3D printen, Formlabs | 5 min Leestijd

De nauwkeurigheid, precisie en tolerantie bij 3D-printen

Dennie Rijk
20-12-22

Dat een 3D-printer een "hoge resolutie" heeft in de printerspecificaties betekent niet dat jouw 3D-geprinte onderdelen nauwkeurig of precies zullen zijn. Inzicht in de betekenis van nauwkeurigheid, precisie en tolerantie is noodzakelijk om zinvolle 3D-printprestaties te bereiken voor elke toepassing. In dit blogartikel gaan we dieper in op de betekenis van deze termen in de context van 3D-printen.

blog-dec-2

Definiëren van nauwkeurigheid, precisie en tolerantie

Laten we beginnen met definities: wat is het verschil tussen nauwkeurigheid, precisie en tolerantie? Voor elke term gebruiken we een schietschijf - een veelgebruikt voorbeeld om deze concepten uit te leggen - om de betekenis te visualiseren.

De nauwkeurigheid binnen 3D printing

Nauwkeurigheid is hoe dicht een meting bij de werkelijke waarde ligt. In het geval van een schietschijf is de werkelijke waarde de roos. Hoe dichter je bij de roos komt, hoe nauwkeuriger jouw schot. In de wereld van 3D-printen is de werkelijke waarde gelijk aan de afmetingen die je in CAD ontwerpt. Hoe dicht komt de 3D-print bij het digitale ontwerp?

De precisie binnen 3D printing

Precisie meet de herhaalbaarheid van een meting: hoe consistent zijn jouw schoten op het doel? Precisie meet alleen deze consistentie; jouw schoten kunnen elke keer op dezelfde plek terechtkomen, maar dat hoeft niet de roos te zijn. Bij 3D-printen komt dit uiteindelijk neer op betrouwbaarheid; kun je erop vertrouwen dat jouw machine bij elke print de verwachte resultaten oplevert.

blog-dec-3In algemene technische termen meet "precisie" doorgaans de herhaalbaarheid. Bij het vergelijken van 3D-printmaterialen kan "precies" verwijzen naar materialen die zeer ingewikkelde geometrieën kunnen printen. Formlabs Grey Pro Resin en Rigid Resin hebben bijvoorbeeld een hoge groene modulus, of stijfheid, waarmee dunne, ingewikkelde vormen kunnen worden geprint.

De tolerantie binnen 3D printing

Hoe precies moet je zijn? Dat wordt bepaald door de tolerantie, en jij bepaalt de tolerantie. Hoeveel speelruimte heb je in jouw toepassing? Wat is een aanvaardbare variatie in de nauwkeurigheid van de meting? Dat hangt af van jouw project. Zo zal een component met een dynamische mechanische assemblage nauwere toleranties vereisen dan een eenvoudige plastic behuizing.

blog-dec-4Als je een tolerantie definieert, wil je waarschijnlijk ook nauwkeurigheid. Laten we dus veronderstellen dat we de precisie van het schieten op de roos meten. Eerder definieerden we de schoten op het doel rechts als niet precies.

Als je tolerantiebereik echter vrij groot is, kan het alsnog goed zijn. De schoten liggen niet zo dicht bij elkaar als in het doel links, maar als het aanvaardbare precisiebereik de afstand van ±2,5 ringen is, dan zit je binnen de specificaties.

In het algemeen betekent het bereiken en handhaven van nauwere toleranties hogere fabricagekosten en kwaliteitsborging.

Advies nodig?

Heeft u een toepassing waarbij u graag advies krijgt of 3D printen hierbij iets kan betekenen? Een van onze adviseurs helpt u graag verder.

Gratis advies ontvangen

Nauwkeurigheid en precisie binnen 3D printing

Er zijn verschillende factoren waarmee rekening moet worden gehouden als je denkt aan nauwkeurigheid en precisie bij 3D-printen. Het is echter ook belangrijk om jouw specifieke behoeften in kaart te brengen.

Zo kan een precieze maar onnauwkeurige 3D-printer voor sommige toepassingen de beste keuze zijn. Een goedkope FDM-machine (Fused Deposition Modeling) produceert minder nauwkeurige onderdelen. Maar voor een docent die leerlingen voor het eerst leert 3D-printen, is het misschien niet belangrijk dat het model exact overeenkomt met het CAD-ontwerp van de leerling.

Weten dat de printer consequent werkt zoals beloofd en de verwachte kwaliteit levert binnen de toleranties waaraan de gebruiker gewend is, kan echter essentieel zijn voor een succesvolle ervaring.

Vier grote factoren die de nauwkeurigheid en precisie van een 3D-printer bepalen zijn:

3D-printtechnologie

3D-printen is een additief proces, waarbij onderdelen laag voor laag worden opgebouwd. Elke laag heeft een kans op onnauwkeurigheid. Het proces waarmee de lagen worden gevormd is van invloed op de mate van precisie, of herhaalbaarheid, van de nauwkeurigheid van elke laag. Bij FDM-3D-printen worden de lagen geëxtrudeerd door een spuitmond, die de controle en het vermogen om ingewikkelde details te realiseren mist die andere 3D-printprocessen wel kunnen bieden.

blog-dec-6Omdat lagen worden geëxtrudeerd, kunnen FDM-onderdelen onnauwkeurigheden vertonen bij complexe kenmerken. (FDM-onderdeel links, SLA-onderdeel rechts).

Bij stereolithografie (SLA-) 3D-printen wordt voor de vorming van elke laag vloeibaar resin-materiaal uitgehard door een uiterst precieze laser. Hiermee kunnen veel fijnere details worden verkregen en is het betrouwbaarder om herhaaldelijk hoogwaardige resultaten te realiseren.

Ook bij Selective Laser Sintering (SLS) maakt 3D-printen gebruik van de precisie van een laser om nylonpoeder tot vaste onderdelen te smelten.

De specificaties van 3D-printers alleen geven geen uiteindelijke dimensionale nauwkeurigheid weer. Een veel voorkomende, verkeerde voorstelling van nauwkeurigheid voor verschillende 3D-printtechnologieën is de beschrijving van XY-resolutie als dimensionale nauwkeurigheid.

Voor digitale lichtverwerkende (DLP-) printers is de XY-resolutie de geprojecteerde pixelgrootte. Veel 3D-printersystemen gebruiken deze geprojecteerde pixelgrootte of XY-resolutie als het algemene nauwkeurigheidscijfer. Ze nemen bijvoorbeeld een geprojecteerde pixelgrootte van 75 micron en beweren dat de nauwkeurigheid van de machine ±75 micron is.

Deze gegevens hebben echter geen gevolgen voor de nauwkeurigheid van een geprint onderdeel. Er zijn vele foutbronnen die nog steeds van invloed zijn op de nauwkeurigheid, van componenten tot kalibratie. Alsook de volgende twee bronnen die we zullen behandelen: materialen en nabewerking.

Uiteindelijk is de beste manier om een 3D-printer te beoordelen het inspecteren van echte onderdelen.

Materialen

De nauwkeurigheid kan ook variëren naargelang de materialen die je gebruikt om te printen. Ook de mechanische eigenschappen van die materialen kunnen van invloed zijn op de kans dat een print krom trekt.

blog-dec-7De hoge groene modulus van Formlabs Rigid Resin, of modulus vóór post-curing, betekent dat het mogelijk is zeer dunne onderdelen met precisie en minder kans op mislukken te printen.

Ook hier hangt alles af van jouw toepassing. Bij tandheelkundig 3D-printen is nauwkeurigheid bijvoorbeeld cruciaal. Als je echter een conceptmodel print, kan jouw doel zijn een algemeen gevoel te krijgen voor een fysiek product. Dan is nauwkeurigheid minder belangrijk.

blog-dec-8Marges, matrijsoppervlakken en contactpunten geprint in Formlabs Dental Model Resin zijn nauwkeurig binnen ±35 micron van het digitale model voor 80% van de oppervlaktepunten bij printinstellingen van 25 micron. De globale nauwkeurigheid over een volledige boog is binnen ±100 micron voor 80% van de oppervlakken wanneer geprint wordt bij een resolutie van 25 of 50 micron.

Post-curing

Vaak moeten onderdelen na het 3D-printen worden gepost-cured, en post-curing veroorzaakt krimp. Dit is normaal voor alle onderdelen die geproduceerd worden met op resin gebaseerde SLA- of DLP-3D-printprocessen. Het kan zijn dat in de ontwerpen rekening moet worden gehouden met deze krimp, afhankelijk van de printer. PreForm, Formlabs' gratis software voor de voorbereiding van printbestanden, compenseert deze krimp automatisch om ervoor te zorgen dat post-cured prints maatvast zijn ten opzichte van de originele CAD-ontwerpen.

Ecosysteem

Een goede 3D-print vergt meer aandacht dan alleen de printer zelf. Het vereist aandacht voor het hele proces.

De printvoorbereidingssoftware, de materialen en de nabewerkingstools kunnen allemaal bijdragen tot het eindresultaat. In het algemeen leveren geïntegreerde systemen die zijn ontworpen om samen te werken betrouwbaardere resultaten op.

Tolerantie in 3D-printen

In tegenstelling tot machinale bewerking, waarbij onderdelen geleidelijk worden verfijnd tot nauwere toleranties, kent 3D-printen één enkele geautomatiseerde productiestap. Terwijl complexe oppervlakken kosten toevoegen aan een proces als CNC-frezen, is complexiteit bij 3D-printen in wezen gratis. De toleranties van een 3D-geprint onderdeel kunnen echter niet automatisch verder worden verfijnd dan wat de printer kan produceren zonder een beroep te doen op subtractieve methoden.

3D-printen is een goede optie als het gaat om grove complexiteit zoals ondersnijdingen en complexe oppervlakken, en als er niet per se een hogere oppervlaktenauwkeurigheid nodig is dan ±0,005 inch (standaardbewerking). Toleranties boven de standaardbewerking moeten subtractief worden bereikt, hetzij door handbewerking of machinale bewerking, zowel bij 3D-geprinte onderdelen als bij CNC-onderdelen.

SLA kent de hoogste tolerantie van de commercieel beschikbare 3D-printtechnologieën. Vergeleken met machinale nauwkeurigheid ligt de tolerantie van SLA-3D-printen ergens tussen standaardbewerking en fijnbewerking in.

Over het algemeen hebben meer meegaande SLA-materialen een bredere tolerantiezone dan stijvere materialen. Specifiek bij het printen van onderdelen voor assemblages zorgt het ontwerpen voor de juiste tolerantie en pasvorm voor minder nabewerkingstijd en montagegemak, en vermindert het de materiaalkosten van iteratie.

Indien je op zoek bent naar passend advies over 3D printing, neem gerust contact op met onze 3D printing experts of vraag vrijblijvend een quickscan aan. We helpen je graag verder. 

Vond je dit artikel interessant?

Krijg de nieuwste blogs direct in je mailbox door je hieronder in te schrijven.
Je geeft toestemming aan Layertec om je ingediende persoonlijke informatie op te slaan en te verwerken om je van de gevraagde informatie te voorzien.

Dennie Rijk

Ook interessant voor u