Hoe u een kogelomloopspindel kiest voor een 3D-printer Z-as

In een bewegingssysteem van een 3D-printer vereist de Z-as meestal niet dezelfde hoge snelheid als de X- en Y-assen. Het heeft echter een directe invloed op de stabiliteit van de machine, het optillen van het bed, de laagconsistentie en de printprestaties op de lange- termijn.

Als het printbed niet soepel beweegt, als een groot verwarmd platform kantelt tijdens het tillen, of als de Z--asstructuur niet stijf genoeg is, kan de uiteindelijke printkwaliteit worden beïnvloed.

Veel desktop DIY 3D-printers gebruiken een T8-spindel op de Z-as. Dit is een eenvoudige en kosteneffectieve-oplossing voor kleine printers met lichte belasting en korte verplaatsingswegen. Maar wanneer de printer groter wordt, het verwarmde bed zwaarder wordt, of de machine wordt gebruikt voor industrieel printen of hybride verwerking, kan een standaard T8-spindel beperkingen gaan vertonen op het gebied van stijfheid, efficiëntie, soepelheid en stabiliteit op lange termijn.

In deze gevallen wordt een kogelomloopspindel een meer praktische optie voor het Z--as hefsysteem. Het is geen noodzakelijke upgrade voor elke 3D-printer, maar het kan een betere keuze zijn voor Z--assystemen die een hoger laadvermogen, vloeiendere verticale beweging, langere verplaatsingen en aangepaste eindbewerking vereisen.

In deze handleiding wordt de basisfunctie van de X-, Y- en Z-assen in een 3D-printer uitgelegd, waarom kogelomloopspindels vaker worden overwogen voor de Z-as in plaats van de X/Y-assen, hoe u kunt kiezen tussen een spindel en een kogelomloopspindel, en hoe u de juiste Z-as kogelomloopspindel voor de 3D-printer selecteert op basis van diameter, spoed, moertype, slag en eindbewerking.

Wat doen de X-, Y- en Z-assen in een 3D-printer?

Een 3D-printer beweegt in drie hoofdrichtingen: de X-as, Y-as en Z-as.

• DeX-asverwijst meestal naar links-en-rechtsbeweging. Het regelt de positie van de printkop of het mondstuk in horizontale richting.
• DeY-asverwijst meestal naar voorwaartse-en-achterwaartse beweging. Afhankelijk van de printerstructuur kan deze de printkop, het bed of een deel van het portaalsysteem verplaatsen.
• DeZ-asverwijst naar verticale beweging. Het regelt de op-en-neerwaartse beweging van de printkop, het verwarmde bed, het platform of de portaal.

Simpel gezegd vormen de X- en Y-assen de vorm van elke afgedrukte laag, terwijl de Z-as de hoogte tussen de lagen bepaalt. Tijdens het printen beweegt de spuitmond in het X/Y-vlak om één laag te creëren. Nadat die laag is voltooid, verplaatst de Z-as zich één laaghoogte en begint de volgende laag.

Dit verschil verklaart ook waarom de drie assen vaak verschillende bewegingsstructuren gebruiken. De X- en Y-assen hebben doorgaans een snelle, lichtgewicht en responsieve beweging nodig. De Z-as beweegt doorgaans langzamer, maar moet stabiel blijven en moet mogelijk meer gewicht dragen.

Hierdoor zijn de X/Y-assen en de Z-as vaak ontworpen met verschillende transmissiemethoden.

Waarom kogelomloopspindels niet vaak worden gebruikt op de X/Y-assen

Kogelomloopspindels kunnen in sommige speciale machines op de X- en Y-assen worden gebruikt, maar zijn niet de gebruikelijke keuze voor de meeste FDM 3D-printers. In veel desktop- of doe-het-zelfprinters gebruiken de X/Y-assen riemen om de beweging aan te drijven, samen met gladde staven, lineaire assen of lineaire geleiderails voor geleiding.

Dit punt is belangrijk: gladde stangen of lineaire geleiderails zorgen voor geleiding, terwijl riemen voor de eigenlijke aandrijfbeweging zorgen. De stangen of rails houden de bewegende delen op een recht pad. Het motor- en riemsysteem zorgen voor de beweging.

Er zijn verschillende redenen waarom kogelomloopspindels meestal niet de voorkeur hebben voor de X/Y-assen van gewone 3D-printers.

Ten eerste vereisen de X- en Y-assen een hoge snelheid en frequente acceleratie. Tijdens elke laag verandert de printkop vele malen van richting. Een lichter transmissiesysteem zorgt ervoor dat de machine sneller reageert. Riemtransmissie is lichter en geschikter voor dit soort herhaalde hogesnelheidsbewegingen.

Ten tweede kan een lange kogelomloopspindel die met hoge snelheid draait, worden beperkt door kritische snelheid, trillingen en installatienauwkeurigheid. Als de schroef lang is en de as snel beweegt, kan de schroef geluid, trillingen of ongewenste bewegingsfouten veroorzaken, tenzij de hele constructie zeer zorgvuldig is ontworpen.

Ten derde zijn banden al voldoende voor veel FDM-printtoepassingen. Voor desktopprinters, doe-het-zelfprinters en veel CoreXY-ontwerpen bieden banden een goede balans tussen snelheid, kosten en installatieflexibiliteit.

Om deze reden is een veel voorkomende structuur in veel 3D-printers:

X/Y-assen: gladde stangen of lineaire geleiderails voor geleiding, en riemen voor aandrijfbewegingen.

Dit is ook de reden waarom kogelomloopspindels vaker worden besproken voor de Z-as in plaats van de X- of Y-assen in 3D-printertoepassingen.

Waarom de Z-as vaak loden schroeven of kogelomloopspindels gebruikt

De Z-as werkt anders dan de X- en Y-as. Normaal gesproken is er geen snelle heen-en-weer--en- beweging nodig. Zijn belangrijkste taak is het op en neer bewegen van het bed, het platform, de printkop of het portaal, terwijl de hoogte van elke laag stabiel blijft.

In veel 3D-printers ondersteunt de Z-as het verwarmde bed, het printplatform, de X--asbalk of zelfs de hele portaalstructuur. De bewegingssnelheid is meestal laag, maar stabiliteit, draagvermogen en herhaalbare verticale beweging zijn belangrijk.

Daarom gebruikt de Z-as vaak dit soort structuur:

gladde staven of lineaire geleiderails voor geleiding, en een spindel of kogelomloopspindel voor hefbewegingen.

Zowel de spindels als de kogelomloopspindels zetten de roterende beweging van een motor om in een lineaire beweging. Het verschil zit in de manier waarop de moer en de schroef samenwerken. Een spindel werkt voornamelijk met glijdende wrijving. Een kogelomloopspindel werkt met rollend contact door middel van recirculerende kogels.

Voor veel desktop 3D-printers is een T8-spindel al voldoende. Voor grotere printers, zwaardere bedden, langere Z--assen of veeleisendere mechanische systemen kan een kogelomloopspindel een betere efficiëntie, soepelere beweging en betere prestaties op de lange- termijn bieden.

Dit is de reden waarom veel gebruikers die op zoek zijn naar een kogelomloopspindel voor een 3D-printer, zich feitelijk concentreren op de hefconstructie van de Z--as.

Loodschroef of kogelomloopspindel: wat is beter voor een 3D-printer Z-as?

De keuze tussen een spindel en een kogelomloopspindel mag niet alleen gebaseerd zijn op welke er nauwkeuriger uitziet. Het moet afhangen van de feitelijke machinestructuur, belasting, verplaatsing, kosten en stabiliteitsvereisten.

Een T8-spindel, ook wel trapeziumvormige spindel genoemd, is een gebruikelijke keuze voor veel Z-assen van doe-het-zelf 3D-printers. Het is eenvoudig, betaalbaar, gemakkelijk te installeren en heeft vaak een beter zelfvergrendelend gedrag. Voor kleine desktopprinters kan een spindel doorgaans voldoende verticale bewegingsprestaties leveren.

Een kogelomloopspindel heeft een hogere transmissie-efficiëntie, lagere wrijving en soepelere beweging. Het is meer geschikt voor Z--assystemen met zwaardere belastingen, langere reizen of hogere stabiliteitseisen.

Een kogelomloopspindel kost echter ook meer en vereist een betere uitlijning, goede ondersteuningseenheden, geschikte eindbewerking en regelmatige smering.

Hieronder vindt u een eenvoudige selectiegids:

Niet voor elke 3D-printer is een kogelomloopspindel vereist. Voor kleine en lichte desktopprinters kan dit meer dan nodig zijn. Maar wanneer de Z--asbelasting zwaarder wordt, de verplaatsing langer wordt, het platform breder wordt of de machine dichter bij industriële apparatuur komt te staan, worden de voordelen van een kogelomloopspindel betekenisvoller.

In het kort:

Een spindel is geschikt voor goedkope, lichte- desktop Z--assystemen met lage kosten. Een kogelomloopspindel is geschikter voor systemen met zware- belasting, groot- formaat, lange- slag of industriële Z--assystemen.

Hoe u een kogelomloopspindel kiest voor een 3D-printer Z-as

Als je eenmaal hebt besloten dat de Z-as een kogelomloopspindel nodig heeft, is de volgende vraag niet simpelweg: "welke kogelomloopspindel is de beste?" De betere vraag is:welke kogelomloopspindel past bij de daadwerkelijke printerstructuur?

Bij het kiezen van een kogelomloopspindel voor de Z-as van een 3D-printer zijn de belangrijkste factoren diameter, spoed, moertype, totale lengte, effectieve slag en eindbewerking.

Kies de diameter op basis van de Z--asbelasting

De diameter van de kogelomloopspindel beïnvloedt de stijfheid, het draagvermogen en de weerstand tegen buigen. Een grotere diameter zorgt doorgaans voor een betere stijfheid, maar verhoogt ook de kosten, het gewicht en de ruimtebehoefte.

Voor een Z-as van een 3D-printer is het niet altijd beter om de grootste schroef te kiezen. De diameter moet overeenkomen met het gewicht van het bed, de platformgrootte, de stijfheid van het frame en de reislengte.

Hieronder vindt u een algemene referentie:

Voor een kleine doe-het-zelfprinter kan een 1204 kogelomloopspindel al voldoende zijn.
Voor een middelgrote of grote 3D-printer is een 1605 kogelomloopspindel vaak een praktische en uitgebalanceerde optie.
Voor een zwaar verwarmd bed, breed platform of industriële machine kunnen 2005, 2010 of grotere maten worden overwogen.

Voor veel middelgrote en grote 3D-printer Z--assystemen is een 1605 kogelomloopspindel een gebruikelijke keuze, omdat deze een goede balans biedt tussen stijfheid, controle, kosten en installatiebeschikbaarheid.

Kies de lead op basis van bewegingsvereisten

De voorsprong betekent hoe ver de moer beweegt als de schroef een volledige slag draait.

Bijvoorbeeld:

• 1204 kogelomloopspindel: 12 mm diameter, 4 mm draad
• 1605 kogelomloopspindel: 16 mm diameter, 5 mm draad
• 1610 kogelomloopspindel: 16 mm diameter, 10 mm draad
• 2005 kogelomloopspindel: 20 mm diameter, 5 mm draad

Voor een Z-as van een 3D-printer is een zeer hoge snelheid meestal niet de belangrijkste vereiste. Stabiliteit, beheersbaarheid en laagconsistentie zijn belangrijker.

Een kleinere lead zorgt voor een fijnere beweging en een hogere mechanische resolutie. Het is beter voor stabiel tillen en gecontroleerde verticale beweging. Een grotere voorsprong maakt een snellere beweging mogelijk, maar vereist mogelijk meer motorkoppel en een zorgvuldigere controle.

Voor Z--asselectie is de volgende logica doorgaans praktisch:

• 4 mm of 5 mm spoed: beter voor stabiel heffen op de Z--as
• 10 mm voorsprong: geschikt voor speciale constructies die een snellere verticale beweging nodig hebben

Z-as voor zware-belasting: kies niet alleen vanwege de snelheid een grote voorsprong

Voor de meeste Z-as kogelomloopspindeltoepassingen van 3D-printers zijn modellen zoals 1204, 1605 en 2005 gemakkelijker te bedienen en beter afgestemd op de lage-snelheid, stabiele beweging van de Z-as.

Kies het moertype op basis van de montageruimte

De kogelmoer moet passen bij de montagestructuur van de printer. In veel gevallen is het probleem niet de schroef zelf, maar of de moer goed gemonteerd kan worden.

Voor Z--assystemen van 3D-printers is een flensmoer vaak de meest gebruikelijke keuze. Het heeft montagegaten en kan gemakkelijker worden bevestigd aan een hefplaat, Z--asbeugel of platformstructuur.

Veel voorkomende soorten noten zijn onder meer:

De meeste gewone 3D-printers hebben geen dubbele moer nodig. Een dubbele moer kost meer en neemt meer ruimte in beslag. Het is meer geschikt voor hoge-stijfheid, lage- speling of industriële hijssystemen.

Voor de meeste Z--asontwerpen zijn de belangrijkste vragen: Kan de moer stevig worden gemonteerd? Zijn de montagegaten handig? Is de moerhouder stevig genoeg?

Bevestig de totale lengte en effectieve slag

Bij het kiezen van een kogelomloopspindel is het niet voldoende om te zeggen: "Ik heb een schroef van 500 mm nodig." De totale schroeflengte is niet hetzelfde als de bruikbare Z--asslag.

Een 3D-printer Z--as kogelomloopspindel moet rekening houden met het volgende:

• totale schroeflengte
• effectieve beroerte
• schroefdraad lengte
• moer lengte
• ruimte die door de ondersteunende eenheid wordt ingenomen
• ruimte die door de koppeling wordt ingenomen
• bovenste en onderste montageposities
• werkelijke platformreisbereik

Als deze afmetingen niet vooraf worden bevestigd, lijkt de schroef misschien lang genoeg, maar nadat de steuneenheid, koppeling en moer zijn geïnstalleerd, is de daadwerkelijke verplaatsing van de Z--as mogelijk niet voldoende.

Voor groot-formaat of aangepaste 3D-printers is het beter om eerst de maximale Z--asbeweging vanaf de machinestructuur te bevestigen en vervolgens de totale schroeflengte en eindbewerkingsafmetingen te bepalen.

Deze stap is vooral belangrijk voor aangepaste Z--as kogelomloopspindelprojecten, omdat veel 3D-printers niet simpelweg standaard schroeflengtes gebruiken. De kogelomloopspindel moet vaak passen bij het frame, de motorpositie, de ondersteuningseenheid en de beschikbare montageruimte.

Bevestig eindbewerking voor motor- en ondersteuningseenheden

Eindbewerking is een van de details die het gemakkelijkst over het hoofd wordt gezien bij het selecteren van een kogelomloopspindel voor de Z-as van een 3D-printer. Het bepaalt direct of de kogelomloopspindel in de machine kan worden geïnstalleerd.

De machinaal bewerkte uiteinden van een kogelomloopspindel moeten meestal overeenkomen met:

• stappenmotor of servomotor
• koppeling
• ondersteunende eenheid
• handelswijze
• borgmoer
• montageplaat
• Veel voorkomende details voor het bewerken van kogelomloopspindels zijn onder meer:
• getrapte asbewerking
• diameter van de lagerzitting
• uiteinde met schroefdraad
• borgringgroef
• spiebaan
• vlak oppervlak
• afkanten
• bewerking op maat

De diameter van de motoras, de boring van de koppeling, het model van de steuneenheid en de binnendiameter van het lager zijn bijvoorbeeld allemaal van invloed op de afmetingen van de eindbewerking. Zelfs als de schroefdiameter en de spoed correct zijn, kan het zijn dat de kogelomloopspindel nog steeds niet op de machine past als de machinaal bewerkte uiteinden niet passen bij de motorkoppeling, de lagersteun of de montagestructuur.

Voordat u een kogelomloopspindel met Z--as bestelt, is het handig om het volgende te bevestigen:

• diameter van de motoras
• maat koppeling
• soort ondersteunende eenheid
• vaste-eind- en ondersteunde-eindstructuur
• eindbewerkingstekening
• of er ook een moerhouder of steuneenheid nodig is

Voor fabrikanten van apparatuur of batchkopers is de mogelijkheid tot eindbewerking erg belangrijk. AZ--as kogelomloopspindel wordt niet alleen gebruikt. Het moet samenwerken met het machineframe, de motor, de steuneenheid, de moerhouder en het lineaire geleidingssysteem.

Enkele of dubbele Z-as kogelomloopspindels?

Of er één of twee kogelomloopspindels met Z--as moeten worden gebruikt, hangt vooral af van de platformbreedte, de verdeling van de belasting en de structurele stabiliteit.

Voor een kleine printer kan een enkele Z--asschroef voldoende zijn als het platform smal is en de belasting licht is. Deze structuur is eenvoudig, goedkoper en gemakkelijker te controleren.

Voor een breed platform, een groot verwarmd bed of een zware portaalconstructie kunnen kogelomloopspindels met dubbele Z-as betere ondersteuning bieden. Twee schroeven kunnen beide zijden van de bewegende structuur ondersteunen en kantelen of ongelijkmatige belasting verminderen.

Het dubbele Z-ontwerp is echter niet simpelweg een kwestie van nog een schroef toevoegen. Het belangrijkste probleem is synchronisatie. Als de twee schroeven niet samen bewegen, kan de ene kant van het platform hoger worden dan de andere, wat de afdrukkwaliteit kan beïnvloeden.

Bij een ontwerp met dubbele Z--as moet rekening worden gehouden met het volgende:

• hetzelfde kogelomloopspindelmodel aan beide zijden
• aan beide zijden dezelfde montagehoogte
• gesynchroniseerde motorbesturing
• distributieriemaansluiting indien nodig
• stijve platformstructuur
• lineaire geleiderails voor betere geleiding

Voor 3D-printers met gemiddelde, grote of zware- belasting zijn dubbele Z-kogelomloopspindels gebruikelijker. Voor een kleine doe-het-zelfprinter is het meestal niet nodig om alleen dubbele kogelomloopspindels te gebruiken om de structuur er geavanceerder uit te laten zien.

Conclusie: de juiste kogelomloopspindel met Z--as is degene die bij de machine past

De X-, Y- en Z-assen van een 3D-printer hebben verschillende bewegingsvereisten. De X- en Y-assen zijn voornamelijk verantwoordelijk voor snelle vlakke bewegingen, dus gebruiken ze vaak riemen voor de aandrijfbeweging en gladde staven of lineaire geleiderails voor geleiding. De Z-as is verantwoordelijk voor verticaal heffen en moet mogelijk het bed, het platform of het portaal ondersteunen, daarom wordt vaak een spindel of kogelomloopspindel gebruikt.

Voor gewone doe-het-zelf-3D-printers en desktop-FDM-printers is een T8-spindel eenvoudig, betaalbaar en voldoende voor veel Z--hijstoepassingen.

Voor middelgrote en grote 3D-printers, zware verwarmde bedden, Z-assen met lange- slag, industriële printapparatuur of hybride CNC/3D-printermachines kan een kogelomloopspindel een beter laadvermogen, soepelere beweging en een stabielere werking op de lange- termijn bieden.

Bij het kiezen van een kogelomloopspindel voor de Z-as van een 3D-printer is het niet voldoende om alleen de prijs of de diameter te vergelijken. De juiste kogelomloopspindel moet overeenkomen met de daadwerkelijke machinestructuur.

Een geschikte Z--askogelomloopspindelmoet worden geselecteerd op basis van:

• Z--asbelasting
• printerformaat
• diameter kogelomloopspindel
• kogelomloopspindel
• soort kogelmoer
• totale lengte en effectieve slag
• Eindbewerking van kogelomloopspindels
• kogelomloopspindelsteuneenheid en koppeling
• lineair geleidingssysteem
• ontwerp met enkele of dubbele Z--as

Voor een kleine en lichte doe-het-zelfprinter kan een spindel al voldoende zijn. Als de Z-as een zwaarder platform moet dragen, soepeler moet heffen of in een industriële machine moet werken, is een kogelomloopspindel een geschiktere optie.

De rechter kogelomloopspindel is niet altijd de grootste. Het is degene die past bij de belasting, slag, montageruimte en bewegingsvereisten van de printer.

Neem nu contact op

Gerelateerde artikelen:

1. Handleiding voor 3D-printer met kogelomloopspindel: wanneer moet u kogelomloopspindels gebruiken in een 3D-printer?

2.Wat zijn lineaire rails voor 3D-printen?

3.Zijn lineaire geleidingen echt beter dan V-wielen of staafsystemen voor 3D-printers?

4. Lineaire rails versus lineaire staven: welk bewegingssysteem is beter voor CNC- en 3D-printers?

E-mail:export@dlybearing.com

←Terug naar blog