3D印表機從Reprap開源發展而來,其實正確的名稱是快速成型機RP (Rapid Prototyping)。
熱熔絲FDM式3D列印機是目前最普遍的機種,
依結構型式可分類成"XY-Z型"及"Delta型"等兩大類;
而擠出進料方式則又可分為"近程擠出(近端送料)"及"遠程擠出(遠端送料)"兩種。
(1) 直角坐標系XY-Z結構:
結構為直角坐標系之X-Y-Z三軸互相垂直之結構,簡稱為XY-Z機型。
三個馬達,X-Y-Z各自獨立控制一個方向的移動。
Reprap代表機型為Prusa i3 (下圖一),是最多人自己DIY組裝的開源機型,所有資料皆可在網路找到自行買零件組裝。
Prusa i3架構的特點是Y軸是由成型平台來前後移動,X軸及Z軸由熱頭來移動。
Prusa i3在擠出進料的部分早期大多是採用"近端送料"設計(Wade)亦即其擠出機馬達直接與熱頭在一起。
近程設計之優點為擠出機馬達就近將線材出到熱頭、線材不須經過管子長距離推送可避免線材推進時的困惱(譬如斷裂,或軟料較難推進);
但缺點是整個熱頭因背負馬達的重量因此整體太重慣性大,對移動速度及控制較為不利。
不過近年來愈來愈多廠商新開發的機器改為採用"遠端送料"(bowden),
譬如創想三維之CR-10S則是採用"遠程"擠出設計。
2016年中由台灣高雄團隊自行設計開發的Infinity X1其成型之優異可為此機型之最佳代表作。
(2) Cube箱型(平台上下移動):
類似XY-Z架構,但此機型平台是Z方向上下移動而是前後Y方面移動,而X-Y移動皆由上方的熱頭來移動。
此架構原理上是比Prusa i3架構穩定,但還是看機體及零件用料好壞而定。
知名代表品牌是Ultimaker(荷蘭)及Zortrax(波蘭)其X/Y採用十字車光軸。
另外,還有所謂的H-Bot及Core-XY架構。
H-Bot的XY只用一條皮帶傳動,而core-XY使兩條皮帶。
(3) Delta三角洲並聯臂結構:
主結構為”三角式”故稱為Delta(三角洲)。
傳動方式採用三組”並聯臂”,每組並聯臂有兩個聯桿,此結構常見於工業界自動化設備之機械手臂。
Delta機型美國原發明大神發佈了兩種設計:Rostock 及 Kossel。差別是傳動部分,Rostock是採用圓柱形鋼管(常稱為光桿),而Kossel是採用線性導軌。(註:低價版也有用滑車/滑輪式的)。
跟XY-Z機型不同的是,Delta機型平台是固定不動的,XYZ三個方向都是熱頭移動,因此平台較為穩固。但因
移動方向是由三個馬達/並聯臂共同控制的、而不是個別控制一個方向;也因此Delta機構及控制較XY-Z機型來得複雜,校正也較困難。
Delta機型皆是採用”遠程”擠出設計(Bowden):擠出機馬達與熱頭是分開的,中間用耐高溫鐵氟龍管(要耐250以上)連接。遠程的優點是熱頭沒有背負馬達因此重量輕有利於移動控制,但要注意擠出機進料經過長長的管子推送到熱頭是否能順順出料(印軟料困難度較高,速度要很慢)。
Delta機型相較於XY-Z機型的優勢主要是列印速度可較快(因為成型平台固定不動)、不少人喜歡Delta並聯臂在列印時看起來就像機器人手臂一樣相當有意思。
但缺點是,Delta機型因為採用機器手臂之架構、因此其校正比XY-Z機型來得複雜與困難,普遍上尺寸較不精準。
因此新手不推薦Delta機器(尤其是DIY散件要全部自己組裝的則更是非常不推薦)。
p.s. 以上提及的XY-Z乃是結構上的通稱,跟某公司(英文名稱XYZ Printing)完全沒有關係、請勿誤會!
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