CoreXY vs. H-Bot: Welches System ist Besser für 3D-Drucker?

Martin
Letzte Artikel von Martin (Alle anzeigen)

Achtung: Links mit * sind Affiliate-Links. Ich verdiene etwas an qualifizierten Einkäufen, wenn du dich entscheidest, über diese Links einen Kauf zu tätigen – ohne zusätzliche Kosten für dich!

Erhalte hier den GRATIS FDM Spickzettel

Die in 3D-Druckern verwendeten CoreXY- oder H-Bot Systeme unterscheiden sich in erster Linie in ihrer Mechanik. Wer sich also für den Bau eines 3D-Druckers interessiert, muss verschiedene Komponenten beachten, um am Ende fließende Bewegungen des Druckers generieren zu können. 

Um Verwirrungen auszuschließen ist hier noch der Unterschied von traditionellen kartesischen 3D Druckern zu den CoreXY und H-Bot Systemen: Traditionelle kartesische Drucker bewegen die X-Achse mit dem Druckkopf und die Y-Achse mit dem Druckbett. Bei den hier miteinander verglichenen Systemen bewegt sich der Druckkopf in X- und Y-Achse und das Druckbett bewegt sich auf diesen Achsen nicht! 

Wie unterscheiden sich CoreXY und H-Bot Systeme? Der größte Unterschied ist, dass CoreXY Systeme zwei Zahnriemen haben und H-Bot Systeme nur einen. Dadurch haben CoreXY Systeme weniger Vibrationen und können viel genauer und schneller drucken als H-Bot Systeme.

CoreXY

Am besten versteht man die Funktionsweise beider Systeme wenn man sie in Aktion sieht. Die sehr anschaulichen Videos von thang010146 auf Youtube sind dafür perfekt.

Hier ist das Video für das CoreXY-System:

Wichtig ist, dass beide Zahnriemen an beiden Enden fest mit dem violetten Objekt verbunden sind.

Die linearen Bewegungen des violetten Objekts entlang der X- und Y-Achse werden durch die rote und die orangene Antriebsrolle gesteuert. Der schwarze Zahnriemen verbindet die rote Antriebsscheibe mit den rosa Riemenscheiben. Der rote Zahnriemen verbindet die orange Antriebsriemenscheibe mit den gelben Riemenscheiben.

  • Wenn sich die rote und die orangene Riemenscheiben mit gleicher Geschwindigkeit in entgegengesetzte Richtungen drehen, bewegt sich das Objekt entlang der X-Achse.
  • Wenn rote und orange Riemenscheiben mit derselben Geschwindigkeit in derselben Richtung rotieren, bewegt sich das Objekt entlang der Y-Achse.
  • Wenn sich nur eine Antriebsscheibe dreht, bewegt sich das violette Objekt diagonal.

Die grüne Linie ist die Trajektorie eines Punktes auf dem Objekt.

H-Bot

Auch zum H-Bot System gibt es ein anschauliches Video:

Das orangefarbenen Objekts bewegt sich linear entlang der X- und Y-Achse. Die Richtung wird durch die rosa- und grünfarbene Antriebsscheiben gesteuert.

Sehr wichtig ist, dass ein Teil des schwarzen Zahnriemens an dem orangefarbenen Block befestigt ist und der andere Teil durch ihn hindurch läuft.

  • Dreht sich nur eine Riemenscheibe, bewegt sich das Objekt diagonal. 
  • Wenn sich die rosa und grüne Riemenscheiben mit der gleichen Geschwindigkeit in entgegengesetzte Richtungen drehen, bewegt sich das Objekt entlang der X-Achse.
  • Wenn sich die rosa und grünen Riemenscheiben mit der gleichen Geschwindigkeit in die gleiche Richtung drehen, bewegt sich das Objekt entlang der Y-Achse.

Die grüne Linie ist die Trajektorie eines Punktes auf dem Objekt.

3D-Drucker bauen mit CoreXY System oder H-Bot Komponente?

CoreXY vs. H-Bot; mit welchem mechanischen System lässt sich ein 3D-Drucker am besten bauen? Betrachtet man die Arbeit des H-Bot wirkt diese im direkten Vergleich zum Core-XY auf den ersten Blick wesentlich effektiver und leichtgängiger. 

Das mag daran liegen, dass der Core-XY über deutlich mehr Riemen und Riemenscheiben, die am Ende auch noch auf mehreren Ebenen verteilt sind, verfügt. Allerdings sind die Bewegungen des Core-XY nicht nur sehr präzise und kompakt, sondern auch wiederholbar und linear verlaufend. Daher werden CoreXY Systeme immer populärer. 

Beide Systeme nutzen das kartesische Koordinatensystem. 

Anstatt einem Schrittmotor, für jede einzelne der drei Achsen, werden werden 2 Motoren gekoppelt, um die X- und Y-Achse zu bewegen.  

Die stationären Motoren der Parallelkinematik überzeugen nicht nur durch eine höhere Beschleunigung und daraus resultierender sehr geringer Massenträgheit, sondern auch durch Positionsgenauigkeit. Aufsummierte Führungsfehler bleiben aus. 

H-Bot Systeme sind den CoreXY Systemen im Bereich des Antriebs sehr ähnlich. Allerdings arbeiten die H-Bot Systeme mit einem sehr langen Riemen und nicht mit zwei kurzen Riemen, wie es beim CoreXY System der Fall ist. 

Das erhöht nicht nur die Fehlerquelle, sondern mindert womöglich auch die Druckqualität. Auch die Langlebigkeit des H-Bot Systems ist gefährdet, wenn die Achsen und Riemen nicht perfekt aufeinander abgestimmt und ausgerichtet sind.

Welche Unterschiede es beim CoreXY System zum H-Bot System gibt erklären wir im Folgenden.

Unterschiede CoreXY vs. H-Bot

Der CoreXY überzeugt durch sein quadratisches Design mit kartesischem Koordinatensystem. Er unterscheidet sich beispielsweise von einem Prusa darin, dass sich sein Druckbett nur auf der vertikalen Z-Achse bewegt. Der Druckkopf des CoreXY bewegt sich hingegen auf der horizontalen X- und Y-Achse. 

Vom H-Bot unterscheidet sich der CoreXY durch sein viel längeres Riemen- und Riemenscheibensystem. Diese Mechanik verhindert übermäßige Drehmomente und reduziert dadurch den Verschleiß von Riemen sowie des Druckers allgemein. Optisch wurde der H-Bot auch kartesisch konzipiert.

Drucker, die mit auf Basis des CoreXY Mechanismus laufen, sind in der Regel quadratisch geformt. High-End-Modelle überzeugen auch durch die Aufbau ihres Gehäuses. Der Druckkopf selbst wird durch zwei lange Zahnriemen betrieben. Diese sind mit einem Schrittmotor verbunden.

Je nach Richtung, in die sich der Motor dreht, kann sich der Druckkopf in verschiedene Richtungen bewegen. Wenn nur ein einzelner Schrittmotor aktiviert ist bewegt sich der Druckkopf diagonal. Soll der Druckkopf entweder nur in X- oder Y-Richtung bewegt werden, müssen sich die Motoren entgegen bzw. miteinander bewegen.

Aufgrund des Rahmendesigns sowie der Art und Weise, wie sich die Achsen zueinander bewegen, weisen CoreXY Systeme eine Reihe von Vorteilen gegenüber vergleichbaren 3D-Druckern auf. Wie bei jedem anderen System weist auch das CoreXY System im Vergleich zum H-Bot System Schwachstellen und Nachteile auf. Den Vor- und Nachteilen beider Systeme widmen wir uns im Folgenden.

Vor- und Nachteile des CoreXY Systems

Im Gegensatz zu anderen kartesischen Designs basiert das CoreXY System auf einer Änderung im Bereich der X- und Y- Achse. Zwei gekoppelte Schrittmotoren steuern die Achsen. Diese Kopplung basiert auf einer speziellen Anordnung der Riemen. Diese Art der Bauweise hat sich bei vielen 3D Druckern bewährt. 

Vorteile des CoreXY Systems:

  • Hohe Präzision
  • Hohe Druckgeschwindigkeit
  • Im direkten Vergleich zum H-Bot System: Verhinderung von unerwünschten Drehmomenten im Bereich des Rahmens

Einer der größten Vorteile des CoreXY Systems besteht darin, dass das System in der Lage ist sehr schnell zu drucken. Bei vergleichbaren Druckerkonstruktionen ist häufig ein bewegliches Portal an den jeweiligen Schrittmotoren oder auch am Druckbett angebracht. Während des eigentlichen Druckvorgangs werden diese hin und her geschleudert. Das führt nicht nur zu übermäßiger Vibration, sondern auch zu Verschleiß am jeweiligen Werkstück.

Das CoreXY System überzeugt durch seine fest fixierten Schrittmotoren. Auch der Umstand, dass ich das Druckbett vertikal bewegt ist positiv zu bewerten. Der Werkzeugkopf ist das einzige Teil des Druckers, das mit einer nennenswerten Geschwindigkeit Masse bewegt. Die Last der Vibrationen wird durch diesen mechanischen Aspekt deutlich reduziert.

Drucker, die mit dem CoreXY System arbeiten ermöglichen also nicht nur eine viel höhere Druckgeschwindigkeiten, sondern auch eine enorm hohe Druckqualität.

Ein weiterer Vorteil von Druckern, die im CoreXY Design gefertigt sind, ist das Druckbett, da sich dieses in der Z-Achse bewegt. CoreXY Druckern ist es also möglich das gleiche Bauvolumen bei kleineren Gesamtabmessungen zu fertigen. Diese Funktion hat das CoreXY-System mit dem H-Bot gemeinsam.

Das sich der Werkzeugkopf bei einem CoreXY Drucker sowohl in die X- als auch in die Y-Richtung horizontal bewegt, kann er auf die gesamte Bauplatte zugreifen. 

Für Anfänger stellen die Riemen oder das Gurtsystem häufig ein Problem dar. Während die Riemen für die Funktionalität des CoreXY Druckers wesentlicher Bestandteil sind, können sie natürlich auch Probleme verursachen. Dies ist beispielsweise dann der Fall, wenn sie nicht richtig ausgerichtet sind oder wenn ihre Spannung zu hoch oder zu niedrig anliegt.

Sind die Riemen nicht richtig ausgerichtet und verlaufen nicht parallel, können weitere Hauptprobleme auftreten. 

Eine zu hohe Spannung der Riemen kann möglicherweise zu erhöhtem Verschleiß führen. Auch die Genauigkeit des Druckers kann durch eine zu hohe Spannung wesentlich beeinträchtigt werden. In wenigen Fällen führt eine zu hohe Spannung der Riemen zu weiteren Fehlfunktionen der Druckerkomponenten. 

Beim CoreXY Design spielt die Spannung der Riemen eine übergeordnete Rolle. Sind die Riemen beispielsweise aus minderwertigem Material gewählt, können sie sich schneller dehnen und dadurch schneller abnutzen. Das führt häufig dazu, dass der 3D-Drucker schon nach kurzer Zeit an Genauigkeit verliert. 

Nachteile des CoreXY Systems:

  • Allgemein aufwändiger zu betreiben als ein normales kartesisches Design
  • Macht viele Umlenkrollen erforderlich
  • Lange Riemen werden benötigt

Jedoch steht der CoreXY Drucker mit einer zu hohen oder zu niedrige Riemenspannung nicht allein mit diesem Problem dar. Auch andere 3D-Drucker weisen in diesem Bereich immer wieder Probleme in Bezug auf verschiedene Verschleißteile auf. Dazu zählen beispielsweise Mängel in Bezug auf die Genauigkeit und die gesamte Druckqualität.

Ein weiterer Nachteil mit dem CoreXY System wird durch das Design des Rahmens verursacht. Obwohl der Rahmen im Vergleich zu andere 3D-Druckern ziemlich stabil ist, fehlt ihm die Maßgenauigkeit sollte die Rahmenbaugruppe nicht perfekt quadratisch sein. Dieses Problem lässt sich jedoch lösen, wenn der Drucker mit einem festgelegten Quadrat zusammengebaut wird. Auch Eckklammern können helfen, dass der CoreXY Drucker über die Zeit quadratisch bleibt.

Viele Drucker-Designer wählen das CoreXY System gegenüber anderen Designs, weil es im Kern kompakter und einfacher zu bauen ist. Wurde die Montage korrekt durchgeführt, überzeugt das CoreXY Design durch seine hochwertige Druckqualität. 

Vor- und Nachteile von H-Bot

Das H-Bot Design überzeugt durch seine, geradlinige und elegante Bauweise. Dennoch weist der H-Bot ein inhärentes Designproblem auf. Die Präzisionsbewegungen – mit Ausnahme der wenigen H-Bot Systeme, die mit sehr engen Toleranzen hergestellt werden – können außer Kontrolle geraten.

Aufgrund seiner Spezifität ist das H-Bot System eher für Profis geeignet. Ähnlich dem CoreXY Prinzip nutzt auch das H-Bot System zwei Schrittmotoren die miteinander gekoppelt sind. Damit werden beim H-Bot System Bewegungen auf der X-Y-Ebene erzeugt. Die Motoren drehen dabei in die gleiche Richtung (X-Achse) oder in die entgegengesetzte Richtung (Y-Achse).

Allerdings geht mit dieser 3D-Drucker Variante ein gravierender Nachteil einher. Sind Riemen und Achsen nicht optimal aufeinander ausgerichtet, entstehen dadurch zusätzliche Drehmomente. Die perfekte Ausrichtung aufeinander ist unmöglich. Zusätzliche Drehmomente sorgen dafür, dass die Druckqualität leidet und der Drucker unter Umständen sogar verkantet. Der negative Effekt lässt sich zwar auf ein Minimum reduzieren, das macht allerdings echtes Know-how erforderlich und bedeutet einen sehr hohen Aufwand im Bereich der Ausrichtung.

Vorteile des H-Bot Systems:

  • Nur ein Riemen vorhanden
  • Rein theoretisch lässt sich eine sehr hohe Präzision erreichen

Der H-Bot verwendet zwei Motoren, um den Serpentinenriemen zu bewegen. Dieser wird durch ein System von geführten Riemenscheiben geführt. Der Riemen selbst ist am Schlitten befestigt und bewegt sich auf einer Führung entlang einer einzelnen Achse. 

Dieser ist an zwei weitere Führungsansätzen montiert, um die Bewegung in die orthogonale Richtung zu ermöglichen.

H-Bots können so gestaltet werden, dass sie die gleiche Funktionalität wie XY-Stufen Portale bieten, jedoch ohne deren Nachteile. Die Bewegung des H-Bot sind planbar und können mit anderen Komponenten kombiniert werden. Diese Funktionalität ermöglicht viele verschiedene Arten von Anwendungen. 

Verwendungszwecke für ein H-Bot System können beispielsweise die Punkt-zu-Punkt-Positionierung, die Auswahl von Ort, Materialfüllung und -anwendung sowie das planbare oder dreidimensionale Schneiden sowie viele weitere Features sein. 

Weitere Faktoren, die für den H-Bot sprechen ist die Möglichkeit der Reduzierung der Gesamtkosten. So können beim H-Bot beispielsweise anstelle von Gewindespindeln kostengünstigere Riemenscheiben oder Kettenräder verwendet. Riemen kosten deutlich weniger als Leitspindeln oder Linearmotoren. Das reduziert anfängliche Investitionskosten und Instandhaltungskosten.

Da die Achsen nicht wie beim CoreXY übereinander gestapelt sind, ist das Gesamtgewicht reduziert und die Komplexität des Systems ebenso. Diese Form der Reduzierung spart ebenso Kosten. Dank der Gewichtsreduzierung können kleinere Motoren auch nachträglich dimensioniert werden. Die leichtgängige Konstruktion des H-Bot hat den zusätzlichen Vorteil eines erhöhten Durchsatzes. Das Systems wird mit weniger Masse beschleunigt.

Das sich zwei Motoren die gleiche Last teilen ist die Lastverteilung innerhalb des Systems relativ ausgeglichen. Die Verwendung von zwei identischen Motoren ist möglich. Das Ersetzen der Gewindespindeln durch den Riemenantrieb verringert die Reibung im System. 

Der H-Bot kann modular aufgebaut werden. Der Arbeitsbereich kann je nach Größe vergrößert oder verkleinert werden. Änderungen im Bereich der Geschwindigkeit oder Genauigkeit des Systems können durch Änderungen am Durchmesser der Antriebsscheibe erreicht werden.

Anstelle teurer Linearmotoren können auch kostengünstigere Rotationsmotoren verwendet werden.

Nachteile des H-Bot Systems:

  • Riemen sehr lang
  • Perfekte Ausrichtung erforderlich
  • Zusätzliche Drehmomente können die Qualität des Druckers mindern

Der Hauptnachteil beim H-Bot System ist, dass die Bewegung eines H-Bots aussagekräftige XY-Koordinaten erforderlich machen. Aufgrund der gekoppelten Konstruktion müssen zusätzliche Sicherheitsaspekte für Grenzwerte berücksichtigt werden. Um das System zum Stillstand zu bringen, wenn ein Grenzwert erreicht wird, müssen beide Motoren koordiniert abgebremst werden. In diesem Bereich kann der Serpentinenriemen aufgrund seiner Flexibilität einen Lastpositionsfehler verursachen. 

Fazit: CoreXY vs. H-Bot

Beide Systeme CoreXY als auch der H-Bot haben ihre Daseinsberechtigung. Der CoreXY löst zufällig das dem H-Bot innewohnende Netto-Drehmoment Problem. Der CoreXY ist eine zweiachsige lineare Bewegungsimplementierung. Entwickelt vom MIT Media Labs ist sogar das Design bei diesem Drucker Open Source. 

Insgesamt bietet der CoreXY Drucker die gleiche Funktionalität wie der H-Bot Drucker, überzeugt jedoch durch seine leicht bewegliche Plattform, in welcher beide Motoren am Rahmen befestigt sind. Durch Überqueren des Riemens werden die unerwünschten Drehmomentvektoren eliminiert. Ein großartiger Vorteil gegenüber dem H-Bot System. Denn genau an diesem Punkt weist der H-Bot seine größte Schwachstelle auf. 

Im Vergleich zu anderen 3D-Druckern lassen sich CoreXY- und H-Bot-Bauweise als Sonderfall bezeichnen. Es handelt sich bei beiden Druckern um eine raffinierte Lösung mit fixen Motoren. Dank ihres ausgeklügelten Zahnriemen Systems kann der Druckkopf an jeder beliebigen Stelle in X und Y positioniert werden. 

Schnelle Bewegung und reduzierter Verschleiß stehen im Fokus der beiden Drucksysteme. 

Achtung: Diese Website ist Eigentum von Martin Lütkemeyer und wird von Martin Lütkemeyer betrieben. Martin Lütkemeyer ist Mitglied bei Partnerprogrammen von Amazon Services LLC und anderen. Dies sind Affiliate-Werbeprogramme, die es Webseiten ermöglicht, Werbeeinnahmen durch Werbung und Verlinkung mit Amazon.com und anderen zu erzielen. Die mit * markierten Links sind Affiliate-Links.