Освоение точности, прецизии и допусков в 3D-печати

Тот факт, что в спецификациях 3D-принтера указано «высокое разрешение», не означает, что все напечатанные детали будут точными и прецизными. Понимание смысла точности, прецизии и допусков — ключ к хорошему результату в любой 3D-печати. Ниже детально разберем каждый термин в контексте 3D-печати.

Точность (Accuracy)

Точность — это то, насколько измерение близко к его истинному значению. В качестве примера — мишень: выстрел точнее, чем ближе он к центру. В 3D-печати истинное значение — это заданные размеры в CAD-дизайне. Поэтому точность напечатанной детали выше, чем больше она соответствует своему цифровому дизайну.

Прецизность (Precision)

Прецизность измеряет воспроизводимость измерения. В примере с мишенью: выстрелы могут всегда попадать в одну и ту же точку (прецизны), хотя эта точка может не быть центром. В контексте 3D-печати это переводится как надежность производить ожидаемые результаты при каждой печати. В инженерии, при сравнении материалов, термин «прецизность» используется для обозначения способности материала печатать очень сложные геометрии.

Изображение 1: Пример различий между точностью и прецизностью. Источник: Formlabs

Допуск (Tolerance)

Допуск определяет, насколько точно должна быть конкретная 3D-печать. Допуск задает пользователь и зависит от каждого конкретного применения. Компонент механической сборки, например, потребует более строгих допусков, чем 3D-печать пластикового чехла.

Вернемся к примеру с мишенью: на левом примере выстрелы очень близки друг к другу — их можно назвать прецизными, а на правом — дальше друг от друга — не прецизными. Теперь, если определить допуск как допустимый диапазон прецизности в 3 кольца, то выстрелы будут в спецификации.

Изображение 2: Допуск — допустимый диапазон точности. Источник: Formlabs

Точность и прецизность в 3D-печати

При выборе 3D-принтера очень важно определить конкретные потребности. Для этого ключево понимать понятия точности и прецизности.

Неточный, но прецизный 3D-принтер может быть лучшим вариантом для некоторых применений. Например, дешевый FDM-принтер даст менее точные детали, но для образовательного использования, где студенты учатся 3D-печати, может быть неважно, что размеры точно совпадают с CAD. Однако важно быть уверенным, что принтер будет последовательно работать как ожидается, в пределах допусков пользователя, для успешного опыта.

Наоборот, для промышленных применений, скорее всего, нужен 3D-принтер, гарантирующий точность и хорошую прецизность с очень строгими допусками.

Есть четыре основных фактора, определяющих точность и прецизность 3D-принтера:

1. Технология 3D-печати

3D-печать — аддитивный процесс, где детали строятся слоями, и каждый слой несет риск неточности. Кроме того, процесс формирования слоев влияет на уровень прецизности (повторяемости) слоев. В FDM слои экструдируются через сопло, не имеющее способности достичь сложных деталей, а в стереолитографии (SLA) жидкая смола полимеризуется высокоточным лазером для формирования каждого слоя, достигая гораздо более тонких и надежных деталей при повторном получении высококачественных результатов.

Изображение 3: Разница между деталью, напечатанной FDM (слева) и SLA (справа). Источник: Formlabs

Спецификации принтера сами по себе не представляют итоговую размерную точность. Распространенная ошибка — описание XY-разрешения как размерной точности. Для DLP-принтеров XY-разрешение — это размер спроецированного пикселя. Многие системы используют этот размер или XY-разрешение как общую цифру точности (например, берут пиксель 75 микрон и заявляют точность ±75 микрон). Однако эти данные не имеют отношения к точности напечатанной детали. Есть много источников ошибки, влияющих на точность: компоненты, калибровка, а также следующие факторы (материалы и пост-обработка). Короче, лучший способ оценить 3D-принтер — осмотреть реальные детали против теоретических.

2. Материалы

Свойства материала для 3D-печати также могут влиять на вероятность деформации печати. Как указывали ранее, всё зависит от потребностей каждого применения. В стоматологической 3D-печати точность относительно 3D-дизайна будет существенной, поэтому существуют специфические продукты для этих применений, гарантирующие очень точный результат. Напротив, для 3D-печати нефункционального прототипа, где цель — просто иметь общее представление о физическом продукте, точность будет менее важна.

3. Пост-обработка

Обычно 3D-детали из смолы требуют пост-печати полимеризации (последующей UV-обработки), при которой деталь может усаживаться. Это нужно учитывать в дизайне, считая эту усадку, чтобы итоговая деталь после полимеризации была размерно точной относительно исходного CAD-дизайна.

4. Экосистема

Успешная 3D-печать требует внимания не только к самой печати, а ко всему процессу в целом. Дизайн, слайсер, материалы, температура, инструменты пост-обработки… всё влияет на итоговый результат.