Cartesiano vs CoreXY, Delta y Polar: comparativa de sistemas de movimiento FDM

Con la ayuda de impresoras 3D, se pueden crear innumerables objetos tridimensionales a partir de distintos materiales. Mientras que en algunas tecnologías una fuente de luz cura un material líquido (SLA, DLP, LCD) o sinteriza el material en polvo (SLS, LPBF), en los procesos de extrusión, el material en forma de filamento o pellets, se funde y se aplica capa por capa sobre una placa de fabricación a través de un extrusor con boquilla. Pero, ¿cómo llega el filamento exactamente al lugar deseado?

Pues bien, existen varias posibilidades. En el caso de las impresoras 3D convencionales, se habla de sistemas de movimiento (Motion Systems). Estos sistemas de movimiento son decisivos para la forma en que el cabezal de impresión o la placa de fabricación se mueven en el espacio y en todas las direcciones, de modo que las capas de impresión se pueden aplicar una tras otra. En este artículo vamos a repasar los sistemas de movimiento más comunes de las impresoras FDM, explicando cómo funcionan y cuáles son sus diferencias. Además, averiguaremos por qué algunos sistemas de movimiento son especialmente populares y las ventajas que ofrecen.

El sistema de movimiento de una impresora 3D, también llamado cinemática, define cómo se deposita el material. Afecta a los componentes que se mueven en el proceso y las direcciones en las que lo hacen. Por lo general, el material se deposita sobre la plancha de fabricación mediante el movimiento del extrusor o de la propia cama de impresión. El sistema de movimiento es crucial para la deposición (para una aplicación precisa y repetible del material), la velocidad de impresión y la estabilidad mecánica. En resumen, el sistema de movimiento desempeña un papel decisivo en la calidad de impresión.

Aunque la tarea de los diferentes sistemas de movimiento, o cinemáticos, es la misma, hay diferentes formas en que estos pueden estructurarse. Por un lado, están las variantes cartesianas (incluyendo las Bedslinger) y sus derivaciones CoreXY y HBot. Por otro lado, están los sistemas Delta y Polar. Los brazos robóticos también pueden servir como sistema de movimiento, como es el caso de los sistemas SCARA. Para no complicar las cosas innecesariamente, en esta ocasión nos centraremos en las versiones básicas y compararemos los sistemas cartesianos, CoreXY, Delta y Polar.  

Los tres ejes por sistema de coordenadas. (Créditos de la imagen: Creality)

¿Cómo funcionan los diferentes sistemas de movimiento?

Seguramente conoces algunos modelos de los fabricantes Prusa, Creality y UltiMaker. Todos estos fabricantes se encuentran entre los pioneros de las impresoras FDM para el consumidor final. Sus impresoras comparten una estructura de diseño similar y suelen utilizar un sistema de movimiento cartesiano. Cartesiano significa que los ejes están ordenados según el sistema de coordenadas y se mueven independientemente uno del otro por su propio motor. El motor del eje X lo mueve, luego actúa el motor del eje Y, y así sucesivamente. Si se trata de un sistema «Bedslinger», la placa de impresión se mueve a lo largo del eje Y, y el cabezal de la máquina a lo largo de las direcciones X y Z. Encontramos este diseño, por ejemplo, en la Prusa i3 MK3, razón por la cual este sistema de movimiento cartesiano también se denomina «estilo i3». Creality también integra este sistema de movimiento en su serie Ender.

Sin embargo, también puede ser que la placa de fabricación solo se mueva verticalmente, es decir, en el eje Z. En este caso, el cabezal de la impresora se mueve en las direcciones X e Y. UltiMaker implementa este concepto, por lo que las impresoras a menudo tienen una forma típica de caja, lo que le da a este sistema el nombre de «quadrap/ultimaker style/box style».

No debe confundirse el sistema cartesiano (especialmente en el estilo UltiMaker o Box) con el CoreXY Motion System. En las impresoras CoreXY, el cabezal de impresión se mueve en las direcciones X e Y, y la placa de impresión solo en la dirección Z. Lo especial de este sistema es que los motores para X e Y trabajan juntos. Tiran coordinadamente de las correas para mover el cabezal de impresión exactamente a donde debe ir. Las impresoras CoreXY son accionadas por dos correas dentadas largas montadas en el cabezal de impresión. Esto permite una mayor estabilidad mecánica y una velocidad significativamente mayor que los sistemas cartesianos. Ejemplos de sistemas de movimiento CoreXY son las impresoras 3D de Voron o la Bambu Lab X1.

Los motores de las direcciones X e Y tiran juntos de las correas. (Créditos de la foto: Pinterest)

En cambio, las impresoras 3D Delta son reconocibles a primera vista. El diseño delta difiere claramente de los sistemas cartesianos o CoreXY. A diferencia de estos, la placa de fabricación de los modelos Delta es completamente fija y redonda. Esto significa que hay que mover mucha menos masa y el cabezal de impresión es accionado por tres motores, lo que se traduce en una mejor estabilidad y precisión. El cabezal de impresión está conectado a tres ejes Z y se mueve desde allí en todas las direcciones. La elevación de los diferentes ejes Z provoca un movimiento en el eje X o Y. De esta manera, se pueden lograr resultados particularmente buenos con objetos redondos y altos.

Separados del espacio cartesiano están los sistemas de movimiento Polar. Aunque el eje Z se mantiene para el control de la dirección hacia arriba y hacia abajo, en la versión Polar encontramos una placa giratoria y un brazo radial que posiciona el cabezal de impresión. El cabezal de impresión se guía desde el centro hacia fuera y hacia atrás, por lo que los movimientos se definen por radio y ángulo.

Todos los sistemas de movimiento ofrecen ventajas y limitaciones. Para elegir el sistema de movimiento correcto y, por lo tanto, la impresora 3D correcta, es muy importante tener claro lo que se desea lograr con las impresiones 3D.

Comparación entre el sistema de movimiento cartesiano y el sistema delta. (Créditos de la imagen: 3Dsourced)

Sistemas de movimiento en detalle: historia, popularidad, experiencia de usuario y precio

El panorama de los sistemas de movimiento FDM ha evolucionado considerablemente en la última década, impulsado por la innovación tecnológica, las expectativas de los usuarios y la búsqueda constante de una mejor velocidad, calidad y fiabilidad. Cada sistema tiene sus propias ventajas y desventajas en términos de facilidad de uso, rendimiento y costo. La arquitectura del movimiento influye no solo en las propiedades de impresión, sino también directamente en el precio y la complejidad de una máquina. Entonces, veamos cómo han evolucionado los principales sistemas de movimiento, cómo se utilizan hoy en día y qué se puede esperar en términos de experiencia de usuario y precio.

Bedslinger

Desarrollo y popularidad

Las impresoras 3D cartesianas de estilo Bedslinger fueron las pioneras en el mundo del hobby. Su simplicidad y bajo coste de entrada las hacían ideales para aficionados y entornos educativos. Máquinas como la Prusa Mendel y la Creality Ender 3 sentaron las bases para la impresión 3D accesible, y su diseño sigue siendo influyente hasta el día de hoy. Debido a su asequibilidad, modularidad y amplio apoyo de la comunidad, siguen siendo las más comunes para consumidores.

Las impresoras Bedslinger suelen ser las más baratas del mercado. Los modelos para principiantes se pueden adquirir por 175 dólares, mientras que los precios de los modelos más sofisticados suelen oscilar entre 500 y 1000 dólares.

Modelos Bedslinger populares: Prusa i3 MK4S, serie Ender 3 de Creality, Bambu Lab A1 Mini. (Créditos de la foto: Bambu Lab)

Experiencia de usuario

Estas impresoras son fáciles de usar, mantener y modificar. Gracias a su diseño abierto, todos los componentes son fácilmente accesibles y la estructura mecánica es intuitiva. La calidad de impresión es generalmente buena para uso doméstico, aunque en la impresión a alta velocidad pueden producirse interferencias debido al movimiento de la placa. Aún así, son herramientas de trabajo fiables con un comportamiento predecible y un amplio ecosistema de soporte y actualizaciones.

Impresoras 3D cartesianas tipo caja (Box Style)

Desarrollo y popularidad

A medida que la tecnología FDM se estableció en entornos profesionales e industriales, las impresoras cartesianas tipo caja pasaron al siguiente nivel en términos de confiabilidad y consistencia de impresión. Con su estructura completamente cerrada y una placa de impresión fija, estas máquinas están optimizadas para materiales técnicos y aplicaciones exigentes. Son ampliamente utilizadas en entornos profesionales, prosumidores y educativos, donde la estabilidad, la seguridad y la consistencia son de suma importancia.

Para una máquina de estilo caja de calidad prosumidor, hay que pagar entre 600 y 1500 dólares, mientras que los modelos profesionales pueden costar más de 2500 USD y hasta 6000 USD o más, dependiendo del volumen de construcción y las características industriales.

UltiMaker utiliza un sistema de movimiento cartesiano tipo caja para todas sus impresoras 3D. Ejemplos notables son, en particular, los modelos de la serie S, como la S8. Creality también utiliza este sistema para su Ender 5. (Créditos de la foto: Elliot Saldukaite, 3Dnatives)

Experiencia de usuario

Las impresoras 3D cartesianas tipo caja ofrecen una excelente calidad de impresión y consistencia térmica, especialmente en materiales como ABS o PC. Son relativamente fáciles de usar, la configuración puede ser un poco más elaborada, pero el uso continuo suele ser suave. El mantenimiento requiere más atención, ya que el acceso a las partes internas puede ser limitado. En resumen, son ideales para los usuarios que priorizan la precisión y el tiempo de funcionamiento sobre los ajustes manuales.

CoreXY / H-Bot

Desarrollo y popularidad

Los sistemas de movimiento CoreXY ganaron importancia cuando la comunidad de impresión 3D comenzó a exigir velocidades más rápidas y una mayor calidad de impresión. Gracias a la disposición estacionaria de los motores y a la minimización de la masa en movimiento, los sistemas CoreXY logran una alta aceleración y una excelente precisión de la superficie. Encontraron aplicación temprana en proyectos de código abierto como Voron y más tarde tomaron protagonismo con éxitos comerciales como la serie Bambu Lab X1. Hoy en día, CoreXY se considera el sistema de movimiento de elección para los usuarios que buscan un alto rendimiento sin aventurarse por completo en terrenos industriales.

Las impresoras CoreXY cubren una amplia gama. Los kits de bricolaje cuestan entre 500 y 1600 USD dependiendo de la calidad de los componentes, mientras que las máquinas llave en mano comienzan en alrededor de 750 $ y pueden costar hasta 1500 $ y más.

Las impresoras 3D Core XY (izquierda) y H-Bot (derecha) son cada vez más populares gracias a su formato compacto y su capacidad para trabajar con precisión a altas velocidades. (Créditos de la foto: Elliot Saldukaite, 3Dnatives)

Experiencia de usuario

El rendimiento es excelente, pero la construcción y la configuración pueden ser desalentadoras, especialmente en kits de bricolaje como el Voron 2.4, donde el ajuste de la correa, la alineación y la rigidez del cuadro son cruciales. Una vez configuradas correctamente, estas máquinas ofrecen una experiencia de impresión de primera clase con un alto rendimiento y detalles finos. El mantenimiento es más laborioso, pero a menudo se puede evitar con un buen montaje inicial. En los modelos comerciales como el Bambu X1, la experiencia de usuario está optimizada y puede competir con las máquinas plug-and-play para usuarios finales.

Delta

Desarrollo y popularidad

Las impresoras Delta, con su geometría de tres torres y su movimiento elegante, inicialmente prometían velocidad y atractivo visual. Teóricamente, ofrecen movimientos rápidos y fluidos con menos piezas móviles. Sin embargo, la complejidad de la planificación del movimiento, los problemas de calibración y la disminución de la precisión en los bordes de la placa de construcción limitaron su popularidad. Hoy en día se encuentran principalmente en círculos de nicho de entusiastas o entre usuarios que buscan un gran volumen de construcción a un precio asequible.

A pesar de su complejidad, las impresoras Delta, con precios que oscilan entre los 300 y los 800 dólares, son relativamente asequibles para la mayoría de los modelos y ofrecen una entrada accesible para los usuarios que sienten curiosidad por esta arquitectura de movimiento única. Las soluciones más avanzadas pueden costar hasta 10 000 $.

No muchas impresoras utilizan la cinemática Delta, pero Anycubic y FLSun han lanzado impresoras con esta tecnología en el pasado, y también hay disponibles algunas soluciones más avanzadas como la Prusa Pro HT90 y las impresoras WASP. (Créditos de la foto: FLSUN)

Experiencia de usuario

Las impresoras Delta a menudo son más difíciles de calibrar, ya que las tres correas y brazos deben ajustarse por igual para obtener resultados óptimos. Aunque visualmente atractivos y rápidos, los errores de impresión son más graves que en los  sistemas cartesianos o CoreXY. El mantenimiento y las actualizaciones son más complejos, especialmente en relación con el firmware y los sistemas de nivelación automática.

Polar

Desarrollo y popularidad

Los sistemas de movimiento Polar utilizan una cama de impresión giratoria y un brazo radial, lo que hace que el movimiento se realice a través de coordenadas polares en lugar de movimientos lineales X/Y. Gracias a su diseño compacto, estas impresoras atrajeron la atención desde el principio, pero lucharon con la compatibilidad del software y la fiabilidad del rendimiento. Hoy en día, las impresoras Polar han desaparecido en gran medida del mercado o solo se utilizan para proyectos educativos y de investigación.

Durante su corta disponibilidad, los precios de máquinas como la Polar3D oscilaron entre 400 y 700 dólares. Sin embargo, estas ya no están disponibles en gran medida, lo que refleja su papel de nicho y su carácter experimental en el ecosistema FDM más amplio. Las impresoras Polar se pueden construir desde cero con alrededor de 300 $, aunque el precio depende en gran medida de los componentes seleccionados para la construcción.

Polar3D solía vender impresoras 3D Polar, pero hoy en día ya no hay soluciones disponibles comercialmente, aunque las impresoras Polar siguen existiendo como kits de bricolaje y proyectos personales como Joshua Birds «core-ro». (Créditos de la foto: Polar3D)

Experiencia de usuario

Estas máquinas son difíciles de usar debido a su sistema de movimiento inusual, la falta de compatibilidad con slicers y su «rara» mecánica. La precisión es generalmente pobre en modelos rectangulares o no circulares y el soporte de software es mínimo. El mantenimiento también se complica por la falta de piezas estándar. Las impresoras Polar deben considerarse más como dispositivos experimentales que como máquinas de producción fiables.

En conclusión, cada sistema de movimiento FDM tiene sus puntos fuertes y sus desventajas. Su idoneidad depende en gran medida del caso de aplicación respectivo. Las impresoras con un sistema de movimiento bedslinger siguen siendo las más sencillas y económicas, mientras que las impresoras cartesianas tipo caja ofrecen una construcción más compacta. CoreXY proporciona potencia y velocidad, pero requiere precisión en la configuración. Las impresoras Delta 3D ofrecen estética y altura, pero son complejas. Y aunque las impresoras de estilo polar son innovadoras, son más adecuadas para el campo de la experimentación o la educación. Para resumir esta comparación y permitir una visión general rápida de los diferentes sistemas de movimiento, hemos creado la siguiente tabla:

Créditos: 3Dnatives

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