Wie maßgenau sind 3D-gedruckte Teile?

Wie genau ist 3D-Druck? Die Antwort auf diese Frage hängt von vielen Faktoren ab, wie beispielsweise der Art des 3D-Drucks. Technologie, die Qualität der Modell des 3D-Druckers, des 3D-Drucks Materials, die Komplexität und Praktikabilität der Designund der benutzerdefinierte Druck Parameter.

Da 3D-Drucker von einer Vielzahl beweglicher Teile und Materialien abhängen, werden mit diesem Verfahren niemals 100%ig präzise Teile hergestellt. für Herstellungsprozess.) Anwender additiver Fertigungsverfahren können jedoch Maßnahmen ergreifen, um die Genauigkeit verbessern des Druckprozesses und letztendlich bessere 3D-gedruckte Teile herzustellen.

Dieser Artikel befasst sich allgemein mit der Maßgenauigkeit von 3D-gedruckten Teilen, den Unterschieden in der Genauigkeit zwischen verschiedenen Technologien und wie Anwender ihre Teile genauer gestalten können. 

Was versteht man unter Maßgenauigkeit?

Viele Menschen sind neugierig auf die Maßgenauigkeit des 3D-Drucks, doch der Begriff „Genauigkeit“ wird oft mit anderen wichtigen Konzepten wie Auflösung, Präzision und Toleranz verwechselt.

Kurz gesagt, ein maßgenaues Bauteil entspricht in Größe und Form der Originalkonstruktion. Die Genauigkeit ist daher das Maß für die Übereinstimmung eines gedruckten Bauteils mit der digitalen Vorlage und wird üblicherweise als Maßeinheit ausgedrückt. Prozentsatz oder Millimeter, z.B ca. 1 % oder ± 0.5mm.

Der Begriff Genauigkeit wird manchmal synonym mit Toleranz verwendet, wobei Toleranz die zulässige Abweichung von den tatsächlichen und beabsichtigten Maßen des Bauteils angibt. Es ist jedoch zu beachten, dass auch die Toleranz ein benutzerdefinierter Wert ist: Ein Kunde gibt einen bestimmten Wert an. akzeptable Toleranz für einen Hersteller, abhängig von der Wichtigkeit bestimmter Merkmale und Abmessungen.

Genauigkeit ist etwas anderes als Auflösung, die beispielsweise die Pixelgröße eines SLA-3D-Druckers bezeichnet. Sie ist auch etwas anderes als Präzision, die die Zuverlässigkeit und Wiederholbarkeit eines 3D-Druckers und seine Fähigkeit, stets dasselbe Objekt herzustellen, betrifft.

Die Genauigkeit verschiedener 3D-Drucktechnologien

Nicht alle 3D-Drucktechnologien sind gleich präzise, ​​was die Genauigkeit beim Drucken von Bauteilen mit den gewünschten Abmessungen angeht. Obwohl weitere Faktoren die Abweichungen beeinflussen, hat die Art der additiven Fertigungstechnologie einen großen Einfluss auf die Genauigkeit eines Bauteils.

FDM

Das Schmelzschichtverfahren (Fused Deposition Modeling, FDM) ist eine Polymer-Extrusions-3D-Drucktechnologie, die eine mittlere Genauigkeit aufweist und hauptsächlich für Prototypen eingesetzt wird. Als Desktop-Gerät ist sie mit Abstand die kostengünstigste 3D-Drucktechnologie, findet aber auch in professionellen und sogar industriellen Bereichen Anwendung.

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.

Beschichtungen

Photopolymerisationsdruckverfahren wie SLA und DLP härten lichtempfindliche Harze mithilfe einer Lichtquelle wie einem Laser oder einem Projektor aus. Diese hochpräzisen Technologien werden sowohl privat als auch professionell eingesetzt, wobei einige Geräte nur unwesentlich teurer sind als FDM-Geräte.

Die Genauigkeit eines Desktop-3D-Druckers mit Harztechnologie liegt bei etwa ± 0.1 mm. Die Genauigkeit eines professionellen 3D-Druckers mit Harztechnologie liegt bei etwa ± 0.01 mm.

SLS

Selektives Lasersintern (SLS) ist eine 3D-Drucktechnologie, bei der Pulverpartikel, typischerweise Nylon, mithilfe eines Lasers gesintert werden. SLS-Drucker arbeiten präzise, ​​ihr Hauptvorteil liegt jedoch in der Möglichkeit, komplexe Geometrien herzustellen, da keine Stützstrukturen gedruckt werden müssen.

Die Genauigkeit eines SLS-3D-Druckers liegt bei etwa ± 0.3 mm.

Pulverbettfusion

Metallpulverfusionsverfahren wie SLM nutzen einen Laser zum Schmelzen oder Sintern von Metallpulverpartikeln. Die Technologie ist präzise und existiert nicht für Endverbraucher. Allerdings erfordert die additive Fertigung von Metallen typischerweise eine umfangreiche Nachbearbeitung.

Die Genauigkeit eines 3D-Druckers mit Pulverbettfusion liegt bei etwa ± 0.1 mm.

Materialspritzen

Obwohl weniger verbreitet als vergleichbare Technologien, ist das 3D-Druckverfahren des Materialauftrags sehr genau, da es keine Wärmezufuhr erfordert, die Verformungen wie Verzug verursacht.

Die Genauigkeit eines Material-Jetting-3D-Druckers liegt bei etwa ± 0.05 mm.

Weitere Faktoren, die die Maßgenauigkeit beeinflussen

Die Art der 3D-Drucktechnologie ist nicht der einzige Faktor, der die Maßgenauigkeit eines 3D-Drucks bestimmt. Materialien, Bauteilkonstruktion und Druckparameter haben ebenfalls einen großen Einfluss darauf, wie genau das gedruckte Bauteil der Originalkonstruktion entspricht.

1. DruckerqualitätZwischen High-End-Geräten und Einsteigermodellen besteht ein großer Qualitätsunterschied. Beispielsweise sind SLA-3D-Drucker in der Regel genauer als FDM-Drucker, aber ein sehr günstiger SLA-Drucker produziert weniger präzise Teile als ein hochwertiger FDM-Drucker.
2. TeiledesignSelbst die besten 3D-Drucker stoßen bei schlecht konstruierten Teilen an ihre Grenzen. Teile mit langen, dünnen Konturen – insbesondere solche ohne ausreichende Stützstruktur – sind schwierig zu drucken, ebenso wie sehr große Teile. Generell sollten Konstruktionen keine Details enthalten, die kleiner sind als die vom Drucker verarbeitbaren.
3. MaterialienManche Materialien lassen sich leichter drucken als andere und eignen sich daher besser für die Herstellung präziser Teile. Nicht standardmäßige Materialien (wie flexibles FDM-Filament, Hochtemperaturfilament oder Legierungen mit Edelmetallen) weisen oft Nachteile bei der Druckbarkeit zugunsten ihrer eigenen, besonderen Vorteile auf.
4. Parameter druckenNeben der Kalibrierung – die für präzise Druckergebnisse unerlässlich ist – können Benutzer die Einstellungen ihres 3D-Druckers anpassen, um verschiedene Ergebnisse zu erzielen. Manche Parameterkonfigurationen eignen sich besser für schnelles Drucken, andere für präziseres. Weitere Informationen finden Sie im nächsten Abschnitt.

Wie man die Genauigkeit des 3D-Drucks verbessert

Auch wenn man einen billigen 3D-Drucker nicht so umbauen kann, dass er Teile in Industriequalität herstellt, können Anwender eine bessere Genauigkeit des 3D-Drucks erreichen, indem sie bestimmte Druckparameter ändern und andere wichtige Schritte unternehmen.

• Bauteile sollten so konstruiert sein, dass sie für den Drucker geeignet sind; schwierige Merkmale sollten entfernt oder vereinfacht werden.
• Exportieren Sie STL-Dateien in der höchstmöglichen Auflösung.
• Kalibrieren Sie den 3D-Drucker in regelmäßigen Abständen oder vor wichtigen Druckaufträgen.
• Verwenden Sie Stützstrukturen, um die Objekte während des Druckvorgangs zu stabilisieren, und gehen Sie beim Entfernen der Stützstrukturen vorsichtig vor, um das Bauteil nicht zu beschädigen oder seine endgültigen Abmessungen zu verändern.
• Um eine gleichmäßige Temperatur im gesamten Bauteil zu gewährleisten und Verformungen zu reduzieren, verwenden Sie ein beheiztes Druckbett (FDM) oder eine beheizte Kammer (SLS/Metall).
• Stellen Sie die Spannung der Druckerriemen so ein, dass sie straff, aber nicht zu stark gespannt sind. Die Antriebszahnräder dürfen nicht durchrutschen.
• Richten Sie die Linearstangen und -schienen aus und schmieren Sie sie gegebenenfalls. Verbogene Stangen und Schienen müssen umgehend ausgetauscht werden.
• Verringern Sie die Druckgeschwindigkeit, indem Sie Einstellungen wie die Materialflussrate anpassen. Eine zu starke Reduzierung kann zwar andere Probleme verursachen, aber langsames Drucken kann dazu beitragen, Ungenauigkeiten zu verringern.

Wie sich Verformung und Schrumpfung auf die Genauigkeit auswirken

Die meisten 3D-Drucktechnologien erzeugen während des Druckvorgangs geringfügige Verformungen, am häufigsten Verzug und Schrumpfung. Teile mit solchen Verformungen sind ungenauer als solche ohne diese Merkmale, da die Verformungen letztendlich die endgültige Form und die Abmessungen des Teils verändern.

In den meisten Fällen ist das Ausmaß der Verformung vernachlässigbar. Bei kritischen Bauteilen ist es jedoch wichtig, diese unerwünschten Auswirkungen so gering wie möglich zu halten.

Zu den Methoden, die Verformungen und Schrumpfungen entgegenwirken, gehören der Einsatz fortschrittlicher Drucksimulationssoftware, die Verwendung beheizter Druckbetten und Druckstützen (FDM), die Verwendung von Materialien mit einem niedrigeren Schmelzpunkt (FDM), die Verwendung steiferer Materialien (Harz), das Verbleiben der fertigen Teile im Drucker für eine festgelegte Zeit (SLS) oder einfach die Verwendung einer Technologie wie Material Jetting, bei der eine Verformung unwahrscheinlich ist.

Fazit

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass zwar kein 3D-Druckverfahren absolute Maßgenauigkeit erreicht, das Verständnis der Einflussfaktoren auf die Präzision – wie Technologie, Material, Bauteilkonstruktion und Druckereinstellungen – jedoch zu besseren Ergebnissen führt. Durch die Wahl des richtigen 3D-Druckverfahrens und die sorgfältige Optimierung Ihres Workflows können Sie Bauteile herstellen, die Ihrer ursprünglichen Konstruktion sehr nahekommen. Ob Prototypen, Funktionskomponenten oder komplexe Geometrien – die Beachtung der Genauigkeit stellt sicher, dass Ihre 3D-gedruckten Teile Ihre Erwartungen erfüllen. Für professionelle Beratung und hochwertige Ergebnisse bietet 3ERP Expertenwissen. 3D-DruckdiensteSie können ein kostenloses Angebot für Ihr nächstes Projekt anfordern.

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