Wie maßhaltig sind 3D-gedruckte Teile?

Wie genau ist 3D-Druck? Die Antwort auf diese Frage hängt von vielen Faktoren ab, wie z. B. der Art der 3D-Druck-Technologie , die Qualität des Modells des 3D-Druckers, das 3D-Druck-Material , die Komplexität und Praktikabilität des Designs , und die benutzerdefinierten Druckparameter .

Da 3D-Drucker von unzähligen beweglichen Teilen und Materialien abhängen, wird der Prozess niemals Teile produzieren, die zu 100 % genau sind. (Auch keine Herstellungsprozess.) Benutzer der additiven Fertigung können jedoch Schritte unternehmen, um die Genauigkeit zu verbessern des Druckprozesses und stellen letztendlich bessere 3D-gedruckte Teile her.

Dieser Artikel befasst sich mit der Maßgenauigkeit von 3D-gedruckten Teilen im Allgemeinen, wie sich die Genauigkeit zwischen den Technologien unterscheidet und wie Benutzer ihre Teile genauer machen können.

Was ist Maßhaltigkeit?

Viele Menschen interessieren sich für die Maßgenauigkeit des 3D-Drucks, aber der Begriff „Genauigkeit“ wird oft mit anderen wichtigen Konzepten wie Auflösung, Präzision und Toleranz verwechselt.

Kurz gesagt, ein maßgenaues Teil ist eines, das in Größe und Form dem ursprünglichen Design entspricht. Die Genauigkeit ist daher das Maß für die Nähe eines gedruckten Teils zur digitalen Version, und dieses Maß wird normalerweise als Prozentsatz ausgedrückt oder in Millimetern , z.B. ± 1 % oder ± 0,5 mm .

Der Begriff Genauigkeit wird manchmal synonym mit Toleranz verwendet, d. h. der zulässigen Abweichung von den tatsächlichen und beabsichtigten Abmessungen des Teils. Beachten Sie jedoch, dass Toleranz auch ein benutzerdefinierter Wert ist:Ein Kunde gibt eine akzeptable Toleranz an an einen Hersteller je nach Wichtigkeit bestimmter Merkmale und Abmessungen.

Die Genauigkeit unterscheidet sich von der Auflösung, die sich z. die Pixelgröße eines SLA 3D-Druckers. Es unterscheidet sich auch von Präzision, was die Zuverlässigkeit und Wiederholbarkeit eines 3D-Druckers und seine Fähigkeit betrifft, durchgängig dasselbe Objekt herzustellen.

Die Genauigkeit verschiedener 3D-Drucktechnologien

Nicht alle 3D-Drucktechnologien sind gleich, wenn es darum geht, wie genau sie Teile mit ihren beabsichtigten Abmessungen drucken können. Obwohl andere Faktoren weitere Variationen erzeugen, hat die Art der additiven Fertigungstechnologie einen großen Einfluss auf die Genauigkeit eines Teils.

FDM

Fused Deposition Modeling in einer Polymer-Extrusions-3D-Drucktechnologie, die mäßig genau ist und am häufigsten für das Prototyping verwendet wird. In Desktop-Form ist es mit Abstand die günstigste 3D-Drucktechnologie, obwohl es auch in professionellen und sogar industriellen Kontexten verwendet wird.

Die Genauigkeit eines Desktop-FDM-3D-Druckers liegt bei etwa ± 0,5 mm. Die Genauigkeit eines industriellen FDM-Druckers liegt bei etwa ± 0,2 mm.

Harz

Photopolymerisationsdrucktechnologien wie SLA und DLP härten lichtempfindliche Harze mit einer Lichtquelle wie einem Laser oder einem Projektor aus. Diese hochpräzisen Technologien werden privat und beruflich eingesetzt, wobei einige Maschinen nicht viel mehr kosten als FDM.

Die Genauigkeit eines Desktop-Harz-3D-Druckers liegt bei etwa ± 0,1 mm. Die Genauigkeit eines professionellen Harz-3D-Druckers liegt bei etwa ± 0,01 mm.

SLS

Selektives Lasersintern ist eine 3D-Drucktechnologie, bei der ein Laser zum Sintern von Pulverpartikeln, typischerweise Nylon, verwendet wird. SLS-Drucker sind genau, obwohl ihr Hauptverkaufsargument ihre Fähigkeit ist, komplexe Geometrien herzustellen, da sie keine Stützstrukturen drucken müssen.

Die Genauigkeit eines SLS-3D-Druckers liegt bei etwa ± 0,3 mm.

Pulverbettfusion

Metallpulverschmelzverfahren wie SLM verwenden einen Laser, um Metallpulverpartikel zu schmelzen oder zu sintern. Die Technologie ist genau und es gibt keine Version auf Verbraucherebene. Die additive Metallfertigung erfordert jedoch in der Regel eine umfangreiche Nachbearbeitung.

Die Genauigkeit eines Pulverbettfusions-3D-Druckers liegt bei etwa ± 0,1 mm.

Materialstrahlen

Obwohl weniger verbreitet als vergleichbare Technologien, ist der 3D-Druckprozess des Material Jetting sehr genau, da er keine Anwendung von Wärme erfordert, die Verformungen wie Verwerfungen verursacht.

Die Genauigkeit eines Materialstrahl-3D-Druckers liegt bei etwa ± 0,05 mm.

Andere Faktoren, die die Maßgenauigkeit beeinflussen

Die Art der 3D-Drucktechnologie ist nicht der einzige Faktor, der die Maßhaltigkeit eines 3D-Drucks bestimmt. Materialien, Teiledesign und Druckparameter haben ebenfalls einen großen Einfluss darauf, wie genau das gedruckte Teil dem Originaldesign entspricht.

1. Druckqualität :Es gibt eine große Qualitätslücke zwischen High-End-Maschinen und Einsteigermaschinen. Beispielsweise sind SLA-3D-Drucker in der Regel genauer als FDM-Drucker, aber eine sehr kostengünstige SLA-Maschine produziert weniger genaue Teile als ein High-End-FDM-Drucker.
2. Teiledesign :Selbst die besten 3D-Drucker werden Schwierigkeiten haben, ein schlecht konstruiertes Teil genau in 3D zu drucken. Teile mit langen und dünnen Features – insbesondere Features ohne angemessene Unterstützung – sind schwierig zu drucken, während sehr große Teile auch Probleme verursachen können. Im Allgemeinen sollten Designs keine Funktionen enthalten, die kleiner sind, als der Drucker verarbeiten kann.
3. Materialien :Einige Materialien lassen sich leichter drucken als andere und eignen sich daher besser für die Herstellung präziser Teile. Nicht standardmäßige Materialien (wie flexibles FDM-Filament, Hochtemperatur-Filament oder Legierungen, die Edelmetalle enthalten) neigen dazu, die Bedruckbarkeit zugunsten ihrer eigenen einzigartigen Vorteile zu opfern.
4. Druckparameter :Neben der Kalibrierung – die für genaue Drucke unerlässlich ist – können Benutzer an ihrer 3D-Druckereinstellung basteln, um verschiedene Ergebnisse zu erzielen. Einige Konfigurationen von Parametern eignen sich besser zum schnellen Drucken, während andere besser zum genauen Drucken sind. Weitere Informationen finden Sie im nächsten Abschnitt.

So verbessern Sie die 3D-Druckgenauigkeit

Obwohl Sie einen billigen 3D-Drucker nicht so optimieren können, dass er Teile in Industriequalität herstellt, können Benutzer eine bessere 3D-Druckergenauigkeit erreichen, indem sie bestimmte Druckparameter ändern und andere wichtige Schritte unternehmen.

• Entwerfen Sie Teile mit Blick auf den Drucker; schwierige Funktionen entfernen oder vereinfachen.
• STL-Dateien in höchstmöglicher Auflösung exportieren.
• Kalibrieren Sie den 3D-Drucker in regelmäßigen Abständen oder vor wichtigen Druckaufträgen.
• Verwenden Sie Stützen, um Objekte zu stabilisieren, während sie gedruckt werden, und seien Sie vorsichtig, wenn Sie Stützen entfernen, um das Teil nicht zu beschädigen oder seine Endabmessungen zu verändern.
• Verwenden Sie ein beheiztes Druckbett (FDM) oder eine beheizte Kammer (SLS/Metall), um eine konstante Temperatur über das Teil zu halten und Verformungen zu reduzieren.
• Stellen Sie die Spannung der Druckerriemen ein und stellen Sie sicher, dass sie straff, aber nicht zu fest sind. Die Antriebsräder dürfen nicht durchrutschen.
• Lineare Stangen und Schienen richten und bei Bedarf schmieren. Verbogene Stangen und Schienen sollten sofort ersetzt werden.
• Verringern Sie die Druckgeschwindigkeit, indem Sie Einstellungen wie die Flussrate anpassen. Obwohl eine zu starke Reduzierung andere Probleme verursachen kann, kann ein langsamer Druck dazu beitragen, Ungenauigkeiten zu reduzieren.

Wie Verformung und Schrumpfung die Genauigkeit beeinflussen

Die meisten 3D-Drucktechnologien erzeugen während des Druckens geringfügige Verformungen, am häufigsten Verziehen und Schrumpfen. Teile, die Anzeichen von Verzug und Schrumpfung aufweisen, sind weniger genau als solche, die dies nicht tun, da die Verformungen letztendlich die endgültige Form und Abmessungen des Teils verändern.

In den meisten Fällen ist das Ausmaß der Verformung vernachlässigbar. Bei kritischen Teilen ist es jedoch wichtig, diese unerwünschten Effekte zu minimieren.

Zu den Methoden, um Verzug und Schrumpfung entgegenzuwirken, gehören die Verwendung fortschrittlicher Drucksimulationssoftware, die Verwendung von beheizten Druckbetten und Druckflößen (FDM), die Verwendung von Materialien mit einem niedrigeren Schmelzpunkt (FDM), die Verwendung von steiferen Materialien (Harz), das Belassen fertiger Teile im Drucker für a Setzzeit (SLS) oder einfach eine Technologie wie Materialstrahlen verwenden, bei der eine Verformung unwahrscheinlich ist.

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