پرینترهای سه بعدی با سیستم حرکتی ریل خطی – آیا واقعاً بهترند یا اینکه صرفاً مد شده‌اند؟

این روزها اگر در بازار آنلاین پرینتر سه‌بعدی بگردید حتماً حضور پررنگ پرینترهای سه‌بعدی ریل خطی(Linear Rail) نظر شما را به خودش جلب می‌کند. همچنین فروشندگان این نوع از دستگاه‌ها ادعا دارند که پرینترهای سه‌بعدی ریل خطی دارای دقت بیشتری هستند. هرچند این روند در ایران هم شروع شده، ولی در بازار جهانی ظهور پرینترهای سه‌بعدی ریل خطی همچون CR-10 بسیار مشهودتر است.
در این یادداشت من از “پرینتر سه‌بعدی ریل خطی” برای اشاره به آن دسته از پرینترهای سه‌بعدی استفاده می‌کنم که برای حرکت اعضای متحرکشان از ریل خطی(به جای میله‌ی راهنما) استفاده می‌کنند.

میله راهنما | Linear Rod

ابتدا باید با سیستم حرکی میله‌ی راهنما آشنا شویم. عبارت “میله‌ی راهنما” را در اینجا به جای عبارت “Linear Rod” استفاده کردیم. هرچند که معنای تحت لفظی این عبارت انگیلیسی نیست، ولی به نظرم رسید که از ترجمه‌ی تحت لفظی آن، میله‌ی خطی، گویاتر است.

به تصویر بالا دقت کنید. میله‌ی به نسبت باریک که در وسط تصویر دیده می‌شود یک بال‌اسکرو است که نقش آن ایجاد نیرو برای بالا بردن اعضای متحرک پرینتر سه‌بعدی (در اغلب پرینترها، اکسترودر در راستای محور Z جابه‌جا می‌شود) است. در دو طرف بال‌اسکرو دو میله‌ی قطورتر عمودی دیده می‌شوند که همان میله‌های راهنما و یا Linear Rods هستند. نقش این میله‌ها این است که مطمئن شوند که حرکت تنها به صورت خطی صورت می‌پذیرد و از هرگونه حرکت در راستاهای دیگر جلوگیری کنند. همچنین کمک می‌کنند که این حرکت خطی نرم و روان انجام پذیرد.

نکته‌ای که باید به آن اشاره کنم این است که در این سیستم حرکتی از یاتاقان برای حرکت لغزنده بر روی میله‌ی راهنما استفاده نمی‌شود. اگر نیاز دارید که با یاتاقان‌ها و کارکردشان آشنا شوید نگاهی به صفحه‌ی ویکی‌پدیای فارسی یاتاقان(Bearing) بندازید.

حال در ادامه‌ی این یادداشت می‌خواهم توضیح دهم که چرا در بعضی از پرینترهای جدید، میله‌های راهنما را با ریل خطی جایگزین می‌کنند.

ریل خطی (Linear Rail) چیست؟

ریل خطی که با عنوان “راهنمای حرکت خطی(Linear Motion Guide)” و یا “لغزنده خطی(Linear Slides)” هم شناخته می‌شود یک جزء حرکتی است که اغلب برای رسیدن به حرکت‌های روان و نرم استفاده می‌شود. از ریل خطی در پرینترهای سه‌بعدی، سی‌ان‌سی‌های فرز، برش‌دهنده‌های واترجت و دستگاه‌هایی مشابه استفاده می‌شود.

ریل خطی از یک ریل صلب، معمولاْ از جنس فولاد، که در آن یک لغزنده‌ حرکت می‌کند تشکیل می‌شود. لغزنده برای حرکت باید از یاتاقان، در محل تماس با ریل، استفاده کند که در اغلب موارد از یاتاقان‌های کروی و یا بلبرینگ(Ball Bearing) استفاده می‌شود. بلبرینگ به لغزنده کمک می‌کند که به صورت نرم و روان بر روی ریل حرکت کند.
همچنین شکل هندسی ریل به گونه‌ای است که لغزنده را از زوایای مختلف و با یک تلورانس کم و دقیق مهار می‌کند و تنها به آن اجازه‌ی حرکت در یک مسیر خطی را می‌دهد.

سیستم حرکتی ریل خطی در پرینترهای سه‌بعدی مزایای زیادی دارد. ولی آیا بهترین گزینه است و باید از معایب آن چشم پوشید؟
در ادامه‌ی این نوشته به مزایا و معایب پرینترهای سه‌بعدی ریل خطی خواهیم پرداخت.

قوت‌های پرینتر سه‌بعدی ریل خطی (Linear Rail)

ریل خطی نسبت به رقبای خود صلب‌تر است

ریل خطی نسبت به میله‌های راهنمای متداول در پرینترهای سه‌بعدی از انعطاف کمتری برخوردار است. دلیل آن به ساختار هندسی و فولادهایی که از آن‌ها استفاده می‌شود برمی‌گردد. اگر می‌خواهید از انعطاف‌پذیری کمتر ریل خطی نسبت به میله‌های راهنما مطمئن شوید کافیست تا تلاش کنید هردوی آن‌ها را خم کنید و به تفاوت آن‌ها پی ببرید.
صلبیت بالای ریل خطی به پرینتر سه‌بعدی کمک می‌کند تا در هنگام فرآیند ساخت، پس‌زنی (Backlash) و اثر Ringing یا Ghosting را کاهش دهد و در نهایت کیفیت بهتری را در قطعه‌ی پرینت سه‌بعدی شده ایجاد کند.

یک ریل خطی کافیست!

اگر بخواهید در سیستم حرکتی پرینتر سه‌بعدی میله‌های راهنما را به کار ببرید باید حتماْ از دو میله استفاده کنید. به این خاطر که اگر از تنها یک میله استفاده شود، لغزنده بر روی یک میله خواهد لرزید. اما استفاده از ریل خطی در ساختار حرکتی پرینتر سه‌بعدی این اجازه را می‌دهد که تنها با استفاده از یک ریل و بدون ایجاد حرکت‌های دورانی در لغزنده، حرکت کاملاً خطی را به دست آورد.
همچنین کاهش وزن ساختارهای حرکتی پرینتر سه‌بعدی کمک می‌کند تا فرآیند پرینت روان‌تر انجام شود و در نتیجه اثر Ringing را کاهش دهد.

دقت بیشتر، حرکت روان‌تر

در ساخت ریل خطی معمولاً از تلورانس کمتری نسبت به میله‌های راهنما استفاده می‌شود. تلورانس کمتر و دقیق‌تر در ساختارهای حرکتی موجب می‌شود تا از حرکت‌های ناخواسته در راستاهای دیگر جلوگیری شود.

ضعف‌های پرینتر سه‌بعدی ریل خطی(Linear Rail)

ساختار حرکتی ریل خطی با تمام مزایایی که دارد، نقاط ضعفی هم نسبت به میله‌ی راهنما دارد. در ادامه به ضعف‌های پرینترهای سه‌بعدی ریل خطی اشاره خواهم کرد.

ریل خطی گران است

اگر بخواهید تنها یک پرینتر سه‌بعدی تهیه کنید یا بسازید، استفاده از میله‌ی راهنما ارزان‌تر تمام می‌شود. این یک گزاره‌ی کلی است ولی باید دقت داشته باشید که در این حالت دقت پایین‌تری هم از سیستم حرکتی پرینتر سه‌بعدی به دست خواهید آورد. ولی اگر بخواهیم از سیستم حرکتی میله‌ی راهنما دقتی برابر با ریل خطی به دست آوریم هزینه‌ی تمام شده‌ی آن‌ها برابر خواهد شد.

ریل خطی باید با ملاحظه‌ی بیشتری استفاده شود

ساختار حرکتی ریل خطی به خاطر استفاده از بلبرینگ(و در موارد خاص رولبرینگ) دارای حساسیت بیشتری نسبت به یاتاقان ساده‌ی مورد استفاده در سیستم حرکتی میله‌ی راهنما است. به خاطر این آسیب‌پذیری بیشتر، اگر لغزنده‌ی پرینتر سه‌بعدی ریل خطی به دلیلی به انتهای ریل بلغزد و دچار ضربه شود، امکان آسیب‌دیدگی در یاتاقان‌ها و در نتیجه ایجاد خطا در فرآیند پرینت سه‌بعدی وجود دارد.

معروف‌ترین پرینترهای سه‌بعدی استفاده کننده از سیستم حرکتی ریل خطی

بسیاری از کمپانی‌هایی که کیت پرینترهای سه‌بعدی(DIY 3D Printers) را ارائه می‌دهند به جایگزینی سیستم حرکتی میله‌ی راهنما با ریل خطی روی آوردند. از مدل‌های معروفی که این تغییرات در آن‌ها دیده می‌شود می‌توان به CR-10 و Anet A8 اشاره کرد.

در پرینترهای سه‌بعدی صنعتی هم استفاده از ریل خطی متداول شده است. از برندهایی که به استفاده از این سیستم حرکتی در پرینترهای صنعتی خود روی آوردند می‌توان به Markforged، Atom، Cetus و E3D اشاره کرد.
به طور خلاصه باید گفت که هرچند همچنان اغلب پرینترهای سه‌بعدی از ساختار حرکتی میله‌ی راهنما استفاده می‌کنند، با این حال ریل‌های خطی توانسته‌اند به موفقیت چشمگیری در بازار پرینترهای سه‌بعدی، خصوصاً در بین خریداران باتجربه، دست یابند.

لب مطلب

در مورد پرینترهای سه‌بعدی ریل خطی به نکات زیادی پرداختیم، ولی آیا در یک کلام آن‌ها بهترند؟
بله! به طور کلی و خلاصه ریل خطی بهترین گزینه برای سیستم حرکتی یک پرینتر سه‌بعدی است.
اجازه دهید بک بار دیگر مزایای آن‌ها را برشماریم:

• جابه‌جایی دقیق‌تر
• حرکت روان‌تر
• کیفیت ساخت بالاتر و اعتمادپذیری بیشتر در فرآیند پرینت سه‌بعدی

همچنین اگر در طراحی و انتخاب قطعات پرینتر سه‌بعدی دقت لازم صورت گیرد می‌توان به وزن کمتر و مقرون‌به‌صرفگی بالا هم رسید.
البته ناگفته نماند که همچنان برای کسانی که ارزان بودن پرینتر سه‌بعدی اولویت اولشان در خرید است و دقت آن از اولویت دوم برخوردار است پرینترهای سه‌بعدی با ساختار حرکتی میله‌ی راهنما همچنان بهترین گزینه برای خرید هستند.

اجازه دهید این نوشته را اینطور پایان دهم:

پرینتر سه‌بعدی ریل خطی بهتر است؛ ولی نه برای همه!