتی کارتزینی که هر محور به صورت مستقل کار می کند، در سیستم CoreXY، دو محور طولی و عرضی به وسیله یک تسمه طولانی و یک تکه به همدیگر کوپله هستند و از دو عدد موتور و یا استپر موتور جهت حرکت در هر یک از محورها استفاده می شود که به صورت الکترونیکی به همدیگر کوپله هستند.
برخلاف سیستم کارتزینی که تمامی محورها مستقل از هم بودند، در سیستم حرکتی CoreXY، تنها محور Z از دو محور دیگر مستقل است و کارکرد آن تاثیر بر عملکرد بقیه محورها ندارد. از سیستم CoreXY در دستگاه های پرینتر سه بعدی حرفه ای و یا خاص استفاده می شود و دلیل آن نحوه استفاده از تجهیزات و اعمال تنظیمات خاص و پیچیده این سیستم حرکتی است.
سیستم حرکتی پرینتر سه بعدی
سیستم حرکتی CoreXY
این سیستم داراری مزایای زیادی است که اولین و مهمترین آنها فراهم بودن شرایط حرکت با سرعت بالا است. به عبارت دیگر، سرعت حرکت در سیستم CoreXY می تواند بسیار بیشتر از سیستم کارتزینی باشد. در این سیستم، استپر موتورها همراه با حرکت موتورها جابجا نمی شوند و به همین دلیل احتمال خرابی سیمهای استپر موتورها از بین می رود و همچنین به دلیل سبک تر شدن محورهای حرکتی، امکان جابجایی و بخصوص تغییر سرعت و جهت سریعتر هات اند و یا اکسترودر دستگاه فراهم است.
همچنین استفاده از سیستم حرکتی CoreXY، باعث کاهش ارتعاشات دستگاه پرینتر سه بعدی و در نتیجه افزایش کیفیت پرینت سه بعدی می شود. دقت این سیستم حرکتی وابستگی بسیار زیادی به تسمه بکار برده شده در آن دارد و میزان شل بودن و یا سفت بودن تسمه می تواند باعث ایجاد خطاهایی در پروسه پرینت شود. تمامی دستگاه های پرینتر سه بعدی تولیدی شرکت برنا نو اوران پویا با استفاده از سیستم CoreXY طراحی و تولید می شوند و به همین دلیل از دقت و کیفیت بسیار بالایی برخوردار هستند.
سیستم حرکتی CoreXY
در سیستم حرکتی دلتا از مکانیزم حرکتی خاصی استفاده می شود که همین موضوع باعث می شود به این سیستم حرکتی ربات دلتا نیز گفته شود. در این سیستم حرکتی، هات اند و یا اکستوردر به سه سری از بازوهایی وصل است که با استفاده از موتورهایی در مسیر حرکت خطی عمودی جابجا می شوند.
به بیان ساده تر، در سیستم حرکتی دلتا بر خلاف سایر سیستمهای حرکتی از سه عدد موتور جهت ایجاد حرکت در هر راستایی استفاده می شود و تمامی موتورها در جای خود ثابت بوده و در نتیجه فشاری به سیستمهای حرکتی وارد نمی کنند. پرینترهای سه بعدی با سیستم حرکتی دلتا، دارای صفحه ساختهای دایره ای شکل هستند و می توان گفت که این نوع پرینترهای سه بعدی دارای عملکرد بسیار بالایی در پرینت قطعات دایره ای شکل و یا منحنی وار هستند.
سیستم حرکتی پرینتر سه بعدی
سیستم حرکتی CoreXY
پرینترهای سه بعدی با سیستم حرکتی دلتا معمولاً جهت پرینت سه بعدی مدلهای بلند مناسب هستند و به همین دلیل محدودیت در اندازه سطح پرینت دارند. علاوه بر آن، پروسه کالیبراسیون و ایراد یابی این نوع پرینترهای سه بعدی با توجه به پیچیده بودن سیستم حرکتی آنها کمی سخت و زمان بر است.
سیستم حرکتی پولار (Polar)
برخی از دستگاه های پرینتر سه بعدی از سیستم حرکتی پولار استفاده می کنند که کاملاً با سیستمهای حرکتی کارتزینی تفاوت دارد. در این سیستم حرکتی از یک واحد خطی و دو زاویه جهت موقعیت یابی یک نقطه در فضا استفاده می شود. به همین دلیل این نوع پرینترهای سه بعدی نیازی به فریم خاصی نیستند و با استفاده از آنها می توان از تمامی فضای موجود جهت پرینت سه بعدی استفاده نمود.
سیستم حرکتی پرینتر سه بعدی
سیستم حرکتی پولار
این نوع پرینترهای سه بعدی از محبوبیت زیادی برخوردار نیستند و به همین دلیل زیاد برای کاربران دستگاه های پرینتر سه بعدی آشنا نمی باشند. بر اساس نوع طراحی این نوع سیستم های حرکتی، هم هات اند و یا اکسترودر دستگاه و هم صفحه ساخت می تواند دارای حرکت چرخشی داشته باشند. در فیلم زیر نحوه کارکرد دستگاه پرینتر سه بعدی با سیستم حرکتی پولار نشان داده شده است.
سیستم حرکتی اسکارا (Scara)
سیستم حرکتی اسکارا در اصل نوعی بازوی ربات است که هات اند و یا اکسترودر بر روی آن نصب شده است و این بازوی ربات دارای قابلیت حرکت در صفحه XY و پرینت لایه های مدل است. بطور کلی پرینتر سه بعدی مدل اسکارا از یک بازو یک سیستم حرکت مستقل محور z جهت جابجا نمودن صفحه ساخت تشکیل شده است.
بازوی ربات بکار رفته در پرینتر سه بعدی می تواند با توجه به نوع طراحی می تواند تک بازو یا دو بازویی باشد. این نوع پرینترهای سه بعدی نیز مانند پرینترهای سه بعدی پولار از محبوبیت زیاد خاصی برخوردار نیستند ولی همانند آنها نیازمند فریم خاصی نمی باشند و به همین دلیل از قیمت پایینتری نسبت به سایر دستگاه های پرینتر سه بعدی برخوردار هستند.
توجه داشته باشید که در این پرینترهای سه بعدی نیز از دو عدد موتور جهت به حرکت در آوردن بازوها در صفحه xy استفاده می شود که به همدیگر کوپل هستند. این نوع پرینترهای سه بعدی دارای سرعت پرینت سه بعدی بالایی هستند ولی جهت دستیابی به دقت بالا نیازمند استفاده از تجهیزات حرکتی بسیار دقیق در بازوها هستند.
سیستم حرکتی پرینتر سه بعدی
سیستم حرکتی اسکارا (Scara)
سیستمهای حرکتی معرفی شده در این مقاله می توانند در تمامی دستگاه های پرینتر سه بعدی و یا سی ان سی مورد استفاده قرار بگیرند و در راستای استفاده از هر نوع سیستم حرکتی می توان از تجهیزات حرکتی متنوعی استفاده نمود که قبلاً در مقالات آموزشی این وب سایت اشاراتی به آنها شده است، ولی جهت کسب اطلاعات بیشتر در مورد آنها می توانید با کارشناسان فنی و مهندسی شرکت برنا تماس حاصل نموده و مشاوره های لازم را دریافت دارید.