桌面开源 3D 打印机类型

桌面开源 3D 打印机类型

按照工作方式划分,目前主流的桌面 3D 打印机可以分为笛卡尔式打印机(Cartesian 型,俗称 XYZ 轴式)和并联臂式打印机(Delta 型,俗称三角洲式)两种。通常来说,笛卡尔式打印机的打印精度更高,但是打印时间更长;并联臂式打印机的打印速度更快,但精度可能稍微低一点。另外,本文还会介绍一种不那么常见的旋转平台式 3D 打印机(Polar 型)。

笛卡尔式 3D 打印机

顾名思义,笛卡尔式 3D 打印机就是将机械运动的方向像笛卡尔坐标一样分为 3 个相互垂直的直线,分别记为 X 轴、Y 轴和 Z 轴。

要做到打印机能在 3 个轴独立运动就至少需要 3 个独立电机,每个电机的运动步伐需要得到精准控制,且每次转动带动传送带运动的度数要足够的小。目前,笛卡尔类型的 3D 打印机一般都采用 “42 系列两相步进电机”,也就是我们常说的 “42 步进电机”。

“42 步进电机” 的步距精度可以达到 5%,每转动一步通常为 1.8°,如果通过细分控制步进电机,能使其精度达到 1 毫米。在数控系统(CNC)的加持下,笛卡尔式 3D 打印机可以精确地驱动步进电机,使喷嘴沿着线性轴运动,在指定位置快速而精确地定位,通过熔积成型技术实现打印模型的快速成型。

笛卡尔式结构的 3D 打印机是目前市场上最为普及的机型,也是发展较为完整,商业化程度较高的桌面 3D 打印机。笛卡尔式结构的优点在于计算量简单,3 个方向的电机分别带动喷嘴向 3 个方向运动,在打印的过程中,Z 轴运动与水平面(桌面)垂直,被打印的物体随着热床的前后运动而运动(Y 轴)。

Cartesian 3D printer

并联臂式 3D 打印机

虽然笛卡尔式的 3D 打印机计算量较小,但是其对硬件的浮点运算能力要求较高。于是,人们想出了用并联臂结构来减少笛卡尔式打印机的硬件要求。并联臂的优点是结构简单,不容易受制于硬件,其数学原理实际上还是笛卡尔坐标系,只不过通过三角函数讲 X、Y 轴的坐标映射到三个垂直于水平面(桌面)的轴上。

并联臂式的打印机一般呈三棱柱型,由三棱柱上的滑块来确定喷嘴的位置。这样的结构设计不仅能节省空间,而且能极大地提高打印速度。当然,相对于笛卡尔式来说,并联臂式的数控系统更复杂一些。

Delta 3D printer

旋转平台式 3D 打印机

除此之外,还有一种旋转平台式 3D 打印机,也称为极坐标 3D 打印机。与笛卡尔式相比,旋转平台式的打印面积增加了 200%,零件数量减少了 30%。这些亮点可能会使其在未来成为 DIY 爱好者追捧的热点。

旋转平台采用的是极坐标系转换的数学原理,即将笛卡尔坐标系映射到极坐标系上。在打印过程中,软件控制系统将从 G-code 代码中提取出 X、Y、Z 轴的数据,并将其转换为极坐标值。

Polar 3D printer

不过,虽然旋转平台式 3D 打印机的结构更加紧凑,但是切片算法也变得更加复杂,打印前期处理工作耗时较多。使其目前在个人桌面 3D 打印机领域还不常见。

Leave a Reply