Maatnauwkeurigheid van 3D-geprinte onderdelen

Inleiding

Het doel van dit artikel is om ingenieurs en ontwerpers een methode te bieden voor het vergelijken van de verwachte maatnauwkeurigheid die kan worden verkregen met 3D-printtechnologieën. Hoewel alle technologieën sterke en zwakke punten hebben, zijn de 2 meest bepalende factoren voor het al dan niet afdrukken van een onderdeel volgens de specificaties:

Ontwerp - De nauwkeurigheid van het geprinte onderdeel is sterk afhankelijk van het ontwerp. Variaties in afkoeling en uitharding resulteren in interne spanningen die kunnen leiden tot kromtrekken of krimpen. 3D-printen is niet geschikt voor vlakke oppervlakken of lange dunne niet-ondersteunde functies. De nauwkeurigheid neemt ook af naarmate de onderdelen groter worden. Specifieke ontwerpaanbevelingen voor elk van de technologieën die in dit artikel worden besproken, zijn te vinden in hoofdstuk 5 van de Knowledge Base.

Materialen - Net als het ontwerp hangt nauwkeurigheid ook af van het materiaal. Vaak wordt de nauwkeurigheid van een onderdeel opgeofferd voor de verbetering van een specifieke materiaaleigenschap. Een standaard SLA-hars produceert bijvoorbeeld meer maatvaste onderdelen dan flexibele hars. Voor onderdelen waar een hoge nauwkeurigheid van cruciaal belang is, worden standaard afdrukmaterialen aanbevolen.

Nauwkeurigheidsvariabelen

Om de nauwkeurigheid van een 3D-geprint onderdeel te helpen kwantificeren, worden de volgende parameters gebruikt.

• Maatnauwkeurigheid - kwantitatieve waarden van machinefabrikanten en materiaalleveranciers die de verwachte nauwkeurigheid van onderdelen aangeven. Alle vermelde toleranties hebben betrekking op goed ontworpen onderdelen op goed gekalibreerde machines.
  
• Kromming of krimp - de kans dat een onderdeel tijdens het printen kromtrekt of krimpt. Dit hangt sterk af van het ontwerp, maar sommige processen produceren onderdelen die inherent meer risico lopen op kromtrekken of krimpen.
  
• Ondersteuningsvereisten - voor veel 3D-printtechnologieën bepaalt de hoeveelheid gebruikte ondersteuning hoe nauwkeurig een oppervlak of kenmerk wordt afgedrukt. Het nadeel hiervan is dat ondersteuning de oppervlakteafwerking van een onderdeel beïnvloedt, omdat het moet worden verwijderd.
  
  

Raadpleeg hier voor informatie over de minimale functiegrootte en details die elke 3D-printtechnologie kan bereiken. De hoogte van de impactlaag op een 3D-geprint onderdeel wordt in dit artikel besproken.

FDM

Fused Deposition Modeling (FDM) is het meest geschikt voor goedkope prototyping, waarbij vorm en pasvorm belangrijker zijn dan functie. FDM produceert onderdelen laag voor laag door een thermoplast op een bouwplaat te extruderen.

Voor grote onderdelen kan dit leiden tot grote temperatuurschommelingen op het bouwplatform. Omdat verschillende delen van het onderdeel met verschillende snelheden afkoelen, zorgt interne spanning ervoor dat de afdruk vervormt, wat leidt tot kromtrekken of krimpen. Oplossingen zoals het printen van vlotten, verwarmde bedden en radii aan scherpe randen en hoeken kunnen dit helpen verminderen.

Differnet-materialen zijn meer vatbaar voor kromtrekken dan andere. Het is bijvoorbeeld bekend dat ABS gevoeliger is voor kromtrekken dan PLA.

Benieuwd naar de kosten en materiaalmogelijkheden voor FDM?

Ontvang direct een offerteBekijk alle FDM-materialen

SLA

SLA-printers (stereolithografie) gebruiken een laser om specifieke delen van een harstank met UV-straling uit te harden om een ​​vast onderdeel dwarsdoorsnede per keer te vormen. Deze uitgeharde gebieden zijn echter pas op volle sterkte na nabewerking met UV. Hierdoor en vanwege de hoek en oriëntaties waarmee SLA-onderdelen doorgaans worden geprint, kan verzakking van niet-ondersteunde overspanningen optreden.

Aangezien één laag tegelijk wordt opgebouwd, wordt dit effect cumulatief, wat leidt tot de dimensionale discrepanties die soms worden gezien in hoge SLA-onderdelen. Dimensionale verschillen kunnen ook optreden vanwege het peelingproces dat door sommige SLA-printers wordt gebruikt. De trekkracht tijdens het pelproces kan ervoor zorgen dat de zachte afdruk buigt, die zich weer kan ophopen naarmate elke laag wordt opgebouwd.

Harsen met hogere buigeigenschappen (minder stijf) lopen een groter risico op kromtrekken en zijn mogelijk niet geschikt voor toepassingen met hoge nauwkeurigheid.

Benieuwd naar de kosten en de beschikbare materiaalmogelijkheden van SLA 3D printen?

Ontvang direct een offerteBekijk alle SLA-materialen

SLS

Selective laser sintering (SLS) produceert onderdelen met een hoge nauwkeurigheid en kan ontwerpen met complexe geometrie printen. Een laser sintert selectief poeder per laag om een ​​vast onderdeel te vormen.

Om de kans op kromtrekken of krimpen van onderdelen tijdens het printen te beperken, gebruiken SLS-printers verwarmde bouwkamers die het poeder opwarmen tot net onder de sintertemperatuur. Dit resulteert echter nog steeds in temperatuurgradiënten in grote SLS-onderdelen waar de onderkant van het onderdeel is afgekoeld terwijl de recent bedrukte toplagen op een verhoogde temperatuur blijven. Om de kans op kromtrekken verder te verkleinen, worden voorkomende onderdelen in het poeder gelaten om langzaam af te koelen (vaak gedurende 50% van de totale bouwtijd).

Benieuwd naar de kosten en beschikbare materiaalmogelijkheden voor SLS 3D printen?

Ontvang direct een offerteBekijk alle SLS-materialen

Materiaalspuiten

Materiaalstralen wordt beschouwd als de meest nauwkeurige vorm van 3D-printen. Omdat er geen warmte bij het drukproces komt kijken, treden kromtrekken en krimpen zelden op.

De meeste problemen met de maatnauwkeurigheid hebben te maken met functies en dunne wanden die onder de printerspecificaties worden afgedrukt. Material jetting prints ondersteunen als een stevige structuur van een zacht secundair materiaal dat na het printen wordt verwijderd. Door de solide aard van de drager worden oppervlakken die in contact komen met de drager met een hoge mate van nauwkeurigheid bedrukt. Wees voorzichtig bij het hanteren van onderdelen die zijn geproduceerd via materiaalstralen, omdat ze kunnen vervormen en van afmetingen kunnen veranderen als gevolg van blootstelling aan omgevingswarmte, vochtigheid of zonlicht.

Metaal 3D-printen

Metaalprinten (met name DMLS en SLM) gebruikt een laser om selectief metaalpoeder te sinteren of te smelten om metalen onderdelen te produceren. Net als SLS produceert metaalprinten onderdelen laag voor laag in een gecontroleerde, verwarmde omgeving op industriële machines. Deze laag-voor-laag constructie in combinatie met de zeer hoge temperaturen die bij het proces betrokken zijn, creëert extreme thermische gradiënten, en het netto-effect is dat er spanningen in het onderdeel worden ingebouwd.

Als gevolg hiervan lopen met metaal bedrukte onderdelen een hoog risico op vervorming of kromtrekken, wat betekent dat goede ontwerppraktijken en onderdeeloriëntatie van cruciaal belang zijn voor het verkrijgen van een nauwkeurig onderdeel. In tegenstelling tot SLS zijn ondersteuningsstructuren van vitaal belang om vervorming van het onderdeel tijdens de productie te minimaliseren. Onderdelen zijn over het algemeen ook gebouwd op een stevige metalen plaat en moeten worden verwijderd zodra het printproces is voltooid. Een goed begrip van het proces is vereist, samen met solide en traliewerkondersteuningsstructuren om het onderdeel stevig aan het printbed te bevestigen en te voorkomen dat het losraakt. De meeste onderdelen worden ook ontlast (via een warmtebehandelingsproces) nadat ze zijn gebouwd en voordat ze van de bouwplaat worden verwijderd (hierdoor kan de kristallijne structuur ontspannen, waardoor later falen wordt voorkomen).

Omdat de kosten van metalen 3D-geprinte onderdelen hoog zijn, worden simulaties vaak gebruikt om de nauwkeurigheid van een ontwerp te valideren voordat met de printopdracht wordt begonnen.

Benieuwd naar de kosten en beschikbare materiaalmogelijkheden voor Metaal 3D printen?

Ontvang direct een offerteBekijk alle metalen 3D-printmaterialen

Vuistregels

• Voor de hoogste nauwkeurigheid (en wanneer budget geen beperking is), is Material Jetting de optimale oplossing.
  
• Voor een hoge nauwkeurigheid wordt SLA aanbevolen voor onderdelen kleiner dan 1000 cm ³ (10 x 10 x 10 cm), en SLS voor onderdelen met afmetingen groter dan 1000 cm ³ (10 x 10 x 10 cm).
  
• Snelle, kosteneffectieve prototyping FDM is de beste oplossing.