Varför är 3D-skrivare så långsamma?

3D-utskrift har blivit billig och pålitlig med åren. Nybörjarvänliga material som PLA och PETG har gjort hemtillverkningen mer tillgänglig än tidigare. Tyvärr förblir själva 3D-utskriftsprocessen oerhört långsam, i många fall kräver den flera dagars utskrift.

Varför arbetar 3D-skrivare fortfarande i en glaciär takt, när de har varit tillgängliga för konsumenter i över ett decennium?

Svaret ligger i ingenjörs- och produktionsutmaningarna bakom att göra 3D-utskrift kommersiellt lönsam. Låt oss ta en titt på dessa utmaningar och en lovande teknik som kan göra 3D-utskrift snabbare för alla.

Sängslingrar gillar inte att röra sig snabbt

Den första ledtråden ligger i en typisk konsument-3D-skrivares utseende. Att söka efter 3D-skrivare på Amazon ger resultat som nästan inte kan skiljas från varandra. Det är en olycklig biprodukt av att konsumenternas 3D-skrivare är baserade på Prusa i3-designen. Det finns tydligen inget bättre sätt att masstillverka billiga skrivare. Tyvärr kommer denna strävan efter kostnadseffektivitet på bekostnad av hastighet.

Låt oss ta en snabb titt på Prusa i3-rörelsesystemet för att förstå varför det är så.

Din genomsnittliga konsumentklassade 3D är billig främst för att den är okomplicerad. Denna enkelhet sträcker sig även till deras rörelsesystem. X-axeln, till exempel, innefattar skrivhuvudet som rör sig längs en längd av V-slits-aluminiumsträngsprutning. Z-axeln flyttar i sin tur hela X-axelenheten upp och ner. Det kan tyckas vara en stor vikt, men det är inte ett stort problem eftersom 3D-skrivare rör sig längs Z-axeln sällan och bara en bråkdel av en millimeter åt gången.

Y-axelinställningen för sådana skrivare är dock definitivt suboptimal. Denna stackars axel har till uppgift att utföra den herkuliska uppgiften att flytta hela sängen, som också råkar vara den tyngsta komponenten i en 3D-skrivare. För att skriva ut snabbt vill du helst att de rörliga komponenterna ska vara så lätta som möjligt. Det är redan knepigt att snabbt flytta ett skrivhuvud som väger 150 gram, samtidigt som mikrometerprecisionen bibehålls.

Tänk dig nu att göra samma sak med en 1,5 kg säng istället. Inte överraskande, 3D-skrivare som använder Prusa i3-designen kallas i vardagsspråk för sängslingrar av denna anledning.

Vad händer när du skriver ut snabbt?

Vi har listat ut varför din genomsnittliga 3D-skrivare är långsam. Men vad händer om vi skulle inaktivera firmware-gränser för utskriftshastighet och acceleration för att skriva ut snabbt ändå? Kostnaden för att röra sig för fort går längre än att sätta enorm belastning på stegmotorerna och få dem att överhettas. Utskriftskvalitet är det första offer i kampen mellan en svag motor och envis massa av en tung säng. Detta visar sig som ringsignaler eller spökbilder orsakade av överdriven vibration i samband med snabb utskrift.

I extrema fall kan 3D-skrivarkomponenterna skaka loss med tiden. Även om det är lätt att dra åt skruvarna igen, leder utskrifter snabbt på Prusa i3-style ofta till oåterkalleligt slitage på rörelsekomponenterna. Värst drabbade är de billiga V-slot-rullarna som används i sådana skrivares rörelsesystem. Plasthjulen som löper längs V-formade spår på aluminiumprofiler slits avsevärt när de utsätts för höga utskriftshastigheter.

Den typiska 3D-skrivaren baserad på Prusa i3-designen kan inte skriva ut snabbt med någon grad av kvalitet eller långsiktig tillförlitlighet. Men hur är det med skrivare baserade på olika design. Det borde finnas några hållbara alternativ som lämpar sig för snabb utskrift, eller hur?

Delta-skrivare: Billiga och snabba, men felaktiga

Delta 3D-skrivare är designade från grunden för att vara snabba. Deras lätta skrivhuvud är snabbare och mer kontrollerbart på grund av dess inneboende lägre momentum. Dessutom använder Delta-designen färre komponenter än sin motsvarighet för sängslingor, vilket gör den ännu billigare att tillverka. Skrivare som är både billiga och snabba låter perfekta, men varför ser vi då inte tillräckligt med dem?

Skrivare baserade på Delta-designen kompromissar mycket i sin jakt på hastighet. Deras kompakta och lätta skrivhuvuden gör det omöjligt att implementera en direktdriven extruder. Lär dig mer om denna teknik i vår direktdriven extruderguide. Samtidigt gör denna strängsprutningsbegränsning endast för Bowden Delta-skrivare oförmögna att hantera flexibla filament, vilket skadar deras mångsidighet.

Deras största kompromiss kommer dock i form av minskad utskriftskvalitet, speciellt vid utskrift av stora modeller som är utspridda horisontellt. Dessutom är yttryckskvaliteten som uppnås av en Delta inte jämförbar med sängslingrar. Detta förvärras ytterligare av den cirkulära bädden som begränsar byggvolymen och deras allmänna benägenhet att utmärka sig endast vid höga utskrifter.

Dessa begränsningar är tillräckligt allvarliga för att konsumenternas 3D-utskriftsindustri ska ha förvisat Delta-skrivare till en nisch trots deras imponerande hastighet och kostnadseffektivitet.

CoreXY-skrivare: Hastigheten har ett pris

De snabbaste skrivarna som finns är baserade på CoreXY-kinematik, som förklaras i vår nybörjarguide till Voron 3D-skrivare. Detta är ett sofistikerat rörelsesystem där sängen i stort sett är stationär, men det betydligt lättare skrivhuvudet flyttas blixtsnabbt. Till skillnad från Delta-skrivare bibehåller CoreXY-designen kvalitet samtidigt som den tillåter användning av direktdrivna extruders.

Det enda problemet är att den extrema komplexiteten och de höga kostnaderna gör dessa skrivare olämpliga för 3D-utskrift för konsumenter. Som sådan förblir CoreXY-skrivare begränsade till nischade open source-projekt riktade till 3D-utskriftsentusiaster. Det är inte förvånande med tanke på hur den genomsnittliga CoreXY 3D-skrivaren kostar någonstans mellan $1000 och $2000 enbart i delar.

Konsumenttillverkare av 3D-skrivare har fortfarande inte kommit på hur man kan göra denna teknik billig och tillgänglig nog för vanliga användare.

Hastighet är en lyx som 3D-skrivare inte har råd med

För att sammanfatta detta är snabb 3D-utskrift en dyr affär. Du kan antingen ha en billig Delta-skrivare som går snabbt till priset av kvalitet och byggvolym, eller så kan du spendera en förmögenhet på en CoreXY-maskin. Ingen av dessa ytterligheter passar konsumenterna väl.

Och det är därför praktiskt taget alla 3D-skrivare för konsumenter är baserade på Prusa i3-designen. Dessa skrivare kan vara långsamma, men de har ändå en bra balans mellan pris, funktioner och prestanda. Speed ​​är en olycklig offer för tillverkning av 3D-skrivare med massmarknadskraft.

5 mindre kända verktyg som gör underhållet av 3D-skrivare enklare

Läs Nästa

Om författaren