Понимание размерной точности 3D-печатных деталей

Насколько точна 3D-печать? Ответ на этот вопрос зависит от многих факторов: типа 3D-печати технологии, качества модели 3D-принтера, 3D-печати материала, сложности и практичности дизайна и пользовательских параметров печати.

Поскольку 3D-принтеры зависят от множества движущихся частей и материалов, процесс никогда не будет производить детали, которые на 100% точны. (Никакой другой производственный процесс тоже не может.) Однако пользователи аддитивного производства могут предпринять шаги для повышения точности процесса печати и в конечном счете изготовления лучших 3D-печатных деталей.

Эта статья рассматривает размерную точность 3D-печатных деталей в целом, как точность отличается между технологиями и как пользователи могут сделать свои детали более точными.

Что такое размерная точность?

Многие любопытны о размерной точности 3D-печати, но термин «точность» часто путается с другими важными концепциями вроде разрешения, прецизии и допуска.

Кратко: размерно точная деталь — это та, которая соответствует размеру и форме оригинального дизайна. Точность — это мера близости напечатанной детали к цифровой версии, и эта мера обычно выражается в процентах или в миллиметрах, например ± 1% или ± 0,5 мм.

Термин точность иногда используют как синоним допуска, который является допустимым отклонением от истинных и намеренных размеров детали. Обратите внимание, однако, что допуск также является пользовательским значением: заказчик указывает допустимый допуск производителю в зависимости от важности определенных признаков и размеров.

Точность отличается от разрешения, которое относится к, например, размеру пикселя SLA 3D-принтера. Она также отличается от прецизии, которая касается надежности и повторяемости 3D-принтера и его способности последовательно изготавливать один и тот же объект.

Точность разных технологий 3D-печати

Не все технологии 3D-печати равны в плане того, насколько точно они могут печатать детали с их намеченными размерами. Хотя другие факторы создают дополнительную вариацию, тип аддитивной производственной технологии оказывает большое влияние на точность детали.

FDM (Моделирование методом наплавленного слоя)

Моделирование методом наплавленного слоя — технология полимерной экструзионной 3D-печати, умеренно точная и наиболее часто используемая для прототипирования. В настольном виде она на значительном расстоянии является наиболее доступной технологией 3D-печати, хотя также используется в профессиональных и даже промышленных контекстах.

Точность настольного FDM 3D-принтера составляет около ± 0,5 мм. Точность промышленного FDM принтера — около ± 0,2 мм.

Смоляная (Resin) — SLA и DLP

Технологии фотополимеризации вроде SLA и DLP отверждают фоточувствительные смолы с помощью источника света, такого как лазер или проектор. Эти высокоточные технологии используются лично и профессионально, некоторые машины стоят не намного больше, чем FDM.

Точность настольного смольного 3D-принтера — около ± 0,1 мм. Точность профессионального смольного 3D-принтера — около ± 0,01 мм.

SLS (Селективный лазерный спекание)

Селективное лазерное спекание — технология 3D-печати, использующая лазер для спекания частиц порошка, обычно нейлона. SLS-принтеры точны, хотя их главной выгодой является способность фабриковать сложные геометрии, так как им не нужно печатать поддерживающие структуры.

Точность SLS 3D-принтера — около ± 0,3 мм.

Порошковое плавление в ложе (Powder bed fusion)

Металлические процессы плавления порошка вроде SLM используют лазер для плавления или спекания частиц металлического порошка. Технология точна, и нет потребительской версии. Однако металлическое аддитивное производство обычно требует обширной пост-обработки.

Точность принтера с порошковым плавлением в ложе — около ± 0,1 мм.

Материальный струйный (Material jetting)

Хотя менее распространен, чем сопоставимые технологии, процесс 3D-печати материальным струйным (material jetting) высокоточен, так как не требует приложения тепла, вызывающего деформацию вроде искривления.

Точность принтера материального струйного — около ± 0,05 мм.

Другие факторы, влияющие на размерную точность

Тип 3D-печати не единственный фактор, определяющий размерную точность 3D-печатной детали. Материалы, дизайн детали и параметры печати также оказывают большое влияние на то, насколько близко напечатанная деталь соответствует оригинальному дизайну.

1. Качество принтера: Существует большая пропасть в качестве между высококлассными машинами и начального уровня. Например, SLA 3D-принтеры обычно точнее FDM принтеров, но очень дешевый SLA аппарат даст менее точные детали, чем высококлассный FDM принтер.
2. Дизайн детали: Даже лучшие 3D-принтеры будут бороться с точностью печати детали, спроектированной плохо. Детали с длинными и тонкими признаками — особенно признаками без адекватной поддержки — трудны для печати, очень большие детали также могут вызывать проблемы. В общем, дизайны не должны содержать признаков меньше, чем может обработать принтер.
3. Материалы: Некоторые материалы легче печатать других и поэтому более способствуют фабрикации точных деталей. Нестандартные материалы (как гибкое FDM-нить, высокотемпературная нить или сплавы с драгоценными металлами) жертвуют печатаемостью ради своих уникальных преимуществ.
4. Параметры печати: Помимо калибровки — которая необходима для точных печатей — пользователи могут поиграть с настройками принтера для достижения разных результатов. Некоторые конфигурации параметров лучше для быстрой печати, другие — для точной. См. следующий раздел для подробностей.

Как улучшить точность 3D-печати

Хотя вы не можете настроить дешевый 3D-принтер на производство промышленных деталей, пользователи могут достичь лучшей точности 3D-принтера, изменив определенные параметры печати и предприняв другие важные шаги.

• Проектируйте детали с учетом принтера; убирайте или упрощайте трудные признаки.
• Экспортируйте STL-файлы в максимально возможном разрешении.
• Калибруйте 3D-принтер регулярно или перед важными печатями.
• Используйте поддерживающие структуры для стабилизации объектов во время печати и будьте осторожны при их удалении, чтобы не повредить деталь или не изменить ее финальные размеры.
• Используйте нагретый стол (FDM) или нагретую камеру (SLS/металл) для поддержания постоянной температуры по детали и уменьшения деформации.
• Регулируйте натяжение ремней принтера, обеспечивая, что они натянуты, но не чрезмерно. Приводные шестерни не должны проскальзывать.
• Выпрямляйте линейные стержни и рельсы, а также смазывайте их при необходимости. Изогнутые стержни и рельсы должны быть заменены немедленно.
• Снижайте скорости печати, регулируя настройки вроде скорости подачи. Хотя слишком сильное снижение может вызывать другие проблемы, медленная печать может помочь уменьшить неточности.

Как искривление и усадка влияют на точность

Большинство технологий 3D-печати производят небольшие объемы деформации во время печати, чаще всего искривление (warping) и усадку (shrinkage). Детали, показывающие признаки искривления и усадки, будут менее точными, чем те, которые их не показывают, так как деформации в конечном счете меняют финальную форму и размеры детали.

В большинстве случаев степень деформации незначительна. Для критически важных деталей, однако, важно пытаться смягчить эти нежелательные эффекты.

Методы противодействия искривлению и усадке включают использование передовитого ПО для симуляции печати, нагретых столов и плосов (FDM), материалов с более низкой точкой плавления (FDM), более жестких материалов (смола), оставления готовых деталей в принтере на заданное время (SLS) или просто использование технологии вроде материального струйного, где деформация маловероятна.

3ERP — надежный провайдер услуг 3D-печати. Запросите бесплатную котировку для вашего следующего проекта 3D-печати.