Точность 3д печатных изделий

Точность размеров 3D печатных деталей
В этой статье представлена ожидаемая точность размеров деталей, изготовленных с помощью 3D-печати, и обсуждается, почему возникают неточности деталей.
Цель этой статьи - предоставить инженерам и дизайнерам метод сравнения ожидаемой точности размеров, которую можно получить с помощью технологий 3D-печати. В то время как все технологии имеют сильные и слабые стороны, 2 наиболее важных фактора, влияющих на то, будет ли деталь печататься в соответствии со спецификациями:

Точность печати детали сильно зависит от дизайна. Изменения в охлаждении и отверждении приводят к внутренним напряжениям, которые могут привести к деформации или усадке. 3D-печать не подходит для плоских поверхностей или длинных тонких неподдерживаемых элементов. Точность также будет уменьшаться по мере увеличения размеров деталей.

Часто точность детали зависит от конкретного свойства материала. Например, стандартная смола SLA будет производить более точные размеры деталей, чем гибкая смола. Для деталей, где важна высокая точность, рекомендуется использовать стандартные печатные материалы.

Точность размеров - количественные значения от производителей машин и поставщиков материалов, которые указывают ожидаемую точность деталей. Все указанные допуски относятся к хорошо спроектированным деталям на хорошо откалиброванных машинах.
Деформация или усадка - вероятность деформации или усадки детали на этапе печати. Это сильно зависит от дизайна, однако некоторые процессы производят детали, которые по своей сути более подвержены риску деформации или усадки.
Требования к поддержке - для многих технологий 3D-печати объем используемой поддержки определяет, насколько точно печатается поверхность или элемент. Недостатком этого является то, что поддержка влияет на чистоту поверхности детали, поскольку она должна быть удалена.

FDM лучше всего подходит для недорогого прототипирования, где форма и подгонка важнее функции. FDM производит детали методом послойного наплавления, экструзируя термопластик на стол 3д принтера.

Для больших деталей это может привести к большим колебаниям температуры на платформе сборки. Поскольку различные области детали охлаждаются с разной скоростью, внутреннее напряжение приводит к деформации печати, что приводит к деформации или усадке. Известно, что ABS более восприимчив к деформации, чем PLA.

SLA (стереолитография) принтеры используют лазер для УФ-отверждения определенных областей резервуара для смолы, чтобы сформировать твердую деталь по одному поперечному сечению за раз. Однако эти отвержденные области не достигают полной прочности до последующей обработки УФ-излучением. Из-за этого, а также угла и ориентации, под которыми обычно печатаются детали SLA, может произойти провисание неподдерживаемых пролетов.
По мере наращивания одного слоя за раз этот эффект становится кумулятивным, что приводит к расхождениям размеров, иногда наблюдаемым в высоких деталях SLA. Расхождения в размерах также могут возникать из-за процесса отслаивания, используемого некоторыми принтерами SLA. Тяговое усилие во время процесса пилинга может привести к изгибу мягкой печати, которая снова может накапливаться по мере создания каждого слоя. Смолы, обладающие более высокими свойствами при изгибе (менее жесткие), подвержены большему риску деформации и могут не подходить для высокоточных применений.

SLS  (селективное лазерное спекание) производит детали с высокой точностью и может печатать конструкции со сложной геометрией. Лазер выборочно спекает порошок по одному слою за раз, образуя твердую деталь. Чтобы ограничить вероятность деформации или усадки деталей во время печати, SLS-принтеры используют нагретые камеры сборки, которые нагревают порошок до температуры чуть ниже температуры спекания. Однако это все еще приводит к температурным градиентам в больших деталях SLS, где нижняя часть детали охлаждается, в то время как недавно напечатанные верхние слои остаются при повышенной температуре. Для дальнейшего снижения вероятности возникновения деформации детали оставляют в порошке для медленного охлаждения (часто в течение 50% от общего времени сборки).

Большинство проблем с точностью размеров связано с особенностями и тонкими стенками, которые печатаются ниже спецификаций принтера. Поддержка струйных принтов в виде сплошной структуры из мягкого вторичного материала, который удаляется после печати. Твердая природа опоры приводит к тому, что поверхности, контактирующие с опорой, печатаются с высокой точностью. При работе с деталями, изготовленными струйным способом, необходимо соблюдать осторожность, так как они могут деформироваться и изменяться в результате воздействия окружающей температуры, влажности или солнечного света.

В результате металлические печатные детали подвергаются высокому риску искажения или деформации, что означает, что правильная практика проектирования и ориентация деталей имеют решающее значение для достижения точной детали. В отличие от SLS, опорные конструкции жизненно важны для минимизации искажений детали во время производства. Детали также обычно строятся на твердой металлической пластине и должны быть удалены после завершения процесса печати. Для надежного крепления детали к печатному ложу и предотвращения ее отсоединения требуется глубокое понимание процесса наряду с твердыми и решетчатыми опорными конструкциями. Поскольку стоимость металлических деталей с 3D-печатью высока, моделирование часто используется для проверки точности конструкции перед началом работы по печати.