Como escolher um fuso de esferas para um eixo Z de impressora 3D

Em um sistema de movimento de impressora 3D, o eixo Z geralmente não requer a mesma alta velocidade que os eixos X e Y. No entanto, isso tem uma influência direta na estabilidade da máquina, no levantamento da base, na consistência da camada e no-desempenho de impressão a longo prazo.

Se a base de impressão não se mover suavemente, se uma grande plataforma aquecida inclinar durante a elevação ou se a estrutura do eixo-Z não for rígida o suficiente, a qualidade final da impressão poderá ser afetada.

Muitas impressoras 3D DIY de mesa usam um parafuso T8 no eixo Z. Essa é uma solução simples e{3}} econômica para pequenas impressoras com cargas leves e viagens curtas. Mas quando a impressora fica maior, a base aquecida fica mais pesada ou a máquina é usada para impressão industrial ou processamento híbrido, um parafuso de avanço T8 padrão pode começar a apresentar limitações em rigidez, eficiência, suavidade e estabilidade-de longo prazo.

Nestes casos, um fuso de esferas torna-se uma opção mais prática para o sistema de elevação do eixo-Z. Não é uma atualização necessária para todas as impressoras 3D, mas pode ser uma escolha melhor para sistemas de eixo Z-que exigem maior capacidade de carga, movimento vertical mais suave, deslocamento mais longo e usinagem final personalizada.

Este guia explica a função básica dos eixos X, Y e Z em uma impressora 3D, por que os parafusos de esfera são mais comumente considerados para o eixo Z em vez dos eixos X/Y, como escolher entre um parafuso de avanço e um parafuso de esfera e como selecionar o parafuso de esfera do eixo Z da impressora 3D correto com base no diâmetro, avanço, tipo de porca, curso e usinagem final.

O que os eixos X, Y e Z fazem em uma impressora 3D?

Uma impressora 3D se move em três direções principais: eixo X, eixo Y e eixo Z.

• OEixo Xgeralmente se refere ao movimento para a esquerda-e-para a direita. Controla a posição da cabeça de impressão ou bocal na direção horizontal.
• OEixo Ygeralmente se refere ao movimento para frente-e-para trás. Dependendo da estrutura da impressora, ela pode movimentar o cabeçote de impressão, a base ou parte do sistema de pórtico.
• OEixo Zrefere-se ao movimento vertical. Ele controla o movimento para cima-e{2}}para baixo do cabeçote de impressão, base aquecida, plataforma ou pórtico.

Em termos simples, os eixos X e Y formam a forma de cada camada impressa, enquanto o eixo Z controla a altura entre as camadas. Durante a impressão, o bico se move no plano X/Y para criar uma camada. Após a conclusão dessa camada, o eixo Z se move uma altura de camada e a próxima camada começa.

Esta diferença também explica porque é que os três eixos utilizam frequentemente estruturas de movimento diferentes. Os eixos X e Y geralmente precisam de movimentos rápidos, leves e responsivos. O eixo Z geralmente se move mais lentamente, mas deve permanecer estável e pode precisar carregar mais peso.

Por causa disso, os eixos X/Y e o eixo Z são frequentemente projetados com diferentes métodos de transmissão.

Por que os fusos de esferas não são comumente usados ​​nos eixos X/Y

Os parafusos de esferas podem ser usados ​​nos eixos X e Y em algumas máquinas especiais, mas não são a escolha comum para a maioria das impressoras 3D FDM. Em muitas impressoras de mesa ou DIY, os eixos X/Y usam correias para conduzir o movimento, juntamente com hastes lisas, eixos lineares ou trilhos-guia lineares para orientação.

Este ponto é importante: hastes lisas ou trilhos-guia lineares fornecem orientação, enquanto as correias fornecem o movimento de condução real. As hastes ou trilhos mantêm as peças móveis em um caminho reto. O motor e o sistema de correia criam o movimento.

Existem vários motivos pelos quais os parafusos de esferas geralmente não são preferidos para os eixos X/Y de impressoras 3D comuns.

Primeiro, os eixos X e Y requerem alta velocidade e aceleração frequente. A cabeça de impressão muda de direção muitas vezes durante cada camada. Um sistema de transmissão mais leve ajuda a máquina a responder mais rapidamente. A transmissão por correia é mais leve e mais adequada para esse tipo de movimento repetido em alta-velocidade.

Em segundo lugar, um fuso de esfera longo girando em alta velocidade pode ser limitado pela velocidade crítica, vibração e precisão de instalação. Se o parafuso for longo e o eixo se mover rapidamente, o parafuso poderá gerar ruído, vibração ou erros de movimento indesejados, a menos que toda a estrutura seja projetada com muito cuidado.

Terceiro, as correias já são suficientes para muitas aplicações de impressão FDM. Para impressoras de mesa, impressoras DIY e muitos designs CoreXY, as correias oferecem um bom equilíbrio entre velocidade, custo e flexibilidade de instalação.

Por esta razão, uma estrutura comum em muitas impressoras 3D é:

Eixos X/Y: hastes lisas ou trilhos-guia lineares para orientação e correias para acionamento do movimento.

É também por isso que os parafusos esféricos são mais frequentemente discutidos para o eixo Z em vez dos eixos X ou Y em aplicações de impressora 3D.

Por que o eixo Z geralmente usa parafusos de avanço ou fusos de esferas

O eixo Z funciona de maneira diferente dos eixos X e Y. Geralmente não precisa de movimentos rápidos-e-para frente e para trás. Sua principal função é mover a cama, plataforma, cabeçote de impressão ou pórtico para cima e para baixo, mantendo a altura de cada camada estável.

Em muitas impressoras 3D, o eixo Z suporta a base aquecida, a plataforma de impressão, a viga do eixo X-ou até mesmo toda a estrutura do pórtico. A velocidade do movimento é geralmente baixa, mas a estabilidade, a capacidade de carga e o movimento vertical repetível são importantes.

É por isso que o eixo Z costuma usar este tipo de estrutura:

hastes lisas ou trilhos-guia lineares para orientação e um parafuso de avanço ou fuso de esfera para movimento de elevação.

Tanto os parafusos de avanço quanto os parafusos de esfera convertem o movimento rotativo de um motor em movimento linear. A diferença está na forma como a porca e o parafuso interagem. Um parafuso de avanço funciona principalmente com fricção deslizante. Um fuso de esferas funciona com contato rolante através de esferas recirculantes.

Para muitas impressoras 3D de mesa, um parafuso T8 já é suficiente. Para impressoras maiores, bases mais pesadas, deslocamento mais longo do eixo-Z ou sistemas mecânicos mais exigentes, um fuso de esfera pode fornecer melhor eficiência, movimento mais suave e melhor desempenho-a longo prazo.

É por isso que muitos usuários que procuram um fuso de esfera para impressora 3D estão, na verdade, concentrando-se na estrutura de elevação do eixo Z-.

Parafuso de avanço ou fuso de esferas: o que é melhor para uma impressora 3D eixo Z?

A escolha entre um fuso de avanço e um fuso de esferas não deve ser baseada apenas em qual deles parece mais preciso. Deve depender da estrutura real da máquina, carga, deslocamento, custo e requisitos de estabilidade.

Um parafuso de avanço T8, também chamado de parafuso de avanço trapezoidal, é uma escolha comum para muitos eixos Z de impressoras 3D DIY. Ele é simples, acessível, fácil de instalar e geralmente apresenta melhor comportamento de-travamento automático. Para pequenas impressoras de mesa, um parafuso de avanço geralmente pode fornecer desempenho de movimento vertical suficiente.

Um parafuso esférico tem maior eficiência de transmissão, menor atrito e movimento mais suave. É mais adequado para sistemas de eixo Z-com cargas mais pesadas, percursos mais longos ou requisitos de estabilidade mais elevados.

No entanto, um fuso de esferas também custa mais e requer melhor alinhamento, unidades de suporte adequadas, usinagem final adequada e lubrificação regular.

Um guia de seleção simples é mostrado abaixo:

Um parafuso esférico não é necessário para todas as impressoras 3D. Para impressoras de mesa pequenas e leves, pode ser mais do que o necessário. Mas quando a carga do eixo Z-se torna mais pesada, o deslocamento se torna mais longo, a plataforma se torna mais larga ou a máquina está mais próxima do equipamento industrial, as vantagens de um fuso de esferas tornam-se mais significativas.

Resumidamente:

Um parafuso de avanço é adequado para sistemas de eixo Z-de desktop de baixo custo,-carga leve. Um fuso de esfera é mais adequado para cargas-pesadas, formatos-grandes, cursos-longos ou sistemas industriais de eixo-Z.

Como escolher um fuso de esferas para um eixo Z de impressora 3D

Depois de decidir que o eixo Z precisa de um fuso de esferas, a próxima pergunta não é simplesmente "qual fuso de esferas é o melhor?" A melhor pergunta é:qual parafuso esférico corresponde à estrutura real da impressora?

Ao escolher um fuso de esferas para um eixo Z de impressora 3D, os fatores mais importantes são diâmetro, avanço, tipo de porca, comprimento total, curso efetivo e usinagem final.

Escolha o diâmetro com base na carga do eixo-Z

O diâmetro do parafuso esférico afeta a rigidez, a capacidade de carga e a resistência à flexão. Um diâmetro maior geralmente proporciona melhor rigidez, mas também aumenta o custo, o peso e os requisitos de espaço.

Para uma impressora 3D com eixo Z, nem sempre é melhor escolher o parafuso maior. O diâmetro deve corresponder ao peso da cama, ao tamanho da plataforma, à rigidez da estrutura e ao comprimento do percurso.

Uma referência geral é mostrada abaixo:

Para uma pequena impressora DIY, um parafuso esférico 1204 já pode ser suficiente.
Para uma impressora 3D de médio ou grande porte, um fuso de esfera 1605 costuma ser uma opção prática e equilibrada.
Para uma cama aquecida pesada, plataforma larga ou máquina industrial, 2005, 2010 ou tamanhos maiores podem ser considerados.

Para muitos sistemas de eixo Z-de impressoras 3D de médio e grande porte, um fuso de esfera 1605 é uma escolha comum porque oferece um bom equilíbrio entre rigidez, controle, custo e disponibilidade de instalação.

Escolha o lead com base nos requisitos de movimento

O avanço significa a distância que a porca se move quando o parafuso gira uma volta completa.

Por exemplo:

• Parafuso de esfera 1204: diâmetro de 12 mm, avanço de 4 mm
• Parafuso de esfera 1605: 16 mm de diâmetro, 5 mm de avanço
• Parafuso de esfera 1610: diâmetro de 16 mm, avanço de 10 mm
• Parafuso de esfera de 2005: diâmetro de 20 mm, avanço de 5 mm

Para uma impressora 3D com eixo Z, uma velocidade muito alta geralmente não é o requisito principal. Estabilidade, controlabilidade e consistência da camada são mais importantes.

Um fio menor proporciona movimentos mais finos e maior resolução mecânica. É melhor para elevação estável e movimento vertical controlado. Um cabo maior permite um movimento mais rápido, mas pode exigir mais torque do motor e um controle mais cuidadoso.

Para a seleção do eixo-Z, a seguinte lógica geralmente é prática:

• Avanço de 4 mm ou 5 mm: melhor para elevação estável do eixo-Z
• Cabo de 10 mm: adequado para estruturas especiais que necessitam de movimento vertical mais rápido

Eixo Z de{0}carga pesada: evite escolher um avanço grande apenas para velocidade

Para a maioria das aplicações de fuso esférico do eixo Z de impressoras 3D, modelos como 1204, 1605 e 2005 são mais fáceis de controlar e melhor adaptados ao movimento estável e de baixa-velocidade do eixo Z.

Escolha o tipo de porca com base no espaço de montagem

A porca do parafuso esférico deve corresponder à estrutura de montagem da impressora. Em muitos casos, o problema não é o parafuso em si, mas se a porca pode ser instalada corretamente.

Para sistemas de eixo Z-de impressoras 3D, uma porca flangeada costuma ser a escolha mais comum. Ele possui furos de montagem e pode ser fixado mais facilmente a uma placa de elevação, suporte do eixo-Z ou estrutura de plataforma.

Os tipos comuns de nozes incluem:

A maioria das impressoras 3D comuns não precisa de porca dupla. Uma porca dupla custa mais e ocupa mais espaço. É mais adequado para alta-rigidez, baixa{4}}folga ou sistemas de elevação industriais.

Para a maioria dos projetos de eixo-Z, as questões mais importantes são: A porca pode ser montada com firmeza? Os furos de montagem são convenientes? O porta-porca é rígido o suficiente?

Confirme o comprimento total e o curso efetivo

Ao escolher um fuso de esferas, não basta dizer: “Preciso de um parafuso de 500 mm”. O comprimento total do parafuso não é igual ao curso utilizável do eixo Z-.

Um parafuso esférico do eixo Z-de impressora 3D precisa considerar:

• comprimento total do parafuso
• curso eficaz
• comprimento roscado
• comprimento da porca
• espaço ocupado pela unidade de suporte
• espaço ocupado pelo acoplamento
• posições de montagem superior e inferior
• faixa real de deslocamento da plataforma

Se essas dimensões não forem confirmadas antecipadamente, o parafuso pode parecer longo o suficiente, mas depois que a unidade de suporte, o acoplamento e a porca forem instalados, o deslocamento real do eixo Z-pode não ser suficiente.

Para impressoras 3D de grande-formato ou personalizadas, é melhor confirmar primeiro o deslocamento máximo do eixo Z-da estrutura da máquina e, em seguida, determinar o comprimento total do parafuso e as dimensões de usinagem final.

Essa etapa é especialmente importante para projetos personalizados de fusos esféricos no eixo-Z, porque muitas impressoras 3D não usam simplesmente comprimentos de parafuso padrão. O parafuso esférico geralmente precisa corresponder à estrutura, à posição do motor, à unidade de suporte e ao espaço de montagem disponível.

Confirme a usinagem final para unidades de motor e suporte

A usinagem final é um dos detalhes mais facilmente esquecidos ao selecionar um fuso de esferas para o eixo Z de uma impressora 3D. Ele determina diretamente se o fuso de esferas pode ser instalado na máquina.

As extremidades usinadas de um fuso de esferas geralmente precisam corresponder:

• motor de passo ou servo motor
• acoplamento
• unidade de apoio
• consequência
• porca de travamento
• placa de montagem
• Os detalhes comuns de usinagem da extremidade do parafuso esférico incluem:
• usinagem de eixo escalonado
• diâmetro do assento do rolamento
• extremidade roscada
• ranhura do anel de retenção
• chaveta
• superfície plana
• chanfro
• usinagem de comprimento personalizado

Por exemplo, o diâmetro do eixo do motor, o tamanho do furo do acoplamento, o modelo da unidade de suporte e o diâmetro interno do rolamento afetam as dimensões da usinagem final. Mesmo que o diâmetro e o avanço do parafuso estejam corretos, o parafuso esférico ainda pode não encaixar na máquina se as extremidades usinadas não corresponderem ao acoplamento do motor, ao suporte do rolamento ou à estrutura de montagem.

Antes de solicitar um fuso de esferas do eixo-Z, é útil confirmar:

• diâmetro do eixo do motor
• tamanho do acoplamento
• tipo de unidade de suporte
• estrutura final-fixa e-com suporte
• desenho de usinagem final
• se um porta-porca ou unidade de suporte também é necessário

Para fabricantes de equipamentos ou compradores de lotes, a capacidade de usinagem final é muito importante. O fuso de esferas do eixo-AZ não é usado sozinho. Deve funcionar em conjunto com a estrutura da máquina, motor, unidade de suporte, porta-porca e sistema de guia linear.

Parafusos de esferas de eixo Z simples ou duplo?

A utilização de um ou dois fusos de esferas no eixo-Z depende principalmente da largura da plataforma, da distribuição de carga e da estabilidade estrutural.

Para uma impressora pequena, um único parafuso do eixo-Z pode ser suficiente se a plataforma for estreita e a carga for leve. Essa estrutura é simples, de menor custo e mais fácil de controlar.

Para uma plataforma ampla, cama grande aquecida ou estrutura de pórtico pesado, os parafusos esféricos de eixo Z duplo podem fornecer melhor suporte. Dois parafusos podem apoiar ambos os lados da estrutura móvel e reduzir a inclinação ou carga irregular.

No entanto, o design dual Z não é simplesmente uma questão de adicionar mais um parafuso. A questão principal é a sincronização. Se os dois parafusos não se moverem juntos, um lado da plataforma poderá ficar mais alto que o outro, o que poderá afetar a qualidade de impressão.

Um projeto de eixo-Z duplo deve considerar:

• mesmo modelo de fuso de esferas em ambos os lados
• mesma altura de instalação em ambos os lados
• controle de motor sincronizado
• conexão da correia dentada, se necessário
• estrutura de plataforma rígida
• trilhos de guia lineares para melhor orientação

Para impressoras 3D de{0}carga média, grande ou pesada, os parafusos esféricos Z duplos são mais comuns. Para uma pequena impressora DIY, geralmente é desnecessário usar parafusos de esferas duplos apenas para fazer a estrutura parecer mais avançada.

Conclusão: o fuso de esferas do eixo-Z certo é aquele que corresponde à máquina

Os eixos X, Y e Z de uma impressora 3D têm diferentes requisitos de movimento. Os eixos X e Y são os principais responsáveis ​​pelo movimento plano rápido, por isso geralmente usam correias para conduzir o movimento e hastes lisas ou trilhos-guia lineares para orientação. O eixo Z é responsável pela elevação vertical e pode precisar apoiar a base, plataforma ou pórtico, por isso geralmente usa um parafuso de avanço ou fuso de esfera.

Para impressoras 3D DIY comuns e impressoras FDM de mesa, um parafuso de avanço T8 é simples, acessível e suficiente para muitas aplicações de elevação no eixo Z-.

Para impressoras 3D de médio e grande porte, bases aquecidas pesadas, eixos Z de{1}curso longo, equipamentos de impressão industrial ou máquinas híbridas CNC/impressoras 3D, um fuso de esfera pode fornecer melhor capacidade de carga, movimento mais suave e operação mais estável-de longo prazo.

Ao escolher um fuso de esferas para uma impressora 3D eixo Z, não basta comparar apenas o preço ou o diâmetro. O fuso de esferas correto deve corresponder à estrutura real da máquina.

Um eixo Z-adequadoparafuso de esferadeve ser selecionado com base em:

• Carga do eixo-Z
• tamanho da impressora
• diâmetro do parafuso de esfera
• chumbo do parafuso de esfera
• tipo de porca esférica
• comprimento total e curso efetivo
• usinagem de extremidade de parafuso de esfera
• unidade de suporte de fuso de esfera e acoplamento
• sistema de guia linear
• projeto de eixo Z-único ou duplo

Para uma impressora DIY pequena e leve, um parafuso de avanço já pode ser suficiente. Se o eixo Z precisar transportar uma plataforma mais pesada, proporcionar uma elevação mais suave ou trabalhar em uma máquina industrial, um fuso de esferas se torna uma opção mais adequada.

O fuso de esferas certo nem sempre é o maior. É aquele que corresponde aos requisitos de carga, curso, espaço de montagem e movimento da impressora.

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