CoreXY/it

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Perchè questa pagina?

Sembra esserci un numero crescente di progetti di stampanti cartesiane XY-head con meccanismo CoreXY (nota: anche le Prusa sono cartesiane, ma di tipo XZ-head). Questa pagina non vuole guidare nella scelta del miglior modello di stampante di sempre, ma fornire supporto a chi vuole chiarirsi le idee su CoreXY e sulle implementazioni disponibili in rete.

Teoria e concetti di base

Nella teoria i meccanismi di controllo delle stampanti (e di macchine CNC, laser cutter e posizionatori in genere, anche robot) vengono definiti manipolatori. Le stampanti come la Prusa sono considerati manipolatori seriali perchè posizionano la testa mediante link, ognuno mosso da un motore dedicato: il motore Z sposta l'asse Z sul quale è montato l'asse X che è movimentato dal motore X. Volgarmente, Z si porta dietro X, in catena, si parla infatti di catene aperte e tutte le soluzioni di questo tipo sono accomunate dal fatto che hanno più massa in movimento. Non è quindi una questione di "conformazione" degli assi: Falla, Ultimaker 2, Makerbot, Fabtotum per esempio, sembrano a prima vista uguali (la testa di stampa si muove su XY e il piano di stampa sale e scende su Z) ma gestiscono il movimento della testa in modo diverso.

Nei manipolatori paralleli invece, si parla di catene chiuse e i motori sono tutti alla base della struttura e spostano link uguali tra loro. I link non sono quindi indipendenti (in termini di costruzione non possono essere diversi), e i motori agiscono contemporaneamente sulla posizione XY della testa di lavoro. E' ad esempio quello che succede nelle stampanti delta.

CoreXY è, come le delta, un manipolatore parallelo caratterizzato quindi da basse masse in movimento e motori in posizione fissa. Dato che a differenza delle delta si ha una struttura cartesiana, si parla di "manipolatore parallelo cartesiano" o PKM, dall'inglese. H-bot è anche'essa una implementazione di PKM.

Da un punto di vista puramente di teoria i manipolatori paralleli sono superiori a quelli seriali in:

  • accuratezza di posizionamento;
  • velocità;
  • rigidezza;

Passando alle implementazioni cartesiane xy parallele, CoreXY e H-bot hanno poche differenze:

  • H-bot: usa due motori e un'unica cinghia, planare
  • CoreXY: usa due motori e due cinghie separate, con un incrocio o su livelli diversi

Approfondimento CoreXY

CoreXY ha un primo vantaggio nell'avere due cinghie da tensionare anzichè una molto lunga. Un'unica cinghia lunga è infatti più soggetta a deformazione (bending) e quindi può comportare errori di posizionamento, rispetto a due cinghie distinte (che dovranno però avere tensione uguale). (Schema qua: http://corexy.com/reference.png)

Il vantaggio principale risiede però nel risolvere i problemi di frizione e torsione che si sono riscontrati sulle H-bot soprattutto nei casi in cui non sono usati cuscinetti di qualità. Introduce infatti un percorso più complesso delle cinghie, il cui incrocio fa sì che vi siano sempre forze equilibrate ai lati della testa di stampa: non si possono quindi verificare impuntamenti e frizioni indesiderate.

Alcune implementazioni, come quella Fabtotum risolvono anche il problema dell'incrocio delle cinghie.

Per approfondimenti, vedere l'ottima trattazione qua: http://blog.fabtotum.com/blog/2014/04/04/belts-and-stuff-experiences-to-share/

Vantaggi

Esistono alcuni vantaggi generali rispetto alle cartesiane XZ-head tipo prusa i3 (alcuni tipici delle XY-head in generale):

  • minori masse in movimento (il piatto non si muove lungo Y, non c'è motore sull'asse X): consentono maggiori velocità e precisione (legata più che altro a meno inerzia ed effetti di wobble, piuttosto che a risoluzione pura)
  • si possono avere costruzioni con telaio più ordinato e meno parti e cavi a vista
  • meno ingombro su X e Y a parità di piatto di stampa
  • percorso per l'eventuale bowden non variabile in altezza

Ci sono però vantaggi anche rispetto alle cartesiane "classiche" che risolvono i problemi sopra riportati delle prusa-like (non H-bot):

  • meccanismi di trasmissione più semplici o meno massa in movimento: i motori di X e Y sono entrambi fermi e fissati alla stuttura (alcune cartesiane spostano tutto l'asse X con il suo motore, e Ultimker 2 usa motori delocalizzati con cinghia, e sfruttando gli assi per la trasmissione del movimento con ultieriori cinghie)
  • i motori X e Y possono anche stare fuori dalla camera calda
  • il meccanismo è relativamente semplice concettualmente, e si può realizzare usando guide lineari a ricircolo di sfere, barre rettificate e telai di vario tipo (profilati standard di alluminio lavorati, barre cave in alluminio, barre filettate, legno, ...)
  • il fatto dei minori impuntamenti dell'asse X consente di avere in linea di massima scorrimenti meno perfetti e parallelissmi non ideali per XY (da non consigliare però dato che queste soluzioni dovrebbero avere velocità e precisione tra gli obiettivi primari)

Svantaggi

Sono dovuti più che altro al fatto che la struttura prevede (concettualmente) un'unica cinghia [verificare]:

  • serve precisione e cura nella progettazione dei percorsi della cinghia e nella realizzazione (scelta pulegge dentate, idler, ..)
  • il tensionamento cinghie è più complicato
  • il design originario prevedeva un incrocio delle cinghie, evitabile ormai dato che sono disponibili soluzioni che non prevedono questo tipo di flessioni

I progetti selezionati

Criteri per la scelta

Dato che questa selezione nasce da esigenze particolari, riporterò qua i criteri che ho utilizzato, che sono a mio avviso utili a prescindere per poter confrontare tra loro i progetti in modo oggettivo:

  • velocità di stampa 100mm/s
  • XY robusto con possibilità di montare teste di stampa relativamente pesanti al bisogno (per fresatura PCB)
  • fattibilità con capacità di assemblaggio e strumenti nella norma
  • documentazione / informazioni in rete (progetto open, forum, ...) / progetto sufficientemente vivo
  • dimensioni di stampa 20x20x20 - 30x30x30
  • ingombri massimi della base sui 40 per lato (senza le bobine)
  • struttura esteticamente pulita con possibilità di chusura del telaio
  • reperibilità materiali
  • budget contenuto - pensando a un upgrade che riusi parti di una prusa i3

I progetti sono ordinati dal più recente al meno recente e divisi in tre categorie:

  • telai con profilati in alluminio standard (quelli con guide cave per fissaggi)
  • altri telai metallici (barre cave di alluminio o altro)
  • telai in legno

Queste tre categorie derivano dal fatto che una scelta primaria a mio avviso va fatta in base alle diverse disponibilità che si hanno (economiche, di attrezzature, di manualità).



Telai in profilati di alluminio standard

Nome Last update Descrizione e note Movimento XY Movimento Z Volume stampa Ingombro Speed (print/travel) Link utili
Herculien giugno 2015 profili in alluminio e parti stampate barre lisce e cuscinetti ruote su profili con due viti trapezoidali ma singolo motore e cinghia ? grande! ? ? https://github.com/eclsnowman/HercuLien
Vulcanus (vari formati) maggio 2015 telaio in profilati in alluminio, parti metalliche e parti plastiche barre lisce e cuscinetti 4 barre lisce e 2 viti trapezoidali (2 motori) 20cm x 20cm X 26cm (fino a 520 x 520 x 1500 per la Max) 44cm x 44cm x 60cm 300 (print? travel?) http://www.instructables.com/id/Vulcanus-V1-3D-Printer/ http://www.thingiverse.com/thing:821066 http://www.instructables.com/id/Vulcanus-MAX-CoreXY-Aluminum-Frame-RepRap-3D-Print/
VSlot-CoreXY febbraio 2015 Riprende e aggiorna il progetto AluXY di zelogik/jand ma usando profili openbuilds. Documentazione ottima. V-slot con ruote (dice meno rumorosi) su 2 barre lisce 12mm e vite trapezoidale 10mm passo 2 210x195x240 400x400x500 ? / ? https://github.com/sdavi/VSlot-CoreXY
C-bot gennaio 2015 Profili openbuilds e parti stampate su V-slot con ruote, cinghie non incrociate su V-slot, trasmissione con 2 viti trapezoidali (2 motori) 250x250x? 500x400x400 ? / ? http://www.openbuilds.com/builds/c-bot.1146/
RepRap-XY by "jand" gennaio 2015 Telaio come la AluXY di Zelogic, ma con parti stampate. Ha BOM e qualche dettaglio in più ? / ? https://github.com/jand1122/RepRap-XY
AluXY by "Zelogik" marzo 2014 Telaio alluminio e parti alluminio barre lisce 8mm e cuscinetti Igus, cincghie incrociate su 2 barre lisce e vite trapezoidale 228x236x217 350x350x300 200 / 350 http://forums.reprap.org/read.php?397,297740 https://github.com/zelogik/AluXY

Altri telai metallici

Nome Last update Costruzione telaio Movimento XY Movimento Z Volume stampa Ingombro Speed (print/travel) Link utili
senzanome by Pierinof3a barre alluminio vuote a sezione quadra e parti stampate scorrimenti igus con alberi da 8 alberi da 12, movimento con vite e madrevite 8 mm igus 300x240x230 (scalabile facilmente su vari formati) ? ? http://forums.reprap.org/read.php?44,494049,571726#msg-571726
Ekobots Box-H settembre 2015 struttura in barre filettate e parti stampate, corexy a cinghie non incrociate barre lisce 8mm e cuscinetti 2 barre lisce (8mm?) e vite 200x200x? ? 400x400x350 ? http://www.thingiverse.com/thing:1017115
Wild river 240 luglio 2015 profilati alluminio a sezione quadrata (20x20x1) e parti stampate, ispirata a Smartrapcore barre lisce due barre lisce e vite filettata 240x155x170 ? ? / ? http://www.thingiverse.com/thing:760114
Smartrapcore Alu frame luglio 2015 telaio profilati e parti metalliche e parti stampate barre lisce e cuscinetti 2 barre lisce e cinghia 200x200x200 400x320x400 http://smartfriendz.com/en/
Coremic by mic aprile 2015 Profili alluminio 20x20 e parti stampante barre lisce 8mm e cuscinetti, cinghie non incrociate 2 barre lisce da 16mm, trazione con doppia cinghia e doppio motore con planetario 200x240x280 ? ? / ? http://forums.reprap.org/read.php?362,320738 http://www.thingiverse.com/thing:343302
T-Bot CoreXY aprile 2015 Telaio profilati 20x20 e parti stampate barre lisce 8mm e cuscinetti, senza incrocio cinghie 2 barre lisce e vite trapezoidale 240x240x200 440x440x600 ? / ? http://www.thingiverse.com/thing:757394

Telaio in legno

Nome Last update Costruzione telaio Movimento XY Movimento Z Volume stampa Ingombro Speed (print/travel) Link utili
dApA XY by enricodare ottobre 2015 Telaio legno e parti stampate barre lisce e cuscinetti 2 guide lineari e 2 viti trapezoidali ? ? ? http://forums.reprap.org/read.php?362,569428 http://www.thingiverse.com/thing:1088536
Smartrapcore luglio 2015 telaio in legno e parti stampate barre lisce e cuscinetti 2 barre lisce e cinghia 200x200x200 400x320x400 http://www.thingiverse.com/thing:651117
X3D XS marzo 2015 Telaio legno e parti stampate barre lisce e cuscinetti ? 190x185x140 358x341x316 < 100 / < 200 http://www.thingiverse.com/thing:730199 http://3dprint.com/52690/x3d-xs-corexy-3d-printer/

Considerazioni sul recupero di parti di prusa i3

Le barre in acciaio rettificato e temprato non sono facilmente tagliabili senza strumenti adeguati. I motori sono soggetti a usura: recuperarli, se di qualità non buona, può non essere conveniente

Bonus track (progetti extra)

Questi progetti non rispettano uno o più criteri della scelta di cui sopra, ma li riporto per completezza data la loro rilevanza e alcune peculiarità tecniche.

Falla ( Fa)(a per gli amici)

Ottimo progetto italiano. Non consente di montare estrusori pesanti o testine non di stampa, ed è obbligatorio il bowden per una questione di peso sulle guide magnetiche. La reperibilità di alcuni materiali non sembra banale ma c'è un kit disponibile [1]. A breve (?) verrà rilasciata la V3 [2].

Fabtotum

Ottimo progetto italiano, acquistabile ma rilasciato in open source. Nonostante questo ha parti che non lo rendono alla portata dell'autocostruzione. E' interessante il meccanismo CoreXY a cinghie non incrociate e la pulizia della costruzione che consente un'area di stampa di 214x236x242 con un ingombro della macchina di 366x366x366. Il sito presenta un blog con contenuti tecnici interessanti [3] e tutto il progetto è pubblicato su Grabcad [4].

SlotBot

Progetto estremamente economico con tealio basato su angolari metallici da scaffale. http://www.thingiverse.com/thing:666617

Link alla discussione sul forum

Questa pagina non avrebbe visto la luce senza la partecipazione degli utenti del forum RepRap Italia!

Siete tutti invitati a discutere qua:

http://forums.reprap.org/read.php?44,494049,page=1

Fonti