Nauwkeurigheid, precisie en tolerantie bij 3D-printen

Het feit dat een 3D-printer "hoge resolutie" tot zijn specificaties heeft, betekent niet dat alle 3D-geprinte onderdelen nauwkeurig en nauwkeurig zullen zijn. Het begrijpen van de betekenis van nauwkeurigheid, precisie en tolerantie is essentieel om een ​​goed resultaat te bereiken bij elk 3D-printen. Hieronder beschrijven we wat elk van deze termen betekent in de context van 3D-printen.

Nauwkeurigheid

We begrijpen precies hoe dicht een meting bij de werkelijke waarde ligt. Als we een voorbeeld als doel stellen, zal een schot nauwkeuriger zijn naarmate het dichter bij het midden van het doel is. Bij 3D-printen is de werkelijke waarde de geprojecteerde afmetingen in het CAD-ontwerp. Daarom zal de nauwkeurigheid van een 3D-geprint stuk groter zijn naarmate het meer lijkt op het digitale ontwerp.

Precisie

Nauwkeurigheid meet de herhaalbaarheid van een meting. In navolging van het doelwit kunnen de schoten altijd in de buurt van hetzelfde punt inslaan (wat correct zou zijn), hoewel dat punt misschien niet het midden van het doelwit is. In de context van 3D-printen vertaalt dit zich in betrouwbaarheid om bij elke print de verwachte resultaten te produceren. Op het gebied van engineering wordt bij het vergelijken van verschillende 3D-printmaterialen de term "precisie" gebruikt om te verwijzen naar het vermogen van een materiaal om zeer complexe geometrieën te printen.

Afbeelding 1:Voorbeeld van verschillen tussen nauwkeurigheid en precisie. Bron:Formlabs

Tolerantie

Tolerantie bepaalt hoe nauwkeurig het moet zijn in een bepaalde 3D-print. De tolerantie wordt bepaald door de gebruiker en is afhankelijk van elke specifieke toepassing. Een mechanisch montageonderdeel zal bijvoorbeeld strengere toleranties vereisen dan het 3D-printen van een plastic behuizing.

Terugkerend naar het voorbeeld van het doelwit, in het voorbeeld aan de linkerkant zijn de schoten erg dicht bij elkaar en kunnen we ze als nauwkeurig definiëren, terwijl ze in het voorbeeld aan de rechterkant verder van elkaar verwijderd zijn en we zouden kunnen zeggen dat ze zijn niet nauwkeurig. Als we nu als tolerantie een acceptabel precisiebereik definiëren met een afstand van 3 ringen, dan vallen de schoten binnen de specificaties.

Afbeelding 2:Tolerantie is het acceptabele bereik van nauwkeurigheid. Bron:Formlabs

Nauwkeurigheid en precisie in 3D-printen

Bij het kiezen van een 3D-printer is het erg belangrijk om specifieke behoeften te identificeren. Hiervoor is het essentieel om de concepten nauwkeurigheid en precisie te begrijpen.

Een onnauwkeurige en nauwkeurige 3D-printer kan voor bepaalde toepassingen de beste optie zijn. Een goedkope FDM 3D-printer zal bijvoorbeeld minder nauwkeurige onderdelen produceren, maar voor educatief gebruik waar studenten leren over 3D-printen, is het misschien niet belangrijk dat de afmetingen van het geprinte onderdeel exact overeenkomen met die van het CAD-ontwerp. Het is echter belangrijk om erop te vertrouwen dat de 3D-printer consistent zal werken zoals verwacht, binnen de toleranties die de gebruiker nodig heeft, om een ​​succesvolle ervaring te bereiken.

Integendeel, voor toepassingen in de industrie is een 3D-printer die nauwkeurigheid en goede nauwkeurigheid garandeert met zeer strikte toleranties zeker noodzakelijk.

Er zijn vier belangrijke factoren die de nauwkeurigheid en precisie van een 3D-printer bepalen:

1. 3D-printtechnologie

3D-printen is een additief proces waarbij onderdelen in lagen worden gebouwd en elke laag een risico op onnauwkeurigheid met zich meebrengt. Bovendien beïnvloedt het proces waarmee lagen worden gevormd het niveau van nauwkeurigheid (herhaalbaarheid) van de lagen. Bij een 3D FDM-print worden de lagen geëxtrudeerd door een spuitmond (nozzle) die niet in staat is om complexe details te bereiken, terwijl bij 3D-stereolithografie (SLA) printen het vloeibare harsmateriaal wordt uitgehard met een uiterst nauwkeurige laser om elke laag te vormen. in staat om veel fijnere en betrouwbaardere details te bereiken als het gaat om het herhaaldelijk behalen van resultaten van hoge kwaliteit.

Afbeelding 3:Verschil tussen gedrukt stuk in FDM (links) en SLA (rechts). Bron:Formlabs

De specificaties van de 3D-printer alleen geven niet de uiteindelijke maatnauwkeurigheid weer. Een veel voorkomende fout is de beschrijving van de XY-resolutie als maatnauwkeurigheid. Voor printers met digitale lichtverwerking (DLP) is de XY-resolutie de geprojecteerde pixelgrootte. Veel 3D-printersystemen gebruiken deze geprojecteerde pixelgrootte of XY-resolutie als het algehele nauwkeurigheidsgetal (bijvoorbeeld door een geprojecteerde pixelgrootte van 75 micron te nemen en te stellen dat de nauwkeurigheid van de machine ± 75 micron is). Deze gegevens hebben echter geen implicaties voor de nauwkeurigheid van een gedrukt stuk. Er zijn veel bronnen van fouten die van invloed kunnen zijn op de nauwkeurigheid, van componenten tot kalibratie, evenals de volgende factoren die we zullen analyseren (materialen en nabewerking). Kortom, de beste manier om een ​​3D-printer te evalueren, is door echte stukken te vergelijken met theoretische exemplaren.

2. Materialen

De eigenschappen van het materiaal dat wordt gebruikt voor 3D-printen kunnen ook van invloed zijn op de kans op vervorming van een print. Zoals we eerder hebben aangegeven, hangt alles af van de behoeften van elke toepassing. Bij tandheelkundig 3D-printen zal nauwkeurigheid met betrekking tot 3D-ontwerp essentieel zijn, dus er zijn specifieke producten voor deze toepassingen die een zeer nauwkeurig resultaat garanderen. Integendeel, voor het 3D-printen van een niet-functioneel prototype, waarbij het doel misschien gewoon is om een ​​algemeen idee te hebben van het fysieke product, zal nauwkeurigheid minder belangrijk zijn.

3. Nabewerkt

Normaal gesproken vereisen 3D-geprinte onderdelen met hars een uithardingsproces na het printen, waarin het onderdeel kan samentrekken. Hiermee moet rekening worden gehouden in het ontwerp, rekening houdend met genoemde contractie om ervoor te zorgen dat het resulterende onderdeel na het uithardingsproces dimensioneel nauwkeurig is ten opzichte van het originele CAD-ontwerp.

4. Ecosysteem

Om succesvol 3D-printen te realiseren, moet niet alleen aandacht worden besteed aan het 3D-printen zelf, maar aan het hele proces als geheel. Het ontwerp, de lamineersoftware, de materialen, de temperatuur, de nabewerkingstools... alles heeft invloed op het eindresultaat.