Erreichen 3D-Drucker wirklich eine Genauigkeit von 50 Mikron (0,05 mm)?

Ich habe mich schon immer über die tatsächliche Genauigkeit von 3D-Druckgeräten gewundert. Bei der Suche nach der perfekten Maschine habe ich mir die Geschwindigkeit, den Preis, die unterstützten Filamente usw., aber auch die Genauigkeit angesehen. Ich habe mal jemanden gefragt, der mir einen Rat geben könnte, was ich mir ansehen soll.

Eines der Dinge, über die mir berichtet wurde, war, dass viele Drucker nicht unbedingt eine verrückte Genauigkeit von 0,05 mm (50 Mikron) haben. Eine andere Person erzählte mir etwas anderes - er sagte, die meisten dieser Drucker könnten tatsächlich eine Schichthöhe von 50 Mikron ausgeben. Wie ist es wirklich?

Eine andere Sache ist, dass die offiziellen Slicer für diese Maschinen auch behaupten, dass diese Präzision real ist, zum Beispiel der PrusaSlicer v2.0.

Es gibt viele hochwertige, sehr teure Maschinen, und selbst sie behaupten manchmal, ihre Auflösung sei schlechter als 50 Mikrometer.

Es gibt keine einfache Antwort auf diese Frage, oder wenn ja, ist es "nein". Die Situation ist jedoch viel komplizierter. Wenn Druckerspezifikationen diese Genauigkeit angeben, basieren sie normalerweise auf der Nenngröße der kleinsten Bewegungen auf jeder Achse durch einen "Mikroschritt" der Schrittmotoren. Es gibt einen großen Artikel über hackaday Erklärung der wie diese Genauigkeit beeinflusst: Wie genau Micro wirklich ist .

Auf der Ebene der mechanischen Positionierung - Positionieren Sie den Druckkopf so, dass das Material mit der gewünschten Genauigkeit extrudiert werden kann - haben Sie mindestens die folgenden Faktoren, die Ihre Genauigkeit einschränken:

• Mikroschritte sind im Allgemeinen in einem ungefähren monotonen Abstand zwischen ganzen Schritten angeordnet, unterteilen jedoch nicht notwendigerweise den gesamten Schritt in gleichmäßige Abschnitte. Wie gut sie sind, hängt von den Steppertreibern ab, die die Controller-Karte Ihres Druckers verwendet. Im Allgemeinen sind Mikroschritte 1/16 eines Schritts (obwohl es Treiber mit 1/8, 1/32 oder sogar 1/256 gibt, vielleicht auch andere). Wenn Sie also eine Nenngenauigkeit von 0,05 mm sehen, Die Mindestgenauigkeit, mit der Sie zuverlässige Ergebnisse erzielen können, liegt wahrscheinlich bei 0,8 mm.

• Schrittmotoren werden leicht ausgelenkt - bis zu 2 ganze Schritte, aber weniger als ein Schritt ist wahrscheinlicher, wenn sie nicht überlastet werden - unter Last. So sind Gürtel. Wie sehr Sie davon betroffen sind, hängt vom Design des Druckers ab und davon, wie viel Masse jede Achse bewegt. Direktantriebsextruder sind in dieser Hinsicht viel schlimmer. Delta-Drucker sind wahrscheinlich am besten darin.

Diese können mit Kompromissen etwas gemildert werden, indem Schrittmotoren mit mehr Schritten pro Umdrehung, bessere Schritttreiberchips, Untersetzung mit Zahnrädern usw. verwendet werden.

Darüber hinaus haben Sie auch Extrusion und Eigenschaften des Druckmaterials, die Ihre Genauigkeit einschränken:

• Der Extrudermotor unterliegt den gleichen Genauigkeitsproblemen wie die Positionierungsprobleme. Wenn Sie irgendwo zu viel oder zu wenig Material extrudieren, müssen Genauigkeitsprobleme auftreten. Sie können sie basierend auf der Querschnittsfläche des Filaments, der Größe des Extrudergetriebes, der Extrudermotorstufe und der Mikroschrittgröße usw. berechnen.

• Wenn der Filamentdurchmesser nicht perfekt übereinstimmt, wird auch zu viel oder zu wenig Material extrudiert.

• Wenn das Material beim Extrudieren nicht angemessen gekühlt oder warm gehalten wird (dies hängt vom Material ab), kann es durchhängen, sich verziehen oder kräuseln und an einer anderen Stelle als der von Ihnen gewünschten landen.

• Je mehr Sie das Verhältnis zwischen Düsen- / Extrusionsbreite und Schichthöhe von einem idealen Verhältnis unterscheiden, desto stärker unterscheidet sich die Form der extrudierten Materialpfade von dem Modell, das Sie drucken möchten. Insbesondere bei dicken Schichten werden sie an den Wänden eher gerundet als nahezu flach.

Theoretisch könnten viele dieser Probleme wahrscheinlich viel besser gemildert werden als jetzt, indem man sie besser aufteilt - die Logik, die auf einem Computer angewendet wird, um das ursprüngliche 3D-Modell in Anweisungen zum Extrudieren von Material zu konvertieren.

Mit all dem können Sie immer noch eine erstaunliche Genauigkeit erzielen, insbesondere mit einem guten oder gut abgestimmten, mittelmäßigen Drucker. Bei meinem billigen Ender 3 kann ich nach einigen Problemen, die hin und wieder auffällig wurden, eine Maßgenauigkeit von 0,1 mm in X- und Y-Richtung erzielen, zumindest bei einigen Modellen. Daher halte ich es für sehr plausibel, dass ein besserer oder besser eingestellter Drucker eine Genauigkeit von 0,05 mm erzielen könnte.

Eines der Dinge, über die mir berichtet wurde, war, dass viele Drucker nicht unbedingt eine verrückte Genauigkeit von 0,05 mm (50 Mikron) haben. Eine andere Person erzählte mir etwas anderes - er sagte, die meisten dieser Drucker könnten tatsächlich eine Schichthöhe von 50 Mikron ausgeben. Wie ist es wirklich?

Beide Dinge, die Sie gelesen haben, sind völlig korrekt.

Die meisten Drucker sind in der Lage, eine Schichthöhe von 50 Mikron zu erreichen. Die Schichthöhe ist jedoch nicht gleich "Genauigkeit" oder "Präzision". Die Angabe der Ebenenhöhe ist ein unnützer Marketingbegriff, den Sie ignorieren sollten. Die Ebenenhöhe entspricht für 3D-Drucker dem dynamischen Kontrast für Monitore.

Alle FDM-Drucker sind von Natur aus ziemlich schlecht darin, Teile mit engen Toleranzen herzustellen. Das Filamentextrusionsverfahren führt viele Variablen ein, die schwer zu steuern sind: Der Durchmesser des Filaments kann variieren, es gibt eine Verzögerung zwischen dem Zuführen des Filaments zum Extruder und dem Austreten und das klebrige Filament, das aus dem Extruder austritt, verhält sich in unvorhersehbare Wege.

Niemand hat herausgefunden, wie die "Genauigkeit" von 3D-Druckern auf eine Weise quantifiziert werden kann, die mit der Qualität der fertigen Teile korreliert. Es ist unmöglich zu sagen, welcher Drucker "bessere" oder genauere Teile aus dem Spezifikationsblatt eines Druckers erzeugt.

Eine Auflösung (manchmal zu Marketingzwecken "Genauigkeit" genannt) von 0,05 mm bedeutet, dass, wenn Sie ein Bündel von 10 mm Würfeln und ein Bündel von 10,05 mm Würfeln produzieren, die 10,05 mm statistisch größer sind. Beachten Sie, dass sich die Würfel nicht in der Nähe von 10 mm befinden müssen, und dass ein zufälliger Würfel vom 10,05-mm-Stapel nicht größer sein muss als ein zufälliger Würfel vom 10-mm-Stapel.

Eine Wiederholgenauigkeit (auch "Wiederholgenauigkeit" genannt) von 0,05 mm bedeutet, dass im obigen Versuch jeder Würfel vom 10,05 mm-Stapel größer sein muss als jeder Würfel vom 10 mm-Stapel. Beachten Sie, dass Ihre Würfel immer noch nicht annähernd 10 mm betragen müssen.

Eine Genauigkeit (alias Richtigkeit) von 0,05 mm bedeutet, dass im Experiment die durchschnittliche Größe einer 10 mm-Matrize innerhalb von 9,975 bis 10,025 mm liegen sollte. Beachten Sie, dass sich einzelne Würfel nicht innerhalb dieses Intervalls befinden müssen.

Schließlich bedeutet die allgemeine Genauigkeit (gemäß Definition in ISO 5725 ) von 0,05 mm, dass jede 10-mm-Matrize innerhalb von 9,975 bis 10,025 mm liegen sollte.

Zusammenfassend gilt die Aussage Ihrer Frage für die "kommerzielle Genauigkeit", nicht aber für die allgemeine Definition der Genauigkeit. Zum Beispiel ist hier ein Artikel, der die Genauigkeit von 3D-Druckern in Dentalanwendungen (wir sprechen also von High-End-Maschinen) mit einer durchschnittlichen Genauigkeit von 0,05 bis 0,1 mm und einer absoluten Genauigkeit im Bereich von 0,11 bis 0 vergleicht 17 mm.

Tom Antwort ist richtig, die meisten Drucker richtig mit einer Schichthöhe arbeiten Auflösung von 50 & mgr ; m, eine 0,4 mm Düse. Die resultierende Oberflächengüte ist wahrscheinlich besser als bei einer gröberen Schichteinstellung, und bei feineren Schichthöhen ist es wahrscheinlich, dass sich die Druckqualität verschlechtert.

Die Ebenenhöhe ist wahrscheinlich auch ziemlich genau definiert (mit Ausnahme der ersten Ebenen, Überhänge, Verwerfungen usw.), dies hängt jedoch von der Druckergeometrie ab.

Das Detail, das nicht so gut kontrolliert (oder gemessen) wird, ist das Quetschen / Strecken des geschmolzenen Kunststoffs, wenn er extrudiert wird. Dies kann erhebliche Auswirkungen auf die lokalisierte Oberflächengüte (sowie auf die Abmessungen von Dingen wie Innendurchmessern) haben.

Die Genauigkeit lässt sich am besten anhand der Ergebnisse des Druckens verschiedener Testteiltypen als anhand eines einfachen numerischen Parameters beurteilen.