ریل واگن (ریل خطی) و ریل وی (اکستروژن آلمینیوم): سیستم حرکتی چاپگرهای سه بعدی

سیستم حرکتی ریل واگن (ریل خطی) در چاپگر سه بعدی؛ چرا واقعا بهتر است؟

گفته می شود که چاپگرهای سه بعدی ریل خطی (ریل-واگنی) حرکات صاف و دقیق تری را ارائه می دهند. سیستم حرکتی ریل واگن که به آنها راهنمای حرکت خطی یا لغزش خطی (Linear Rail) نیز گفته می شود، استاندارد محور رایجی هستند که برای دستیابی به حرکات لغزشی صاف استفاده می شوند. آنها را می توان در چاپگرهای سه بعدی، برشگر CNC، برشگر واترجت و موارد مشابه یافت.

یک ریل خطی از یک ریل فولادی سفت تشکیل شده است که در امتداد آن یک کالسکه (واگن یا حامل) می لغزد. معمولاً کالسکه حاوی بلبرینگ‌های چرخشی (ساچمه) است که نقاط تماس بین واگن و ریل را فراهم می کند (حرکت لغزشی صاف در حین چرخش ساچمه‌ها بین سطوح). شکل محور، کالسکه را قادر می سازد تا با تلورانسهای محکم قفل شود و حرکت را به جهات کاملاً خطی محدود کند.

چاپگرهای سه بعدی با سیستم حرکتی ریل واگن از مزایای متعدد این ریل های خطی برای دستیابی به دقیقترین و بهترین استاندارد حرکت استفاده می کنند.

مزایای ریل واگن برای پرینتر سه بعدی

اکثر پرینترهای سه بعدی از میله های خطی فولادی سخت شده استفاده می کنند که بصورت پشت سر هم با بلبرینگهای خطی استفاده می شود. این ترکیب برای هزاران چاپگر و کاربر حرفه‌ای بخوبی کار کرده است، بنابراین ریل های خطی چه چیزی در چنته دارند؟

• ریل – واگن (خطی) سفت‌تر هستند. به دلیل عواملی مانند شکل و سختی فلز، ریل‌های خطی بطور قابل توجهی کمتر از میله‌های خطی خم می شوند. متقاعد نشدید؟ سعی کنید یکی را خودتان خم کنید، سپس آن را با یک میله خطی معمولی مقایسه کنید. از نظر پرینت سه بعدی، این حد استحکام منجر به کاهش عکس‌العمل‌ منفی و خطای سطح زبر قطعه می‌شود (سطوح و لبه‌های چاپ تمیزتر را در قطعه پرینتی بهمراه دارد). همچنین حامل ریل خطی در حالت عادی، ثابت و محکم سرجای خود بوده و فقط با فرمان موتور استپر حرکت دقیق و روان خود را انجام میدهد.
• با خیال راحت، به یک ریل خطی بسنده کنید. برخلاف میله های خطی، ریلهای خطی امکان چرخش (لقی یا انحراف) کالسکه را ندارند: بنابراین هنگام راه‌اندازی این سیستم حرکتی، یک ریل هم می‌تواند به تنهایی به حرکت کاملاً خطی دست یابد، “همانطور که در عکس بالا نشان داده شده است”. ولی در مورد میله های خطی، معمولا دو مورد برای جلوگیری از چرخش یا لقی لازم است که منجر به چالش تراز مناسب و ملاحظات وزن می شود. استفاده از ریل خطی می‌تواند مونتاژ ساده‌تر، سبک‌تر و چابک‌تری ایجاد کند که همچنین سطح رگه رگه پرینت سه بعدی را کاهش می‌دهد.
• دقت بالاتر، حرکت نرم‌تر. سیستم ریل-واگن معمولاً با تلرانسهای بسیار محکم تر از میله های خطی ساخته می شوند. این دقت بالاتر به کاهش بازی و اتصال با ثبات ختم میشود (مثلا زمانی که یاتاقان‌ها می‌گیرند و به آرامی غلت نمی‌خورند). پس حرکت نرم‌تر و یکنواخت‌تری را بهمراه دارد.
• نصب ریل‌های خطی معمولا آسان‌تر و دقیق‌تر راحت تر از میله خطی است. ریل‌ها و واگن هر دو دارای سوراخ های نصب منظم هستند، بنابراین چند پیچ همه چیز را قفل می‌کند. برعکس میله‌ها و یاتاقان‌های استاندارد قدیمی‌تر خطی که شکل‌های گرد آن‌ها نیازمند راه‌حل‌های نصب خلاقانه‌تر و اغلب چالشی‌تر روی بدنه یا فریم چاپگرهای سه بعدی است.

ملاحظات ریل واگن در چاپگر سه بعدی:

خب البته که هیچ چیز کامل نیست. در ادامه برخی نکات مهمی که هنگام نصب سیستم ریل واگن باید در نظر بگیرید را شرح میدهیم:

• ریل واگن‌ خطی گران است. هر ریل خطی مناسب معمولا چندین برابر بیشتر از یک ترکیب قابل مقایسه از میله خطی و بلبرینگ هزینه خواهد داشت. برای دقت ممتاز، سختی، و حرکت صاف باید هزینه بیشتری بپردازید.
• ریل های خطی باید توسط کارگر ماهر مونتاژ شوند. مثلا برخلاف یاتاقان‌های خطی گرد، بلبرینگ‌ها در واگن‌های ریلی خطی معمولاً درپوش و قفل نمی‌شوند. اگر حامل به‌طور تصادفی از ریل بیفتد، ممکن است برخی از بلبرینگ‌ها بیرون بزنند و منجر به حرکت ناهماهنگ شوند.
• نیازمند فرایند تمیزکاری دوره ای. مانند هر نوع استاندارد محور حرکتی، ساختار ریل واگن نیز باید با مواد تمیزکننده سازگار گردگیری و روان شوند (معمولا پاک‌کننده‌های غیرچرب تا از جذب گرد و غبار یا خشک شدن روغن روی بخش حرکتی جلوگیری شود مثلا اسپری چرب تمیزکاری ناهید رنگ آبی)

بطور کلی، اگر مایلید مقدار پول بیشتری خرج کنید و تمایل به حرکت صاف و دقیق دارید، خرید یک چاپگر سه بعدی با سیستم حرکتی ریل واگن خطی ایده خوبیست. متأسفانه، به دلیل هزینه آنها، چاپگرهای تجاری زیادی با ریل های خطی یکپارچه وجود ندارد. اکثر ماشین‌ها از غلتک‌های شکاف V استفاده می‌کنند که بطور قابل توجهی ارزان‌تر هستند.

معمولا چاپگرهای سه بعدی زیادی با ریل خطی وجود ندارد، همچنین تعداد انگشت شماری از پروژه های چاپگر سه بعدی DIY (کیت مونتاژی) از آنها استفاده می کنند (بعلت هزینه و مهارت مونتاژ). البته، شما خودتان میتوانید این پرینترهای سه بعدی را بسازید؛ اگر سازنده باتجربه ای هستید و برای این چالش هیجان انگیز آماده هستید. چند برند محبوب چاپگر سه بعدی در این زمینه عبارتند از

Voron (2.4 – Switchwire) و BLV mgn12 که هر دو منبع باز هستند و از ریل های خطی حداقل در یک محور استفاده می‌کنند.

Tiertime، تولید کننده و تامین‌کننده قطعات پرینترهای FDM رومیزی و حرفه ای، دارای چند ماشین با ریلهای خطی است؛ مانند Cetus MK3 – UP Mini 2 – Cetus2 از ریل واگن بهره برده است. برند Atom در محصول Atom 3.5 دارای ریلهای خطی است (البته یک چاپگر به سبک دلتا است نه دکارتی). برخی از نمونه‌های محبوب چاپگر با ریل خطی عبارتند از Prusa XL – Markforged Mark Two و E3D Toolchanger.

در نهایت، اگر قبلاً یک 3DPrinter دارید اما همچنان می خواهید از مزایای ریل های خطی استفاده کنید، شاید بتوانید یک دستگاه موجود را با این سیستم حرکتی ارتقا دهید. برای چاپگرهای کیت مونتاژی، مانند Ender 3، کافیست کیت‌های ریل خطی را خریداری کنید که همه چیزهایی را که برای نصب نیازمندید را بهمراه دارد و برای نصب، یک راهنمای آنلاین را دنبال کنید. از طرف دیگر، اگر کیت در دسترس نیست، می‌توانید تمام سخت‌افزار را بصورت جداگانه خریداری کنید و از پایه و گیره پرینت شونده برای نصب ارتقاء استفاده کنید.