De juiste build-volume kiezen voor FDM 3D-printers

FDM 3D-printers zijn momenteel op de markt beschikbaar in een breed scala aan build-volumes. Van printers met een basis van 15 x 15 cm tot basissen van 50 x 50 cm. Er is een algemeen geloof dat hoe groter het build-volume, hoe beter. Dit komt door de redenering dat alles wat op een kleine printer geprint kan worden, ook op een grote printer geprint kan worden, maar niet andersom.

Hoewel dit in principe correct is, en het lijkt alsof een groot-volume printer geen nadeel heeft ten opzichte van een kleine, zal een nader kijk op de technische aspecten van elk enkele belangrijke trade-offs onthullen die de balans kunnen laten kantelen ten gunste van kleine-volume FDM 3D-printers.

Afbeelding 1: Creality CR10 S5 met 50 cm basis. Bron: Creality

Allereerst is het noodzakelijk om de productiebasis te analyseren. Kleine basissen hebben een veel hogere mate van vlakheid dan grotere, omdat ze eenvoudiger te produceren zijn. Bovendien, om vervormingen te voorkomen, hoe groter de basisgrootte, hoe groter de dikte zou moeten zijn, wat niet altijd het geval is. Dit betekent dat terwijl het nivelleren van een 20 x 20 cm basis heel eenvoudig is, bij 30 x 30 cm of 40 x 40 cm basissen het gangbaar is dat er significante hoogteverschillen zijn tussen het centrum en de hoeken. Dit is met name opvallend bij aluminium basissen wanneer ze verwarmd worden, omdat grotere maten ook grotere vervormingen betekenen.

Dit maakt het moeilijker om een kwalitatieve eerste printlaag te verkrijgen, wat essentieel is om een goede adhesie aan bepaalde materialen te garanderen. Sommige professionele grootformaat printers zoals de Raise3D Pro2 en Pro2 Plus bevatten extra ankerpunten naast die in de hoeken om deze vervormingen te compenseren en de vlakheid te verbeteren.

Afbeelding 2: Achterzicht van de bouwbasis van een Raise3D Pro2. Bron: Filament2Print

Echter, de problemen van grootformaat printers ten opzichte van kleinformaat printers zijn niet beperkt tot slechtere substrataflatheid. Grotere basisgrootte betekent ook langere printhoofdbewegingen, wat vertaalt in langere riemen en geleiders. Langere aandrijfriemen zijn ook geassocieerd met een verlies van positioneringsnauwkeurigheid, terwijl langere geleiders of rails vatbaar zijn voor vervorming en lineariteitsdefecten.

Om dit te compenseren, zouden grotere formaat printers specifieke ontwerpen en hogere kwaliteitscomponenten en lagere productietoleranties vereisen. Echter, dit is zelden het geval, dus men kan zeggen dat de nauwkeurigheid van een FDM 3D-printer afneemt als functie van de grootte.

Afbeelding 3: Zortrax M200 Plus kleinformaat industriële printer. Bron: Zortrax

Een ander algemeen geloof is dat zelfs als de geproduceerde onderdelen klein van formaat zijn, een 3D-printer met een grotere basis meer onderdelen per keer toestaat te maken. Dit is correct, echter het heeft meer nadelen dan voordelen. Printtijden in 3D FDM-printen zijn evenredig aan het aantal kopieën dat gelijktijdig geprint wordt. Dit betekent dat het tijdsverschil tussen het maken van één productie van 10 onderdelen en twee van 5 onderdelen verwaarloosbaar is, alleen toenemend in de tijd die nodig is om de eerste onderdelen te verwijderen en de tweede productie te starten. Echter, het heeft een groot nadeel: de kans op fouten neemt toe met de duur van de job. De kans op fout in een 12-urige productie is altijd hoger dan in het geval van een 6-urige productie. Bovendien, in het geval van hogere productie-eisen, is het altijd een betere oplossing om twee kleine printers parallel te laten werken dan één grootformaat printer, aangezien de tijden en verliezen bij fouten gehalveerd worden.

Bij het selecteren van een FDM 3D-printer, moet het criterium niet zijn om de grootste te kiezen die binnen het budget past, maar de kleinste die voldoet aan de meest voorkomende onderdeelgrootte-eisen van de gebruiker. Als 95% van de onderdelen geproduceerd kan worden op een 20 x 20 cm basis, zou het raadzaam zijn om de mogelijkheid te overwegen om een kleinformaat machine aan te schaffen en de grotere onderdelen in delen te produceren en ze daarna te assembleren.