Mikrometer im 3D-Druck: Sind sie wichtig? [AKTUALISIERT]

Wenn Sie ein 3D-Produktionssystem besitzen oder den 3D-Druck als Lösung in Betracht gezogen haben, ist es wichtig zu verstehen, was für Ihre Anwendung wichtiger ist: Maßhaltigkeit und Wiederholbarkeit oder Auflösung. In diesem Blogartikel erörtern wir, warum die Schichtdicke im 3D-Druck in Mikron angegeben wird und warum das wichtig ist. Schauen wir uns zunächst die Definitionen von Genauigkeit, Wiederholbarkeit und Auflösung an:

• Die Genauigkeit bezieht sich darauf, wie genau die Ausgabe eines Fertigungssystems mit einer Toleranz innerhalb eines bestimmten Abmessungsbereichs übereinstimmt.
• Die Wiederholbarkeit erfasst die Fähigkeit eines Systems, immer wieder eine gleichbleibende Ausgabe zu produzieren.
• Die Auflösung bezieht sich auf die kleinste Einheit, die das System reproduzieren kann.

Maßgenauigkeit

Die Maßgenauigkeit ist ein sehr wichtiger Faktor, den viele Menschen bei der Auswahl einer für sie geeigneten additiven Lösung in Betracht ziehen. Diese Spezifikation wirkt sich unter anderem darauf aus, wie gut kleine oder feine Merkmale aussehen und wie genau kritische Oberflächen sein werden. In der Regel wird dies in Mikron oder Mikrometern gemessen. Ein Mikrometer entspricht 0,001 mm oder 0,000039 Zoll. Zum Vergleich: Ein menschliches Haar hat einen Durchmesser von 20 bis 200 Mikrometern, und das längste menschliche Chromosom ist 20 Mikrometer lang. Wenn also die Frage gestellt wird: „Spielen Mikrometer wirklich eine Rolle?“, dann ist das in manchen Fällen wirklich Haarspalterei.

Wie hängen diese Maße mit der additiven Fertigung zusammen?

Die Maßgenauigkeit hängt von dem System ab, mit dem das Teil hergestellt wird, sowie von der Gesamtgröße des Teils. Stratasys bietet 3D-Drucker an, die Teile mit verschiedenen Technologien wie Fused Deposition Modeling (FDM), PolyJet und Stereolitographie herstellen. FDM-Maschinen verschmelzen Schichten von thermoplastischem Material durch einen Extruder. PolyJet-Maschinen stellen Teile aus Schichten von Fotopolymeren her, die durch UV-Licht gehärtet werden (wie bei einem Tintenstrahldrucker). Die Stereolithographie kombiniert eine hohe Auflösung und feine Schichten mit einer großzügigen Baukapazität, die es ermöglicht, hochdetaillierte Teile, Prototypen und Gussmodelle in großem Maßstab herzustellen.

FDM-Technologie

Fused Deposition Modeling (FDM) ist ein Verfahren, bei dem halbverflüssigtes Kunststoff-Filament auf einer X/Y-Ebene auf einer vorprogrammierten Strecke extrudiert wird. Diese Maschinen schneiden die Teile in Schichten und drucken jede einzelne, bevor sie das Bett anheben, um die nächste Schicht zu drucken.

Typischerweise werden diese Schichten oder Scheiben in Zoll und nicht in Mikron gemessen (1 Zoll = 25.400 Mikron), so dass ein Unterschied von ein paar Mikron wahrscheinlich keinen großen Einfluss auf die Qualität oder Genauigkeit hat. Aber das sagt noch nicht alles aus. Die Maschinen von Stratasys beispielsweise haben eine Nennmaßgenauigkeit von 0,005″ bis 0,008″ (127 – 204 Mikrometer). Das bedeutet, dass Sie für jeden Zentimeter Ihres Teils die Einhaltung dieser Genauigkeit erwarten können. Die Maschinen der Serie F123 können beispielsweise mit einer Genauigkeit von 200 mm oder +/- 0,002 mm/mm drucken, je nachdem, welcher Wert höher ist.

>> Lesen Sie unseren zugehörigen Artikel über die vier wichtigsten Anwendungen von FDM-Druckern in der Industrie

Leider werden FDM-Teile umso ungenauer, je kleiner oder feiner sie werden. Das liegt daran, dass ein extrudiertes Stück Kunststoff mit einem Durchmesser von 0,005″ bis 0,020″, das sich schnell ausdehnt und schrumpft, nur begrenzt in enge Räume passen kann. Eine gute Faustregel ist, dass das kleinste Feature mindestens doppelt so groß sein sollte wie die Schichthöhe. Für sehr kleine Merkmale (z. B. ein 0,0050-Zoll-Loch) ist FDM jedoch möglicherweise nicht geeignet, und es gibt andere Technologien, die für diese Art von Merkmalen besser geeignet sind.

PolyJet-Technologie

Mit der PolyJet-Technologie werden Tröpfchen eines mit UV-Licht härtbaren Harzes Schicht für Schicht auf eine Bauplatte aufgetragen. Dieses Verfahren ähnelt der Funktionsweise eines herkömmlichen Tintenstrahldruckers. Es erzeugt viel feinere Schichten, die bis zu 14 Mikrometer hoch sind. Das ist dünner als ein durchschnittliches menschliches Haar! Wenn Sie also auf Realismus, Farbmischung oder feine Merkmale Wert legen, ist die Wahl eines PolyJet 3D-Druckers sehr sinnvoll. In diesem Szenario kann der Unterschied von 10 oder 20 Mikrometern eine große Wirkung haben, weil die Schichten so fein sind. Dies könnte dazu führen, dass Merkmale nicht gut sichtbar sind oder dass sich Farben nicht richtig mischen.

Zu den neuesten Ergänzungen der PolyJet-Familie von Stratasys gehören der J850 und der J826, die mit bis zu sieben Materialien gleichzeitig drucken können. Der J850 kann bis zu einer Tiefe von unter 100 mm – ±100; über 100 mm – ±200 oder ± 0,06% der Teilelänge drucken, je nachdem, welcher Wert größer ist. Der J826 kann bis zu einer Tiefe von unter 100 mm – ±100μ; über 100 mm – ±200μ drucken.

>> Lesen Sie unseren zugehörigen Artikel über die drei wichtigsten Verwendungszwecke von PolyJet-Druckern in der Industrie

Stereolithografie-Technologie

Stereolithografie (üblicherweise als SL oder SLA bezeichnet) ist ein Verfahren, bei dem ein Harzbad mit einem Laser oder einem anderen lichtemittierenden Gerät wie einem Bildschirm oder Projektor Schicht für Schicht ausgehärtet wird. Mit dieser Technologie können Teile aus einem einzigen Material mit einem hohen Maß an Genauigkeit und Finish hergestellt werden.

Aufgrund dieses hohen Genauigkeitsgrades hat eine Veränderung von 10-15 Mikrometern Kälte negative Auswirkungen auf das Teil. Bei größeren Teilen, bei denen die Toleranzen geringer sind, machen diese Änderungen jedoch keinen großen Unterschied. Es ist auch wichtig, dass diese Maschinen für das von Ihnen verwendete Harz kalibriert sind und dass das Harzbad sauber und klar ist. Wenn diese Schritte nicht befolgt werden, kann es zu Problemen mit großen und kleinen Teilen kommen.

>> Erfahren Sie mehr über den Stratasys V650 Flex

So, spielen Mikrometer beim 3D-Druck eine Rolle?

Ein bisschen. Es hängt wirklich davon ab, welches Ziel Sie mit Ihrem Teil verfolgen. Wenn Sie große Vorrichtungen anfertigen, die bestimmte Teile für die Lackierung halten sollen, dann haben ein paar Mikrometer Genauigkeit keinen Einfluss darauf. Wenn Sie kleine Modelle mit vielen feinen Merkmalen herstellen, kann sich eine Änderung von nur wenigen Mikrometern auf Ihren Teilen bemerkbar machen. Wenn Sie Ihr Teil jedoch für das additive Verfahren konstruieren, können Sie viele Probleme mit der Genauigkeit und der Auflösung feiner Merkmale entschärfen. Bei TriMech bieten wir einen kompletten DFAM-Kurs (Design for Additive Manufacturing) an, der den Anwendern helfen soll, Teile zu entwerfen, die von Anfang an effizienter sind, indem sie Konstruktionsprinzipien nutzen, die nur mit additiven Technologien möglich sind.

Nun, da Sie mit Mikrometern und der Genauigkeit beim 3D-Druck mit verschiedenen Technologien vertrauter sind, fragen Sie sich vielleicht, welche für Ihre Bedürfnisse am besten geeignet sein könnte? Keine Sorge, wir können Ihnen helfen! Sehen Sie sich unser On-Demand-Webinar an, um mehr über die Unterschiede zwischen PolyJet- und FDM-Technologien zu erfahren.