Waarom zijn 3D-printers zo traag?

3D-printen is in de loop der jaren goedkoop en betrouwbaar geworden. Beginnersvriendelijke materialen zoals PLA en PETG hebben thuisproductie toegankelijker gemaakt dan voorheen. Helaas blijft het eigenlijke 3D-printproces tergend langzaam, in veel gevallen kost het meerdere dagen printen.

Waarom doen 3D-printers hun werk nog steeds in een ijzig tempo, terwijl ze al meer dan tien jaar beschikbaar zijn voor consumenten?

Het antwoord ligt in de technische en productie-uitdagingen achter het commercieel levensvatbaar maken van 3D-printen. Laten we eens kijken naar deze uitdagingen en een veelbelovende technologie die 3D-printen voor iedereen sneller kan maken.

Bedslingeraars houden niet van snel bewegen

De eerste aanwijzing ligt in het uiterlijk van een typische 3D-printer voor consumenten zelf. Zoeken op Amazon naar 3D-printers levert resultaten op die vrijwel niet van elkaar te onderscheiden zijn. Dat is een ongelukkig bijproduct van 3D-printers voor consumenten die zijn gebaseerd op het Prusa i3-ontwerp. Er is blijkbaar geen betere benadering voor massaproductie van goedkope printers. Helaas gaat dit streven naar kostenefficiëntie ten koste van snelheid.

Laten we snel kijken naar het Prusa i3-bewegingssysteem om te begrijpen waarom dat het geval is.

Uw gemiddelde 3D van consumentenkwaliteit is goedkoop, vooral omdat het ongecompliceerd is. Deze eenvoud strekt zich ook uit tot hun bewegingssysteem. De X-as omvat bijvoorbeeld de printkop die beweegt langs een stuk aluminium extrusie met V-gleuf. De Z-as beweegt op zijn beurt het gehele X-assamenstel op en neer. Dat lijkt misschien veel gewicht, maar het is geen grote zorg omdat 3D-printers niet vaak langs de Z-as bewegen en slechts een fractie van een millimeter per keer.

De Y-asconfiguratie van dergelijke printers is echter absoluut suboptimaal. Deze arme as heeft de gigantische taak om het hele bed te verplaatsen, wat toevallig ook het zwaarste onderdeel in een 3D-printer is. Om snel te kunnen printen, wil je idealiter dat de bewegende onderdelen zo licht mogelijk zijn. Het is al lastig om een ​​printkop van 150 gram snel te verplaatsen met behoud van micrometerprecisie.

Stel je nu eens voor dat je hetzelfde zou doen met een bed van 1,5 kg. Het is niet verrassend dat 3D-printers die gebruikmaken van het Prusa i3-ontwerp om deze reden in de volksmond bed-slingers worden genoemd.

Wat gebeurt er als u toch snel afdrukt?

We hebben ontdekt waarom uw gemiddelde 3D-printer traag is. Maar wat als we de firmwarelimieten voor de afdruksnelheid en -versnelling zouden uitschakelen om toch snel af te drukken? De kosten van te snel bewegen gaan verder dan het uitoefenen van enorme druk op de stappenmotoren en ervoor zorgen dat ze oververhit raken. Printkwaliteit is het eerste slachtoffer in de strijd tussen een zwakke motor en de koppige massa van een zwaar bed. Dit manifesteert zich als rinkelen of nevenbeelden die worden veroorzaakt door overmatige trillingen die samenhangen met snel afdrukken.

In extreme gevallen kunnen de componenten van de 3D-printer na verloop van tijd loskomen. Hoewel het gemakkelijk is om schroeven weer vast te draaien, leidt snel printen op Prusa i3-stijl vaak tot onomkeerbare slijtage van de bewegingscomponenten. Het zwaarst getroffen zijn de goedkope V-gleufrollen die worden gebruikt in het bewegingssysteem van dergelijke printers. De kunststof wielen die langs V-vormige sporen op aluminium profielen lopen, slijten aanzienlijk bij hoge afdruksnelheden.

De typische 3D-printer op basis van het Prusa i3-ontwerp kan niet snel printen met enige mate van kwaliteit of langdurige betrouwbaarheid. Maar hoe zit het met printers op basis van verschillende ontwerpen. Er moeten enkele haalbare alternatieven zijn die geschikt zijn om snel af te drukken, toch?

Delta-printers: goedkoop en snel, maar onnauwkeurig

Delta 3D-printers zijn vanaf het begin ontworpen om snel te zijn. Hun lichte printkop is sneller en beter controleerbaar dankzij het inherent lagere momentum. Bovendien gebruikt het Delta-ontwerp minder componenten dan zijn bed-slinger-tegenhanger, waardoor het nog goedkoper te produceren is. Printers die zowel goedkoop als snel zijn, klinken perfect, maar waarom zien we er dan niet genoeg?

Printers op basis van het Delta-ontwerp compromis veel in hun streven naar snelheid. Hun compacte en lichtgewicht printkoppen maken het onmogelijk om een ​​direct drive extruder te implementeren. Lees meer over deze technologie in onze extrudergids met directe aandrijving. Ondertussen zorgt deze extruderbeperking voor alleen Bowden ervoor dat Delta-printers niet in staat zijn om flexibele filamenten te verwerken, wat hun veelzijdigheid schaadt.

Hun grootste compromis komt echter in de vorm van verminderde afdrukkwaliteit, vooral bij het afdrukken van grote modellen die horizontaal zijn uitgespreid. Bovendien is de afdrukkwaliteit van het oppervlak die wordt bereikt door een Delta niet vergelijkbaar met die van bedslingers. Dit wordt nog verergerd door het ronde bed dat het bouwvolume beperkt, en hun algemene neiging om alleen uit te blinken bij hoge prints.

Deze beperkingen zijn ernstig genoeg voor de 3D-printindustrie voor consumenten om Delta-printers tot een niche te hebben verbannen, ondanks hun indrukwekkende snelheid en kosteneffectiviteit.

CoreXY-printers: snelheid heeft een prijs

De snelste printers die er zijn, zijn gebaseerd op CoreXY-kinematica, zoals uitgelegd in onze beginnershandleiding voor Voron 3D-printers. Dit is een geavanceerd bewegingssysteem waarbij het bed grotendeels stilstaat, maar de aanzienlijk lichtere printkop razendsnel wordt verplaatst. In tegenstelling tot Delta-printers, behoudt het CoreXY-ontwerp de kwaliteit terwijl het gebruik van direct drive-extruders mogelijk maakt.

Het enige probleem is dat de extreme complexiteit en hoge kosten deze printers onhaalbaar maken voor 3D-printen voor consumenten. Als zodanig blijven CoreXY-printers beperkt tot niche-open-sourceprojecten die gericht zijn op liefhebbers van 3D-printen. Dat is niet verwonderlijk als je bedenkt hoe de gemiddelde CoreXY 3D-printer ergens tussen de $ 1000 en $ 2000 aan onderdelen kost.

Fabrikanten van 3D-printers voor consumenten zijn er nog steeds niet achter hoe ze deze technologie goedkoop en toegankelijk genoeg kunnen maken voor reguliere gebruikers.

Snelheid is een luxe die 3D-printers zich niet kunnen veroorloven

Kortom, snel 3D printen is een dure aangelegenheid. U kunt ofwel een goedkope Delta-printer hebben die snel gaat ten koste van kwaliteit en volume, of u kunt een fortuin uitgeven aan een CoreXY-machine. Geen van beide uitersten past goed bij de consument.

En daarom is vrijwel elke 3D-printer voor consumenten gebaseerd op het Prusa i3-ontwerp. Deze printers zijn misschien traag, maar ze bieden niettemin een goede balans tussen prijs, functies en prestaties. Snelheid is een ongelukkig slachtoffer van de productie van 3D-printers met aantrekkingskracht op de massamarkt.

5 minder bekende tools die het onderhoud van de 3D-printer gemakkelijker maken

Lees volgende

Over de auteur