Proč jsou 3D tiskárny tak pomalé?

3D tisk se v průběhu let stal levným a spolehlivým. Materiály vhodné pro začátečníky, jako je PLA a PETG, učinily domácí výrobu dostupnější než dříve. Bohužel skutečný proces 3D tisku zůstává nesnesitelně pomalý a v mnoha případech vyžaduje tisk za několik dní.

Proč 3D tiskárny stále podnikají ledovcovým tempem, když jsou spotřebitelům k dispozici již více než deset let?

Odpověď spočívá v technických a výrobních výzvách, které stojí za tím, aby byl 3D tisk komerčně životaschopný. Pojďme se podívat na tyto výzvy a na slibnou technologii, která by mohla zrychlit 3D tisk pro každého.

Postýlky se nerady pohybují rychle

První vodítko spočívá v samotném vzhledu typické spotřebitelské 3D tiskárny. Hledání 3D tiskáren na Amazonu přináší výsledky, které vypadají prakticky k nerozeznání jedna od druhé. To je nešťastný vedlejší produkt spotřebitelských 3D tiskáren založených na designu Prusa i3. Zjevně neexistuje lepší přístup k hromadné výrobě levných tiskáren. Bohužel tato snaha o nákladovou efektivitu přichází na úkor rychlosti.

Pojďme se rychle podívat na pohybový systém Prusa i3, abychom pochopili, proč tomu tak je.

Vaše průměrné spotřebitelské 3D je levné především proto, že je nekomplikované. Tato jednoduchost se vztahuje i na jejich pohybový systém. Osa X například obsahuje tiskovou hlavu pohybující se podél hliníkového vytlačování s drážkou V. Osa Z zase posouvá celou sestavu osy X nahoru a dolů. To se může zdát jako velká váha, ale není to velký problém, protože 3D tiskárny se pohybují podél osy Z zřídka a pouze o zlomek milimetru najednou.

Nastavení osy Y u takových tiskáren však rozhodně není optimální. Tato ubohá osa má za úkol posunout celou postel, která je shodou okolností také nejtěžší součástí 3D tiskárny, herkulovským úkolem. Chcete-li tisknout rychle, v ideálním případě chcete, aby byly pohyblivé součásti co nejlehčí. Rychlé přesunutí tiskové hlavy o hmotnosti 150 gramů při zachování mikrometrické přesnosti je již složité.

Nyní si představte, že byste místo toho udělali to samé s 1,5kg postelí. Není divu, že 3D tiskárny využívající design Prusa i3 se z tohoto důvodu hovorově nazývají postelové praky.

Co se stejně stane, když tisknete rychle?

Zjistili jsme, proč je vaše průměrná 3D tiskárna pomalá. Ale co kdybychom deaktivovali limity firmwaru na rychlost tisku a zrychlení, aby byl tisk stejně rychlý? Náklady na příliš rychlý pohyb přesahují obrovské namáhání krokových motorů a jejich přehřívání. Kvalita tisku je první obětí v boji mezi slabým motorem a tvrdohlavou masou těžké postele. To se projevuje jako zvonění nebo duchy způsobené nadměrnými vibracemi spojenými s rychlým tiskem.

V extrémních případech se komponenty 3D tiskárny mohou časem uvolňovat. Ačkoli je snadné znovu utáhnout šrouby, rychlý tisk na Prusa i3-style často vede k nevratnému opotřebení pohybových komponent. Nejhůře dopadly levné válečky V-slot používané v pohybovém systému takových tiskáren. Plastová kolečka běžící po kolejnicích ve tvaru V na hliníkových výliscích se výrazně opotřebovávají, když jsou vystaveny vysoké rychlosti tisku.

Typická 3D tiskárna založená na designu Prusa i3 nedokáže tisknout rychle s jakýmkoli stupněm kvality nebo dlouhodobé spolehlivosti. Ale co tiskárny založené na různých designech. Měly by existovat nějaké životaschopné alternativy vhodné pro rychlý tisk, ne?

Tiskárny Delta: Levné a rychlé, ale nepřesné

3D tiskárny Delta jsou od základu navrženy tak, aby byly rychlé. Jejich lehká tisková hlava je rychlejší a lépe ovladatelná díky své přirozeně nižší hybnosti. Design Delta navíc používá méně komponent než jeho protějšek bed-slinger, díky čemuž je výroba ještě levnější. Tiskárny, které jsou levné a zároveň rychlé, znějí perfektně, ale proč jich potom nevidíme dost?

Tiskárny založené na designu Delta při své snaze o rychlost hodně dělají kompromisy. Jejich kompaktní a lehké tiskové hlavy znemožňují implementaci extrudéru s přímým pohonem. Více o této technologii se dozvíte v našem vedení extrudéru s přímým pohonem. Mezitím toto omezení pouze pro extruder Bowden činí tiskárny Delta neschopnými manipulovat s flexibilními filamenty, což snižuje jejich všestrannost.

Jejich největší kompromis však přichází v podobě snížené kvality tisku, zejména při tisku velkých horizontálně rozložených modelů. Navíc kvalita povrchového tisku dosažená u Delta není srovnatelná s nočními praky. To je dále umocněno kruhovým lůžkem, které omezuje stavební objem, a jejich obecným sklonem vyniknout pouze u vysokých tisků.

Tato omezení jsou dostatečně závažná na to, aby spotřebitelský průmysl 3D tisku posunul tiskárny Delta do výklenku navzdory jejich působivé rychlosti a hospodárnosti.

Tiskárny CoreXY: Rychlost přichází za cenu

Nejrychlejší tiskárny v okolí jsou založeny na kinematice CoreXY, jak je vysvětleno v našem článku průvodce 3D tiskárnami Voron pro začátečníky. Jedná se o sofistikovaný pohybový systém, kde je lože z velké části stacionární, ale výrazně lehčí tisková hlava se pohybuje bleskovou rychlostí. Na rozdíl od tiskáren Delta si design CoreXY zachovává kvalitu a zároveň umožňuje použití extruderů s přímým pohonem.

Jediným problémem je, že kvůli extrémní složitosti a vysokým nákladům jsou tyto tiskárny pro spotřebitelský 3D tisk neživotaschopné. Jako takové zůstávají tiskárny CoreXY omezeny na specializované open-source projekty zaměřené na nadšence 3D tisku. To není překvapivé, vezmeme-li v úvahu, jak průměrná 3D tiskárna CoreXY stojí někde mezi 1 000 a 2 000 $ v dílech.

Výrobci spotřebitelských 3D tiskáren stále nepřišli na to, jak tuto technologii učinit levnou a dostatečně dostupnou pro běžné uživatele.

Rychlost je luxus, který si 3D tiskárny nemohou dovolit

Když to shrnu, rychlý 3D tisk je drahá záležitost. Buď můžete mít levnou tiskárnu Delta, která jde rychle za cenu kvality a objemu výroby, nebo můžete utratit jmění za stroj CoreXY. Ani jeden z těchto extrémů spotřebitelům nevyhovuje.

A to je důvod, proč je prakticky každá spotřebitelská 3D tiskárna založena na designu Prusa i3. Tyto tiskárny mohou být pomalé, ale přesto dosahují dobré rovnováhy mezi cenou, funkcemi a výkonem. Rychlost je nešťastnou obětí výroby 3D tiskáren s přitažlivostí pro masový trh.

5 méně známých nástrojů, které usnadňují údržbu 3D tiskárny

Přečtěte si další

O autorovi