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#Tendencias de productos
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Los sistemas de guías lineales en los ejes de las impresoras 3D
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4 tipos diferentes de sistema de guía.
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la tecnología de impresión 3D avanza a pasos agigantados. En un momento estamos hablando de fabricar pequeños juguetes para entretener a los niños, y al segundo siguiente vemos la noticia de que una impresora 3D ha construido un edificio de hormigón capaz de resistir un terremoto de 8 grados de magnitud. Con el tiempo, "imprimir en 3D una impresora 3D" también parece posible.
Pero dejando a un lado las perspectivas, lo que más preocupa a los aficionados y fabricantes siguen siendo las impresoras 3D de sobremesa: qué tipos hay, a qué velocidad imprimen y cuánto cuestan. Si le gusta llegar al fondo de las cosas, o si alguna vez ha intentado hacerse una impresora 3D usted mismo, seguro que también se ha planteado esta pregunta: ¿cómo se mueven?
XYZ, I3 y CoreXY son actualmente los estilos más populares de impresoras 3D de sobremesa. Así es como se mueven: la máquina tiene uno o varios ejes en las direcciones X, Y y Z del sistema de coordenadas 3D. Un extremo de cada eje está equipado con un motor que proporciona energía. A continuación, las correas síncronas o los husillos convierten la rotación del motor en movimiento lineal en las direcciones X, Y y Z. Por último, con los sistemas de guías lineales en las 3 direcciones, la máquina puede colocar la boquilla en cualquier punto del espacio tridimensional formado por los ejes, extruir el filamento y crear un objeto tridimensional.
¿Por qué son importantes los sistemas de guiado?
Los sistemas de guía sirven principalmente para 3 propósitos durante la impresión:
1. Precisión: Conseguir una tolerancia ajustada, evitar el tambaleo y garantizar que el cabezal de impresión o la cama calefactada instalados en las guías se muevan linealmente a lo largo de la dirección predeterminada;
2. Suavidad: Reducen la fricción con rodamientos o rodillos y contribuyen a un movimiento más suave;
3. Fiabilidad: Las estructuras de guiado con una excelente rigidez pueden mejorar la fiabilidad de la máquina y contribuir a impresiones más uniformes a lo largo del tiempo.
La variedad de sistemas de guía
En general, los sistemas de guía utilizados en las impresoras 3D incluyen:
1. Ruedas y perfiles
2. Barras lineales y cojinetes
3. Carriles lineales
4. Guías lineales empotradas
Ruedas y perfiles
Entre todas las guías, la combinación de ruedas y perfiles es probablemente la más común y rentable. Normalmente hay 3 ó 4 ruedas que recorren la ranura en forma de V o T del perfil para guiar los movimientos.
El anillo exterior de las ruedas suele ser de POM (poliformaldehído), y el interior, de acero y rodamientos de bolas. El POM tiene una gran resistencia, una baja deformación y una excelente resistencia a la abrasión, lo que lo hace especialmente adecuado para fabricar ruedas de impresora. Con un uso adecuado, los rodillos de POM pueden durar cientos de horas. Algunos fabricantes también utilizan PC (policarbonato) para hacer ruedas, que tienen una resistencia aún mayor y una vida útil más larga, aunque a un precio ligeramente superior.
Para garantizar un movimiento lineal, las ruedas deben agarrar bien los perfiles. Demasiado flojas y pueden producirse vibraciones a altas velocidades. Si están demasiado apretadas, aumentará el desgaste: los residuos acumulados pueden amontonarse entre las ruedas y los raíles, provocando un movimiento irregular o irregular. Por ello, los usuarios deben ajustar el apriete de las ruedas en función del funcionamiento de la impresora, limpiar los residuos y sustituir las ruedas cuando sea necesario. En comparación con otras guías, la combinación de ruedas y perfiles requiere un mantenimiento más frecuente.
Además, los plásticos tienen menor rigidez que los metales. La deformación de las ruedas durante el movimiento es difícil de evitar, por lo que las impresoras que utilizan ruedas suelen tener menor precisión que las que utilizan guías de acero.
Los perfiles utilizados habitualmente en las impresoras 3D están disponibles en dos tipos: Perfiles de ranura en V y perfiles de ranura en T. Como su nombre indica, la principal diferencia entre ellos es la forma de la sección transversal. Diferentes perfiles se combinan con diferentes ruedas para conseguir buenos efectos de guiado.
Dado que los perfiles son personalizables, baratos y con un rendimiento suficiente, la combinación de ruedas y perfiles es la mejor opción para muchas construcciones de impresoras 3D DIY.
Ventajas
Buen rendimiento de guiado, barato y útil;
Abundantes opciones, ampliamente disponibles;
Fácil de instalar, usar y modificar;
Desventajas
Menor precisión;
Más propenso a las vibraciones;
Requiere un mantenimiento más frecuente.
Barras y rodamientos lineales
Las limitaciones de las guías de ruedas y perfiles han hecho que los aficionados al bricolaje y los fabricantes presten más atención a otra combinación con mayor precisión y estabilidad: las varillas y los cojinetes lineales. En los últimos años, las guías de varillas y cojinetes se han convertido casi en sinónimo de sistemas de guía para impresoras 3D. Se necesitan al menos 2 varillas y 2 rodamientos para cada eje de la impresora. Los rodamientos envuelven o se adhieren a las varillas, mientras se conectan a los carros montados con un extrusor o una cama calefactada, para guiar el movimiento lineal.
Una varilla lineal, también conocida como varilla lisa, es simplemente una varilla cilíndrica de acero, disponible en varios tamaños; las impresoras 3D suelen utilizar las de 8 mm de diámetro. Las barras pueden mecanizarse con gran precisión dimensional y superficies muy lisas. Combinadas con rodamientos de bolas, las varillas bien ensambladas pueden conseguir movimientos lineales bastante buenos.
Y sí, ser lisas también tiene sus inconvenientes. Cuando se utilizan para guiar, las varillas deben fijarse en ambos extremos con abrazaderas metálicas. Además, los rodamientos no sólo pueden moverse linealmente, sino también girar 360° alrededor de los cilindros. Por eso hay que fijarlos a los rodamientos de otra varilla paralela para que el extrusor o la cama calefactada se muevan linealmente. El paralelismo entre dos varillas puede resultar complicado, sobre todo para los aficionados al bricolaje.
Por lo tanto, utilizar guías de varilla significa mayor precisión y estabilidad por un lado, pero también mayor tamaño y peso, junto con una mayor dificultad de montaje por otro.
Los cojinetes que se utilizan con las varillas son principalmente los cojinetes de ranura en U y los cojinetes lineales fabricados totalmente en acero. Los rodamientos de ranura en U se asemejan a ruedas que pueden rodar a lo largo de las barras. Los rodamientos lineales tienen un manguito cilíndrico en el exterior, con varias hileras de bolas en el interior que pueden girar a lo largo del eje. Ambos pueden lograr un guiado suave con una fricción mínima.
Las barras y los cojinetes son de larga duración y sólo requieren una limpieza ocasional de las acumulaciones en las barras y la lubricación de los cojinetes. Si las barras están encerradas en una carcasa en lugar de actuar como bastidor, desmontar la carcasa y lubricar los cojinetes es sencillo. Sin embargo, sustituir los rodamientos desgastados tras un uso prolongado puede resultar un poco complicado.
Ventajas
Excelente rendimiento de guiado, alta precisión, coste moderado;
Abundantes opciones, ampliamente disponibles;
Baja frecuencia de mantenimiento;
Desventajas
Ocupa más espacio y pesa más cuando está cerrado;
El paralelismo puede ser un problema;
La sustitución de los rodamientos puede ser complicada.
Carriles lineales
El raíl lineal, también conocido como guía lineal, ha estado de moda en los últimos años. La pieza de acero del raíl tiene un carril a cada lado, y los deslizadores anidados en él contienen 2 juegos de rodamientos de bolas que pueden circular a lo largo de los carriles. Además de las impresoras 3D industriales, cada vez más fabricantes de equipos de sobremesa utilizan también raíles lineales en sus líneas de productos de gama alta.
Aunque ambos están hechos de acero, cuando se trata de trabajo real, los rieles lineales son menos susceptibles a la flexión y la vibración en comparación con las barras. Esto se debe principalmente a su exclusivo método de montaje. Las barras sólo se fijan en ambos extremos, mientras que las guías lineales tienen orificios de montaje a intervalos regulares en la superficie, lo que permite fijarlas firmemente a la carcasa o a otras estructuras de soporte.
Esto garantiza un movimiento lineal estable y mejora la calidad de impresión, por un lado, y aumenta el límite de velocidad al evitar sacudidas excesivas a altas velocidades, por otro. Esta es una de las razones por las que la J1 puede alcanzar una alta velocidad de impresión.
Durante el montaje, los raíles lineales pueden guiar un solo eje sin emparejarse, ahorrando espacio y peso para que la máquina sea más ligera y compacta. Tampoco hay que preocuparse por el paralelismo de los raíles.
Todo suena muy bien, pero ¿cuál es el inconveniente? El precio. Los cálculos aproximados muestran que, si bien las correderas de los raíles lineales tienen precios similares a los cojinetes de las barras, los raíles en sí cuestan entre 2,5 y 4 veces más que un par de barras de longitudes equivalentes. En comparación, las barras son baratas y suficientemente buenas. Sopesando el sobrecoste con el aumento de rendimiento, la mayoría de los aficionados al bricolaje seguirían optando por las barras y los rodamientos.
En cuanto al mantenimiento, los raíles lineales son similares a los primeros y requieren una lubricación regular de los rodamientos. Los raíles expuestos también necesitan una limpieza ocasional.
Ventajas
Muy alta precisión;
Admite impresión a alta velocidad;
Ocupa poco espacio, cómoda de usar;
Desventajas
No pueden servir como estructuras de soporte, necesitan instalarse en perfiles, etc;
Caros.
Carriles lineales empotrados
En lugar de utilizar directamente las guías anteriores, algunos fabricantes, con el fin de avanzar en las capacidades técnicas o atender a productos específicos, también están explorando mejores soluciones.
Los puntos fuertes de las guías lineales residen en la gran rigidez de los raíles de acero y el movimiento preciso y suave que permiten los rodamientos de bolas. Estas ventajas se conservan en las guías lineales empotradas.
Al fabricar los módulos lineales, FUYU incrusta dos tiras de acero en las paredes interiores de la carcasa de aleación de aluminio y, a continuación, rectifica el acero mediante CNC para convertirlo en raíles con una precisión de mecanizado micrométrica. Además, con los raíles incrustados más anchos, se mejora aún más la rigidez sin aumentar el peso, adaptándose mejor a las operaciones CNC de alta potencia; después de todo, las impresoras 3D normales no requieren una rigidez tan extrema.
En comparación con el montaje directo de los raíles lineales en la superficie de las extrusiones, la incrustación de los raíles de acero en el interior de los módulos lineales evita la acumulación de polvo en los raíles, lo que reduce la frecuencia de mantenimiento. También hace que los módulos sean más ligeros y compactos, de modo que una máquina cara no acaba pareciendo un proyecto de bricolaje. Sin embargo, incrustar las guías lineales plantea considerables retos de fabricación para el fabricante, sin ninguna ventaja económica sobre las guías lineales normales.
Ventajas
Igual que los raíles lineales: muy alta precisión, admite impresión a alta velocidad, ocupa poco espacio;
Mayor rigidez de los raíles;
Menor frecuencia de mantenimiento con raíles cerrados;
Desventajas
Caro;
No apto para bricolaje.
