De Dimensionele Nauwkeurigheid van 3D-Geprinte Onderdelen Begrijpen

Hoe nauwkeurig is 3D-printen? Het antwoord op die vraag hangt af van veel factoren, zoals het type 3D-print technologie, de kwaliteit van het model van de 3D-printer, het 3D-print materiaal, de complexiteit en praktische uitvoerbaarheid van het ontwerp, en de door de gebruiker gedefinieerde print parameters.

Omdat 3D-printers afhankelijk zijn van een myriade van bewegende delen en materialen, zal het proces nooit onderdelen produceren die 100% nauwkeurig zijn. (Noch zal enig productieproces.) Toch kunnen gebruikers van additieve productie stappen ondernemen om de nauwkeurigheid van het printproces te verbeteren en uiteindelijk betere 3D-geprinte onderdelen te maken.

Dit artikel kijkt naar de dimensionele nauwkeurigheid van 3D-geprinte onderdelen in het algemeen, hoe nauwkeurigheid verschilt tussen technieken, en hoe gebruikers hun onderdelen nauwkeuriger kunnen maken.

Wat is dimensionele nauwkeurigheid?

Veel mensen zijn benieuwd naar de dimensionele nauwkeurigheid van 3D-printen, maar de term "nauwkeurigheid" wordt vaak door elkaar gehaald met andere belangrijke concepten zoals resolutie, precisie, en tolerantie.

Kortom, een dimensioneel nauwkeurig onderdeel is een onderdeel dat overeenkomt met de grootte en vorm van het oorspronkelijke ontwerp. Nauwkeurigheid is dus de maat van de nabijheid van een geprinte versie aan de digitale versie, en deze maat wordt meestal uitgedrukt als een percentage of in millimeters, bijv. ± 1% of ± 0,5 mm.

De term nauwkeurigheid wordt soms wisselend gebruikt met tolerantie, wat de toelaatbare afwijking is van de ware en bedoelde afmetingen van het onderdeel. Let op, dat tolerantie ook een door de gebruiker gedefinieerde waarde is: een klant zal een acceptabele tolerantie specificeren aan een fabrikant afhankelijk van het belang van bepaalde kenmerken en afmetingen.

Nauwkeurigheid verschilt van resolutie, wat verwijst naar bijv. de pixelgrootte van een SLA 3D-printer. Het verschilt ook van precisie, wat betrekking heeft op de betrouwbaarheid en herhaalbaarheid van een 3D-printer en zijn vermogen om consistent hetzelfde object te fabriceren.

De nauwkeurigheid van verschillende 3D-printtechnologieën

Niet alle 3D-printtechnologieën zijn gelijk in termen van hoe nauwkeurig ze onderdelen met hun bedoelde afmetingen kunnen printen. Hoewel andere factoren verdere variatie produceren, heeft het type additieve productietechnologie een grote impact op de nauwkeurigheid van een onderdeel.

FDM

Fused Deposition Modeling is een polymere extrusie 3D-printtechnologie die matig nauwkeurig is en meest gebruikt wordt voor prototyping. In desktop-vorm is het op enige afstand de meest betaalbare 3D-printtechnologie, hoewel het ook in professionele en zelfs industriële contexten wordt gebruikt.

De nauwkeurigheid van een desktop FDM 3D-printer is ongeveer ± 0,5 mm. De nauwkeurigheid van een industriële FDM-printer is ongeveer ± 0,2 mm.

Hars

Fotopolymerisatie printtechnologieën zoals SLA en DLP verharden gevoelige harsen met een lichtbron zoals een laser of een projector. Deze zeer nauwkeurige technologieën worden persoonlijk en professioneel gebruikt, met sommige machines die niet veel meer kosten dan FDM.

De nauwkeurigheid van een desktop hars 3D-printer is ongeveer ± 0,1 mm. De nauwkeurigheid van een professionele hars 3D-printer is ongeveer ± 0,01 mm.

SLS

Selective Laser Sintering is een 3D-printtechnologie die een laser gebruikt om deeltjes van poeder, doorgaans nylon, te sinteren. SLS-printers zijn nauwkeurig, hoewel hun belangrijkste verkooppunt hun vermogen is om complexe geometrieën te fabriceren, aangezien ze geen ondersteuningsstructuren hoeven te printen.

De nauwkeurigheid van een SLS 3D-printer is ongeveer ± 0,3 mm.

Poederbedfusie

Metaalpoederfusieprocessen zoals SLM gebruiken een laser om metaalpoederdeeltjes te smelten of te sinteren. De technologie is nauwkeurig, en er is geen consumentenversie van het beschikbaar. Echter, metaal additieve productie vereist doorgaans uitgebreide na-verwerking.

De nauwkeurigheid van een poederbedfusie 3D-printer is ongeveer ± 0,1 mm.

Materiaalstraalen

Hoewel minder veelvoorkomend dan vergelijkbare technologieën, is het 3D-printproces van materiaalstraalen zeer nauwkeurig aangezien het niet de toepassing van warmte vereist, wat vervorming zoals vervorming veroorzaakt.

De nauwkeurigheid van een materiaalstraal 3D-printer is ongeveer ± 0,05 mm.

Andere factoren die dimensionele nauwkeurigheid beïnvloeden

Het type 3D-printtechnologie is niet de enige factor die de dimensionele nauwkeurigheid van een 3D-print bepaalt. Materialen, onderdeelontwerp, en printparameters hebben ook een grote impact op hoe nauwkeurig het geprinte onderdeel overeenkomt met het oorspronkelijke ontwerp.

1. Printerkwaliteit: Er is een grote kloof in kwaliteit tussen high-end machines en entry-level machines. Bijvoorbeeld, SLA 3D-printers zijn typisch nauwkeuriger dan FDM-printers, maar een heel goedkope SLA-machine zal minder nauwkeurige onderdelen produceren dan een high-end FDM-printer.
2. Onderdeelontwerp: Zelfs de allerbeste 3D-printers zullen worstelen om nauwkeurig een onderdeel te 3D-printen dat slecht is ontworpen. Onderdelen met lange en dunne kenmerken - met name kenmerken zonder adequate ondersteuning - zijn moeilijk te printen, terwijl zeer grote onderdelen ook problemen kunnen opleveren. In het algemeen moeten ontwerpen geen kenmerken bevatten die kleiner zijn dan de printer kan aan.
3. Materialen: Sommige materialen zijn makkelijker te printen dan andere en zijn daarmeer condusief voor de fabricage van nauwkeurige onderdelen. Niet-standaard materialen (zoals flexibel FDM-filament, high-temp filament, of legeringen met edele metalen) neigen ertoe printbaarheid op te offeren ten gunste van hun eigen unieke voordelen.
4. Printparameters: Naast kalibratie - wat essentieel is voor nauwkeurige prints - kunnen gebruikers knoeien met hun 3D-printerinstellingen om verschillende resultaten te bereiken. Sommige configuraties van parameters zijn beter in snel printen, terwijl andere beter in nauwkeurig printen zijn. Zie volgende sectie voor meer informatie.

Hoe 3D-printnauwkeurigheid te verbeteren

Hoewel u een goedkope 3D-printer niet kunt aanpassen om industriële kwaliteit onderdelen te maken, kunnen gebruikers betere 3D-printernauwkeurigheid bereiken door bepaalde printparameters te wijzigen en andere belangrijke stappen te ondernemen.

• Ontwerp onderdelen met de printer in gedachten; verwijder of vereenvoudig moeilijke kenmerken.
• Exporteer STL-bestanden in de hoogst mogelijke resolutie.
• Kalibreer de 3D-printer op regelmatige intervallen of voor belangrijke printjobs.
• Gebruik ondersteuningen om objecten te stabiliseren tijdens het printen, en wees voorzichtig bij het verwijderen van ondersteuningen om geen schade aan het onderdeel te veroorzaken of de eindafmetingen te wijzigen.
• Gebruik een verwarmd printbed (FDM) of verwarmde kamer (SLS/metaal) om een consistente temperatuur over het onderdeel te behouden en vervorming te verminderen.
• Pas de spanning van de printerriemen aan, zorg ervoor dat ze strak zijn maar niet te strak. De aandrijfratels mogen niet slippen.
• Richt lineaire stangen en rails op, en smeer ze waar nodig. Gebogen stangen en rails moeten onmiddellijk worden vervangen.
• Verminder printsnelheden door instellingen zoals flowsnelheid aan te passen. Hoewel te veel vermindering andere problemen kan veroorzaken, kan langzaam printen helpen onnauwkeurigheden te verminderen.

Hoe vervorming en krimp nauwkeurigheid beïnvloeden

De meeste 3D-printtechnologieën produceren kleine hoeveelheden vervorming tijdens het printen, meest voorkomend vervorming en krimp. Onderdelen die tekenen van vervorming en krimp vertonen, zullen minder nauwkeurig zijn dan die dat niet doen, aangezien de vervormingen uiteindelijk de eindvorm en afmetingen van het onderdeel veranderen.

In de meeste gevallen is de omvang van de vervorming verwaarloosbaar. Voor kritische onderdelen is het echter belangrijk om deze ongewenste effecten te proberen te verminderen.

Methoden om vervorming en krimp te bestrijden omvatten het gebruik van geavanceerde printsimulatiesoftware, het gebruik van verwarmde printbedden en printribbels (FDM), het gebruik van materialen met een lager smeltpunt (FDM), het gebruik van stijvere materialen (hars), het laten van afgewerkte onderdelen in de printer voor een bepaalde tijd (SLS), of simpelweg het gebruik van een technologie zoals materiaalstraalen waar vervorming onwaarschijnlijk is.

3ERP is een vertrouwde leverancier van 3D-printdiensten. Vraag een gratis offerte aan voor uw volgende 3D-printproject.