Почему все так волнуют линейные рельсы?

Всякий раз, когда объявляется о 3D-принтере, использующем линейные рельсы ( наглядный пример: cetus ), Интернет (ну ... по крайней мере, тот угол, который касается 3D-печати) гудит от волнения.

Я сам немного исследовал эту тему, и, хотя я понимаю, что линейные рельсы могут быть изготовлены с фантастической степенью точности для сверхтяжелых машин, это ускользает от моего понимания, почему они считаются превосходящими «по умолчанию» по сравнению с классическими линейными подшипниками. на валу.

3D-печать - это легкое приложение, и движение по крайней мере 2-х осей происходит не на твердой поверхности (где вы можете прикрутить линейный рельс каждые несколько см), а подвешено между 2-мя концами оси. Кроме того, внутренние части подшипников, используемых на линейных рельсах, по существу идентичны тем, которые используются на валу.

Сайт cetus говорит под заголовком «Качественные линейные рельсы»:

Самосмазывающиеся | Безуходный | Высокая точность | Долгий срок службы | Тихий

но это - по моему опыту - можно сказать и о «Качественных линейных подшипниках на валу», а в некоторых случаях даже втулки обеспечивают высокий стандарт для 3D-принтеров.

Итак, что мне не хватает?

Ниже приводится компиляция входных данных из ряда источников.

Линейные направляющие, как правило, представляют собой механические компоненты, которые при проектировании оборудования обеспечивают большую гибкость.

Профиль рельса может быть разработан почти бесконечными способами. Это в свою очередь позволяет:

• Разные уровни жесткости в разных направлениях (например, у вас могут быть напряжения только в данной плоскости, или вы действительно хотите, чтобы рельс слегка прогибался в одной плоскости, но не в другой).
• Размещение поверхностей для роликов стратегически , например, в месте, которое вряд ли будет загрязнено, или где будет приложено максимальное усилие.
• Изогнутые пути , так что каретка может двигаться по прямой, которая не является прямой.

Поскольку поверхность контакта между роликами и подшипниками плоская, вместо шариков можно использовать цилиндры . Это, в свою очередь, уменьшает механические напряжения, а также величину люфта, увеличивает долговечность и учитывает, помимо прочего, большую несущую способность.

Линейные рельсы могут быть закреплены по всей их длине , а не на их крайних точках, что повышает точность их позиционирования, их жесткость и несущую способность.

Линейные рельсы могут обрабатываться при предварительной загрузке , что обеспечивает максимальную точность при использовании, а не при выходе с завода.

Подшипники на линейном рельсе допускают только одну степень перемещения . Для достижения одинакового результата необходимы два стержня с линейными подшипниками / втулками.

Все это говорит о том, что когда речь идет о конкретном применении потребительских 3D-принтеров FDM, кажется, что ничего из вышеперечисленного не очень актуально и не дает какого-либо реального преимущества для принтера с точки зрения качества конечной печати :

• механические напряжения при 3D-печати очень малы,
• все движения происходят по прямым линиям,
• большая часть оси не может быть прикреплена к большому твердому телу,
• ...

С другой стороны, конструкция со стержнями + линейными подшипниками является дешевой, эффективной, простой и легкой, все характеристики, которые очень желательны в 3D-принтере.

В общем, кажется, что нет веских причин предпочитать линейные рельсы стержням в целом .

Тем не менее, могут быть конкретные проекты, которые могут выиграть от их принятия. Я постулирую, что принтер Cetus, связанный в этом вопросе, может иметь такую ​​конструкцию: консольное расположение его оси, например, хорошо обслуживается тем фактом, что один рельс блокирует движение во всех направлениях, кроме одного, и ориентацией X рельс предлагает максимальную жесткость против действия силы тяжести.

Линейные рельсы всегда обеспечивают высокую степень точности и стабильности, и больше, чем круглые прутки с втулками и / или подшипниками из ПТФЭ.

Однако можно утверждать, что даже как разработчик продукта и тот, кто занимается механикой и разработкой оборудования на ежедневной основе, сравнивая два, мы видим «существенные» улучшения с использованием рельсов над стержнями и при правильном использовании на оси Z. печатная кровать у вас будет кровать без проблем с выравниванием, которая может плавно и точно работать с одним водителем против двух.

Я также добавлю, что выравнивание стержней идеально - сложная задача для обычного человека, и даже небольшой поворот или угловое положение могут повлиять на конечное качество печати. Я видел много линейных прутков, которые визуально выглядят прямыми, и при забивании шпинделя токарного станка с точностью 0,0000 в биении будет 0,005 или больше. На самом деле, мне еще предстоит увидеть одно идеальное концентрическое движение, которое длиннее 6 дюймов. Это говорит мне о том, что они не могут быть правдоподобно точными и что, хотя они могут функционировать, они никогда не будут функционировать с высокой степенью точности.

Нужна ли нам более высокая точность в оси 3D принтера? Конечно, у нас могут быть платы контроля качества, которые в некоторой степени компенсируют, однако механика машины крайне важна, прежде чем вы выберете качество платы и программного обеспечения. Зачем устанавливать управление движением за $ 300 на дешевый линейный принтер, если вы не собираетесь в полной мере использовать преимущества?

Благодаря дальнейшему прогрессу технологии до 64-битной и, в конечном итоге, 128-битной и более высокой степени точности, 3D-печать переворачивает страницу и, если она еще не способна обеспечить точность микроразрешения, и может быть выполнена только в том случае, если все компоненты функционируют должным образом вместе.

Так что конечно, ваш принтер с направляющей штангой работает. Тем не менее, он никогда не будет работать так же хорошо, как мой линейный рельсовый принтер с шариковыми винтами и сервоприводами. Вы можете иметь свои многослойные нечеткие отпечатки. Я сохраню свои гладкие готовые детали, отлитые под давлением, которые сделаны из материалов, которые типичный рабочий стол не может даже напечатать. Поэтому утверждать, что в этом нет необходимости, значит утверждать, что высокое качество не приемлемо для рынка с более низкой ценой.

Еще одно дополнение здесь. Спросите себя, насколько ровный и квадратный ваш принтер? Я не говорю об использовании уровня плотника для проверки вашей машины, они могут быть неточными до 1/4 дюйма на 10 футов. Когда вы можете набрать постель ваших принтеров до 0,00005 или менее в каждом направлении, и ваша структура будет столь же точной, как вы знаете, как выглядит качественный принтер и печать.

Я гарантирую, что ни один принтер по цене от 300 до 1000 долларов не приблизится даже к такой степени точности. Среднестатистический потребитель настолько увлечен технологией окончательной печати, что упускает из виду точные аспекты и учится соглашаться на меньшее. Тогда вы не ожидаете, что ваш принтер за 500 долларов будет конкурировать с моим принтером за 10000 долларов .

В итоге вы получаете то, за что платите.