Чи дійсно 3D-принтери досягають точності 50 мкм (0,05 мм)?

Мені завжди було цікаво про фактичну точність приладів 3D друку. Шукаючи ідеальну машину для придбання, я ознайомився зі швидкістю, ціною, підтримуваними нитками тощо, а також точністю. Я колись запитав когось, хто міг би дати мені поради, на що дивитися.

Однією з речей, про які мені сказали, було те, що багато принтерів не обов'язково мають таку шалену точність 0,05 мм (50 мкм). Інша людина розповіла мені щось інше - він сказав, що більшість із цих принтерів насправді здатні викласти висоту шару 50 мкм. Як це насправді?

Інша справа, що офіційні зрізи для цих машин також стверджують, що ця точність реальна, наприклад, PrusaSlicer v2.0.

Є багато дорогих машин високого класу, і навіть вони іноді стверджують, що їх роздільна здатність гірша за 50 мкм.

На це питання немає простої відповіді, або якщо є, це "ні". Однак ситуація набагато складніша. Коли характеристики принтера цитують подібну точність, вони, як правило, грунтуються на номінальному розмірі найменших рухів на кожній осі одним «мікроступінком» крокових двигунів. Існує чудова стаття про Хакадея, яка пояснює, як це впливає на точність: Наскільки точна мікроступінгова реальність .

На рівні механічного позиціонування - поміщаючи друкуючу голівку туди, де потрібно видавити матеріал з потрібною точністю - у вас є принаймні ці фактори, що обмежують вашу точність:

• Мікроступені, як правило, розташовані приблизно монотонно між цілими ступенями, але не обов'язково ділять цілий крок на рівні частини. Наскільки вони успішні - це питання крокових драйверів, які використовує плата контролера принтера. Як правило, мікроступінки - це 1/16 кроку (хоча є драйвери з 1/8, 1/32 або навіть 1/256, можливо, і інші), тож якщо ви бачите номінальну точність 0,05 мм, цілий крок, що може бути мінімальним, з якого можна отримати надійну точність, ймовірно, 0,8 мм.

• Крокові двигуни трохи відхиляються - до 2 цілих кроків, але менше, ніж один крок, швидше, якщо вони не перевантажені - під навантаженням. Так само і ремені. Наскільки це вплине на вас, залежить від конструкції принтера і від маси, яка рухається кожною віссю. Прямі екструдери в цьому плані набагато гірші. Дельта принтери, мабуть, найкращі в ньому.

Їх можна дещо пом'якшити за допомогою компромісів, використовуючи крокові двигуни з більшою кількістю кроків на обертання, кращими чіпами драйвера кроків, зменшенням передач тощо.

Крім того, у вас також є екструзія та властивості друкованого матеріалу, що обмежують вашу точність:

• Двигун екструдера підпадає під ті ж питання точності, що і позиціонуючі. Якщо ви екструдуєте занадто багато або занадто мало матеріалу де завгодно, у вас обов’язково виникнуть проблеми з точністю. Ви можете обчислити їх, виходячи з площі поперечного перерізу нитки, розміру шестерні екструдера, кроку двигуна екструдера та розміру мікроступінки тощо.

• Якщо діаметр нитки не повністю відповідає, ви також видавите занадто багато або занадто мало матеріалу.

• Якщо матеріал не охолоджується або не зберігається теплим відповідно до його екструзії (це залежить від матеріалу), він буде провисати, перекручуватися або згортатися, закінчуючи в іншому місці, де ви цього хотіли.

• Чим більше ви будете змінювати співвідношення між шириною форсунки / екструзії та висотою шару від ідеального співвідношення, тим більше форма контурів екструдованого матеріалу відрізнятиметься від моделі, яку ви намагаєтеся надрукувати. Особливо з товстими шарами вони будуть округленими, а не майже плоскими вздовж стін.

Теоретично багато цих питань, ймовірно, можна було б пом'якшити набагато краще, ніж зараз, лише шляхом кращого нарізання - логіка, яка відбувається на комп’ютері для перетворення оригінальної 3D-моделі в інструкції, куди потрібно видавити матеріал.

З урахуванням сказаного, ви все одно можете отримати досить дивовижну точність, особливо з хорошим або добре налаштованим так званим принтером. На моєму дешевому Ender 3, після вирішення деяких питань, які виникали явно очевидні проблеми, я можу отримати точну розмірність в межах 0,1 мм у напрямку X і Y, принаймні для деяких моделей. Тож я думаю, що дуже правдоподібно, що вдосконалений або налаштований принтер міг би отримати точність 0,05 мм.

Однією з речей, про які мені сказали, було те, що багато принтерів не обов'язково мають таку шалену точність 0,05 мм (50 мкм). Інша людина розповіла мені щось інше - він сказав, що більшість із цих принтерів насправді здатні викласти висоту шару 50 мкм. Як це насправді?

Обидві речі, які ви прочитали, є абсолютно правильними.

Більшість принтерів мають висоту шару 50 мкм. Однак висота шару не дорівнює "точності" або "точності". Специфікація висоти шару - марний термін маркетингу, який слід ігнорувати; висота шару - для 3D-принтерів. Динамічна контрастність - для моніторів.

Всі принтери FDM, як правило, досить погано випускають деталі з жорсткими допусками. Процес екструзії нитки вводить безліч змінних, які важко контролювати: діаметр нитки може змінюватися, виникає затримка між подачею нитки в екструдер і її виходом, а гуляна нитка, що виходить з екструдера, поводиться в непередбачувані способи.

Ніхто не придумав, як кількісно оцінити "точність" для 3D-принтерів таким чином, що співвідноситься з якістю готових деталей. Неможливо сказати, який принтер виробляє «кращі» або точніші деталі із специфікації принтера.

Дозвіл (іноді званий «точність» в маркетингових цілях) 0,05 мм означає , що якщо ви робите купу 10 мм кістки і купу 10,05 мм кубиків, то мм з них 10.05 буде статистично більше. Зверніть увагу, що кістки насправді не повинні бути десь близько 10 мм, а також випадковий штамб з ворсу 10,05 мм не повинен бути більшим, ніж випадковий штамб з кучи 10 мм.

Повторюваність ( так званий «точність повторення») 0,05 мм означає , що в експерименті над кожною фільєри від 10,05 мм палі повинні бути більше , ніж кожен з прес - форми 10 мм палі. Зауважте, що ваші кістки все ще не повинні знаходитись десь біля фактичних 10 мм.

Точність (інакше правильність) від 0,05 мм , що кошти в експерименті над середнім розміром 10 мм штампа повинна бути в межах 9.975..10.025 мм. Зауважте, що окремі кубики не повинні знаходитися в цьому інтервалі.

Нарешті, загальна точність (визначена в ISO 5725 ) 0,05 мм означає, що кожні 10 мм штампи повинні бути в межах 9,975..10,025 мм.

Підсумовуючи це, твердження з вашого запитання справедливо для "комерційної точності", але не для загального визначення точності. Наприклад, ось стаття, яка порівнює точність 3D-принтерів у стоматологічних програмах (тому ми говоримо про високих класах) із середньою точністю від 0,05 до 0,1 мм та абсолютною точністю в діапазоні від 0,11 до 0 , 17 мм.

Відповідь Тома правильна, більшість принтерів працюватимуть належним чином із роздільною здатністю висоти шару 50 мкм, використовуючи насадку 0,4 мм. Отримане покриття поверхні, ймовірно, буде кращим, ніж при встановленні більш грубого шару, а при більш високій висоті шару якість друку, можливо, погіршиться.

Висота шару також, ймовірно, досить чітко визначена (за винятком перших шарів, нависів, перекосів тощо), але це залежить від геометрії принтера.

Недостатньо добре контрольована (або виміряна) деталь - це шприц / розтяжка розплавленого пластику під час його екструдування. Це може мати значний вплив на локалізовану обробку поверхні (а також розміри речей, таких як внутрішні діаметри).

Точність, можливо, найкраще оцінюється результатами друку різних типів тестової частини, ніж простим числовим параметром.