Warum die ganze Aufregung um lineare Schienen?

Immer wenn ein 3D-Drucker angekündigt wird, der lineare Schienen verwendet (Beispiel: der Cetus ), ist das Internet (zumindest die Ecke, in der es um 3D-Druck geht) voller Aufregung.

Ich habe das Thema selbst ein wenig recherchiert, und obwohl ich verstehe, dass Linearschienen für superschwere Maschinen mit einem fantastischen Maß an Präzision hergestellt werden können, entgeht es meinem Verständnis, warum sie im Vergleich zu klassischen Linearlagern "standardmäßig" als überlegen gelten auf einer Welle.

Der 3D-Druck ist eine leichte Anwendung, und die Bewegung von mindestens zwei Achsen erfolgt nicht auf einer festen Oberfläche (wo Sie alle paar cm eine lineare Schiene verschrauben könnten), sondern hängt zwischen den beiden Enden der Achse. Darüber hinaus sind die Innenteile der Lager, die auf linearen Schienen verwendet werden, im Wesentlichen mit denen identisch, die auf einer Welle verwendet werden.

Die Cetus-Site sagt unter der Überschrift "Quality Linear Rails":

Selbstschmierend | Wartungsfrei | Hohe Präzision | Lange Lebensdauer | Ruhig

Dies kann jedoch - meiner Erfahrung nach - auch für "Qualitäts-Linearlager auf einer Welle" gelten, und in einigen Fällen wird sogar eine Buchse für 3D-Drucker mit einem hohen Standard geliefert.

Also, was fehle ich?

Das Folgende ist eine Zusammenstellung der Eingaben aus einer Reihe von Quellen.

Lineare Schienen sind im Allgemeinen mechanische Komponenten, die bei der Konstruktion von Geräten große Flexibilität bieten.

Das Schienenprofil kann nahezu beliebig gestaltet werden. Dies ermöglicht wiederum:

• Unterschiedliche Steifigkeitsstufen in verschiedenen Richtungen (z. B. können nur Spannungen in einer bestimmten Ebene auftreten, oder Sie möchten, dass die Schiene in einer Ebene leicht gebogen wird, in einer anderen jedoch nicht).
• Platzieren Sie die Oberflächen für die Walzen strategisch , z. B. an einem Ort, an dem es unwahrscheinlich ist, dass sie kontaminiert werden, oder an dem die maximale Kraft angewendet wird.
• Gekrümmte Bahnen , damit sich der Schlitten entlang einer nicht geraden Linie bewegen kann.

Da die Kontaktfläche zwischen den Rollen und den Lagern flach ist, können Zylinder anstelle von Kugeln verwendet werden . Dies verringert wiederum die mechanischen Belastungen und das Spiel, erhöht die Langlebigkeit und ermöglicht unter anderem eine höhere Tragfähigkeit.

Lineare Schienen können über ihre gesamte Länge verankert werden , anstatt an ihren Extremen, wodurch die Genauigkeit ihrer Positionierung, ihre Steifigkeit und ihre Tragfähigkeit erhöht werden.

Linearschienen können unter Vorbelastung bearbeitet werden , wodurch im Einsatz eine maximale Genauigkeit erzielt wird, anstatt im Auslieferungszustand.

Die Lager einer Linearschiene lassen nur einen Bewegungsgrad zu . Es müssen zwei Stangen mit linearen Lagern / Buchsen vorhanden sein, um das gleiche Ergebnis zu erzielen.

Was die spezifische Anwendung von FDM-3D-Druckern für Endverbraucher angeht, ist anscheinend keines der oben genannten Elemente von großer Relevanz und verschafft dem Drucker in Bezug auf die Qualität des endgültigen Drucks keinen wirklichen Vorteil :

• die mechanischen Beanspruchungen beim 3D-Druck sind sehr gering,
• Die Bewegungen verlaufen alle auf geraden Linien.
• Der größte Teil der Achse kann nicht an einem großen, starren Körper verankert werden.
• ...

Auf der anderen Seite ist die Konstruktion mit Stangen und Linearlagern billig, effektiv, einfacher und leichter. All diese Eigenschaften sind in einem 3D-Drucker äußerst wünschenswert.

Alles in allem scheint es keinen guten Grund zu geben, lineare Schienen gegenüber Stangen im Allgemeinen vorzuziehen .

Dennoch kann es bestimmte Designs geben, die von ihrer Annahme profitieren können. Ich postuliere, dass der in der Frage verknüpfte Cetus-Drucker ein solches Design haben könnte: Die Auslegeranordnung seiner Achse - zum Beispiel - wird durch die Tatsache gut gedient, dass eine einzige Schiene die Bewegung in alle Richtungen außer einer Richtung und die Ausrichtung des X blockiert Schiene bietet maximale Steifigkeit gegen die Wirkung der Schwerkraft.

Lineare Schienen erzeugen immer ein hohes Maß an Genauigkeit und Stabilität, mehr als runde Stangen mit PTFE-Buchsen und / oder Lagern.

Man kann die Tatsache jedoch auch als Produktentwickler argumentieren und als einer, der tagtäglich mit der Mechanik und Entwicklung von Maschinen befasst ist, sehen wir "signifikante" Verbesserungen bei der Verwendung von Schienen über Stangen und bei richtiger Verwendung auf einer Z-Achse Druckbett Sie haben ein Bett ohne Nivellierungsprobleme, das reibungslos und genau mit einem Treiber gegenüber zwei Treibern arbeiten kann.

Ich füge hinzu, dass das perfekte Ausrichten der Stangen eine schwierige Aufgabe für den Durchschnittsmenschen ist und selbst eine leichte Drehung oder Winkellage die endgültige Druckqualität beeinträchtigen kann. Ich habe viele lineare Stangen gesehen, die optisch gerade aussehen und wenn sie mit einer Genauigkeit von 0,0000 in eine Drehspindel eingespannt werden, wird der Rundlauf 0,005 oder mehr betragen. Tatsächlich muss ich noch eine konzentrische Bewegung sehen, die länger als 6 Zoll ist. Dies sagt mir, dass sie plausibel nicht so genau sein können und dass sie, obwohl sie funktionieren, niemals mit einem hohen Grad an Genauigkeit funktionieren werden.

Benötigen wir eine höhere Genauigkeit in der 3D-Druckerachse? Sicher können wir Qualitätskontrollkarten haben, die bis zu einem gewissen Grad kompensieren. Die Mechanik der Maschine ist jedoch von größter Bedeutung, bevor Sie die Qualität der Karte und der Software auswählen. Warum eine 300- Dollar- Bewegungssteuerung in einem billigen Linearstabdrucker installieren, wenn Sie nicht alle Vorteile nutzen können?

Mit der Weiterentwicklung der Technologie auf 64-Bit- und schließlich 128-Bit- und höhere Genauigkeitsgrade dreht der 3D-Druck eine Seite um und kann nur dann eine Genauigkeit der Mikroauflösung erzielen, wenn alle Komponenten ordnungsgemäß zusammenarbeiten.

Ihr stangengeführter Drucker funktioniert also. Es wird jedoch niemals so gut funktionieren wie mein Linearschienendrucker mit Kugelumlaufspindeln und Servos. Sie können Ihre überlagerten unscharfen Drucke haben. Ich werde meine glatten, spritzgegossenen Teile behalten, die aus Materialien bestehen, die ein typischer Desktop nicht einmal drucken kann. Um zu argumentieren, dass dies nicht erforderlich ist, wird argumentiert, dass hohe Qualität in einem Markt mit niedrigeren Preisen nicht akzeptiert wird.

Ein weiterer Zusatz hier. Fragen Sie sich, wie eben und quadratisch Ihr Drucker ist? Ich spreche nicht davon, eine Schreinerebene zu verwenden, um Ihre Maschine zu überprüfen. Diese kann ungenau sein und bis zu 1/4 ”pro 10 Fuß. Wenn Sie Ihren Drucker in jede Richtung auf 0,00005 oder weniger einstellen können und Ihre Struktur genauso genau ist, wie Sie wissen, wie ein Qualitätsdrucker und ein Qualitätsdrucker aussehen.

Ich garantiere, dass kein Drucker mit einem Preis von 300 bis 1000 US- Dollar auch nur annähernd so genau arbeitet. Der Durchschnittsverbraucher ist so angetan von der Technologie eines endgültigen Drucks, dass er die präzisen Aspekte übersieht und lernt, sich mit weniger zufrieden zu geben. Dann würden Sie nicht Ihre erwarten $ 500 Drucker zu konkurrieren mit meinem $ 10.000 Drucker entweder.

Unter dem Strich bekommen Sie, wofür Sie bezahlen.