Por que as impressoras 3D são tão lentas?

A impressão 3D tornou-se barata e confiável ao longo dos anos. Materiais amigáveis ​​para iniciantes, como PLA e PETG, tornaram a fabricação doméstica mais acessível do que antes. Infelizmente, o processo real de impressão 3D permanece extremamente lento, em muitos casos exigindo vários dias de impressão.

Por que as impressoras 3D ainda fazem seus negócios em um ritmo glacial, quando estão disponíveis para os consumidores há mais de uma década?

A resposta está nos desafios de engenharia e produção por trás de tornar a impressão 3D comercialmente viável. Vamos dar uma olhada nesses desafios e em uma tecnologia promissora que pode tornar a impressão 3D mais rápida para todos.

Bed-Slingers não gostam de se mover rápido

A primeira pista está na própria aparência de uma impressora 3D típica do consumidor. Pesquisar impressoras 3D na Amazon produz resultados que parecem praticamente indistinguíveis uns dos outros. Esse é um subproduto infeliz das impressoras 3D de consumo baseadas no design Prusa i3. Aparentemente, não há melhor abordagem para a fabricação em massa de impressoras baratas. Infelizmente, essa busca pela eficiência de custos vem à custa da velocidade.

Vamos dar uma olhada rápida no sistema de movimento Prusa i3 para entender por que esse é o caso.

Seu 3D de consumo médio é barato principalmente porque é descomplicado. Essa simplicidade também se estende ao seu sistema de movimento. O eixo X, por exemplo, compreende o movimento da cabeça de impressão ao longo de um comprimento de extrusão de alumínio com ranhura em V. O eixo Z, por sua vez, move todo o conjunto do eixo X para cima e para baixo. Isso pode parecer muito peso, mas não é uma grande preocupação porque as impressoras 3D se movem ao longo do eixo Z com pouca frequência e apenas uma fração de milímetro por vez.

No entanto, a configuração do eixo Y dessas impressoras é definitivamente abaixo do ideal. Este pobre eixo é encarregado da tarefa hercúlea de mover toda a cama, que também é o componente mais pesado em uma impressora 3D. Para imprimir rapidamente, o ideal é que os componentes móveis sejam o mais leves possível. Já é complicado mover rapidamente uma cabeça de impressão pesando 150 gramas, mantendo a precisão do micrômetro.

Agora, imagine fazer o mesmo com uma cama de 1,5 kg. Não surpreendentemente, as impressoras 3D que empregam o design Prusa i3 são coloquialmente chamadas de bed-slingers por esse motivo.

O que acontece quando você imprime rápido de qualquer maneira?

Descobrimos por que sua impressora 3D média é lenta. Mas e se desativássemos os limites do firmware na velocidade de impressão e aceleração para imprimir rápido de qualquer maneira? O custo de se mover muito rápido vai além de colocar um tremendo estresse nos motores de passo e fazer com que eles superaqueçam. A qualidade de impressão é a primeira vítima na luta entre um motor fraco e a massa teimosa de uma cama pesada. Isso se manifesta como toques ou fantasmas causados ​​por vibração excessiva associada à impressão rápida.

Em casos extremos, os componentes da impressora 3D podem se soltar com o tempo. Embora seja fácil reapertar os parafusos, a impressão rápida no estilo Prusa i3 geralmente leva ao desgaste irreversível dos componentes de movimento. Os mais atingidos são os rolos V-slot baratos usados ​​no sistema de movimento dessas impressoras. As rodas de plástico que correm ao longo de trilhos em forma de V em extrusões de alumínio se desgastam significativamente quando submetidas a altas velocidades de impressão.

A impressora 3D típica baseada no design Prusa i3 não pode imprimir rapidamente com qualquer grau de qualidade ou confiabilidade a longo prazo. Mas e as impressoras baseadas em designs diferentes. Deve haver algumas alternativas viáveis ​​adequadas para impressão rápida, certo?

Impressoras Delta: baratas e rápidas, mas imprecisas

As impressoras 3D Delta são projetadas desde o início para serem rápidas. Sua cabeça de impressão leve é ​​mais rápida e mais controlável devido ao seu impulso inerentemente menor. Além disso, o design da Delta usa menos componentes do que sua contraparte da cama-slinger, o que o torna ainda mais barato de fabricar. Impressoras baratas e rápidas parecem perfeitas, mas por que não vemos o suficiente delas?

As impressoras baseadas no design Delta comprometem muito em sua busca por velocidade. Suas cabeças de impressão compactas e leves impossibilitam a implementação de uma extrusora de acionamento direto. Saiba mais sobre essa tecnologia em nosso guia de extrusora de acionamento direto. Enquanto isso, essa restrição de extrusora apenas Bowden torna as impressoras Delta incapazes de lidar com filamentos flexíveis, o que prejudica sua versatilidade.

No entanto, seu maior compromisso vem na forma de qualidade de impressão reduzida, especialmente ao imprimir modelos grandes que estão espalhados horizontalmente. Além disso, a qualidade de impressão de superfície alcançada por uma Delta não é comparável a de uma cama-slingers. Isso é ainda mais exacerbado pela cama circular que limita o volume de construção e sua propensão geral a se destacar apenas em impressões altas.

Essas limitações são severas o suficiente para que a indústria de impressão 3D de consumo tenha relegado as impressoras Delta a um nicho, apesar de sua impressionante velocidade e custo-benefício.

Impressoras CoreXY: a velocidade tem um preço

As impressoras mais rápidas são baseadas na cinemática CoreXY, conforme explicado em nosso guia para iniciantes de impressoras 3D Voron. Este é um sistema de movimento sofisticado onde a cama é em grande parte estacionária, mas a cabeça de impressão significativamente mais leve é ​​movida a velocidades extremamente rápidas. Ao contrário das impressoras Delta, o design CoreXY mantém a qualidade enquanto permite o uso de extrusoras de acionamento direto.

O único problema é que a extrema complexidade e os altos custos envolvidos tornam essas impressoras inviáveis ​​para a impressão 3D do consumidor. Como tal, as impressoras CoreXY permanecem restritas a projetos de código aberto de nicho voltados para entusiastas da impressão 3D. Isso não é surpreendente, considerando como a impressora 3D CoreXY média custa entre US $ 1.000 e US $ 2.000 apenas em peças.

Os fabricantes de impressoras 3D de consumo ainda não descobriram como tornar essa tecnologia barata e acessível o suficiente para usuários comuns.

Velocidade é um luxo que as impressoras 3D não podem pagar

Para resumir, a impressão 3D rápida é um assunto caro. Você pode ter uma impressora Delta barata que é rápida ao custo de qualidade e volume de construção, ou pode gastar uma fortuna em uma máquina CoreXY. Nenhum desses extremos se encaixa bem com os consumidores.

E é por isso que praticamente todas as impressoras 3D de consumo são baseadas no design Prusa i3. Essas impressoras podem ser lentas, mas mesmo assim conseguem um bom equilíbrio entre preço, recursos e desempenho. A velocidade é uma infeliz vítima da fabricação de impressoras 3D com apelo de mercado de massa.

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