Perché le stampanti 3D sono così lente?

La stampa 3D è diventata economica e affidabile nel corso degli anni. Materiali adatti ai principianti come PLA e PETG hanno reso la produzione domestica più accessibile di prima. Sfortunatamente, l’effettivo processo di stampa 3D rimane terribilmente lento, in molti casi richiedendo diversi giorni di stampa.

Perché le stampanti 3D svolgono ancora la loro attività a un ritmo glaciale, quando sono disponibili per i consumatori da oltre un decennio?

La risposta sta nelle sfide ingegneristiche e di produzione dietro la realizzazione della stampa 3D commercialmente praticabile. Diamo un’occhiata a queste sfide e a una tecnologia promettente che potrebbe rendere la stampa 3D più veloce per tutti.

I dormienti non amano muoversi velocemente

Il primo indizio risiede nell’aspetto stesso di una tipica stampante 3D consumer. La ricerca di stampanti 3D su Amazon produce risultati che sembrano praticamente indistinguibili l’uno dall’altro. Questo è uno sfortunato sottoprodotto delle stampanti 3D di consumo basate sul design Prusa i3. Apparentemente non esiste un approccio migliore alla produzione di massa di stampanti economiche. Sfortunatamente, questa ricerca dell’efficienza in termini di costi va a scapito della velocità.

Diamo una rapida occhiata al sistema di movimento Prusa i3 per capire perché è così.

Il tuo 3D medio di livello consumer è economico principalmente perché non è complicato. Questa semplicità si estende anche al loro sistema di movimento. L’asse X, ad esempio, comprende la testina di stampa che si muove lungo una lunghezza di estrusione di alluminio a V. L’asse Z, a sua volta, sposta l’intero assieme dell’asse X su e giù. Potrebbe sembrare un sacco di peso, ma non è una grande preoccupazione perché le stampanti 3D si muovono lungo l’asse Z raramente e solo una frazione di millimetro alla volta.

Tuttavia, la configurazione dell’asse Y di tali stampanti è decisamente non ottimale. Questo povero asse ha il compito erculeo di spostare l’intero letto, che è anche il componente più pesante in una stampante 3D. Per stampare velocemente, idealmente si desidera che i componenti in movimento siano il più leggeri possibile. È già difficile spostare rapidamente una testina di stampa del peso di 150 grammi, pur mantenendo la precisione micrometrica.

Ora, immagina di fare lo stesso con un letto da 1,5 kg. Non sorprende che le stampanti 3D che utilizzano il design Prusa i3 siano colloquialmente chiamate bed-slingers per questo motivo.

Cosa succede quando stampi velocemente comunque?

Abbiamo capito perché la tua stampante 3D media è lenta. Ma cosa succederebbe se dovessimo disabilitare i limiti del firmware sulla velocità di stampa e l’accelerazione per stampare comunque velocemente? Il costo di muoversi troppo velocemente va oltre l’enorme stress sui motori passo-passo e causarne il surriscaldamento. La qualità di stampa è la prima vittima nella lotta tra un motore debole e la massa ostinata di un letto pesante. Questo si manifesta come squillo o ghosting causato da vibrazioni eccessive associate alla stampa veloce.

In casi estremi, i componenti della stampante 3D possono scuotersi nel tempo. Sebbene sia facile stringere nuovamente le viti, la stampa veloce su Prusa i3-style spesso porta a un’usura irreversibile dei componenti in movimento. I più colpiti sono i rulli a V economici utilizzati nel sistema di movimento di tali stampanti. Le ruote in plastica che corrono lungo binari a forma di V su estrusi di alluminio si consumano in modo significativo se sottoposte a velocità di stampa elevate.

La tipica stampante 3D basata sul design Prusa i3 non può stampare velocemente con alcun grado di qualità o affidabilità a lungo termine. Ma che dire delle stampanti basate su design diversi. Ci dovrebbero essere alcune alternative praticabili adatte per la stampa veloce, giusto?

Stampanti Delta: economiche e veloci, ma imprecise

Le stampanti 3D Delta sono progettate da zero per essere veloci. La loro testina di stampa leggera è più veloce e più controllabile grazie al suo slancio intrinsecamente inferiore. Inoltre, il design Delta utilizza meno componenti rispetto alla sua controparte bed-slinger, il che lo rende ancora più economico da produrre. Le stampanti che sono economiche e veloci suonano perfette, ma allora perché non ne vediamo abbastanza?

Le stampanti basate sul design Delta compromettono molto nella loro ricerca della velocità. Le loro testine di stampa compatte e leggere rendono impossibile l’implementazione di un estrusore ad azionamento diretto. Scopri di più su questa tecnologia nella nostra guida all’estrusore ad azionamento diretto. Nel frattempo, questa restrizione dell’estrusore solo Bowden rende le stampanti Delta incapaci di gestire filamenti flessibili, il che danneggia la loro versatilità.

Tuttavia, il loro più grande compromesso si presenta sotto forma di qualità di stampa ridotta, specialmente durante la stampa di modelli di grandi dimensioni che sono sparsi orizzontalmente. Inoltre, la qualità di stampa superficiale ottenuta da un Delta non è paragonabile a quella dei comodini. Ciò è ulteriormente esacerbato dal letto circolare che limita il volume di costruzione e dalla loro propensione generale a eccellere solo nelle stampe alte.

Queste limitazioni sono abbastanza gravi da consentire all’industria della stampa 3D di consumo di aver relegato le stampanti Delta a una nicchia nonostante la loro impressionante velocità ed economicità.

Stampanti CoreXY: la velocità ha un prezzo

Le stampanti più veloci in circolazione si basano sulla cinematica CoreXY, come spiegato nella nostra guida per principianti alle stampanti 3D Voron. Questo è un sofisticato sistema di movimento in cui il letto è in gran parte fermo, ma la testina di stampa significativamente più leggera viene spostata a velocità fulminee. A differenza delle stampanti Delta, il design CoreXY mantiene la qualità consentendo l’uso di estrusori a trasmissione diretta.

L’unico problema è che l’estrema complessità e gli alti costi coinvolti rendono queste stampanti impraticabili per la stampa 3D consumer. Pertanto, le stampanti CoreXY rimangono limitate a progetti open source di nicchia rivolti agli appassionati di stampa 3D. Ciò non sorprende considerando come la stampante 3D CoreXY media costi ovunque tra $ 1000 e $ 2000 solo in parti.

I produttori di stampanti 3D consumer non hanno ancora capito come rendere questa tecnologia economica e abbastanza accessibile per gli utenti tradizionali.

La velocità è un lusso che le stampanti 3D non possono permettersi

Per riassumere, la stampa 3D veloce è un affare costoso. Puoi avere una stampante Delta economica che va veloce a scapito della qualità e del volume di costruzione, oppure puoi spendere una fortuna su una macchina CoreXY. Nessuno di questi estremi si adatta bene ai consumatori.

Ed è per questo che praticamente ogni stampante 3D consumer si basa sul design Prusa i3. Queste stampanti potrebbero essere lente, ma comunque raggiungono un buon equilibrio tra prezzo, caratteristiche e prestazioni. La velocità è una sfortunata vittima della produzione di stampanti 3D con un appeal per il mercato di massa.