Mikroner i 3D-utskrift: Spelar de någon roll? [UPPDATERAD]

Om du äger ett 3D-produktionssystem eller har övervägt 3D-utskrift som en lösning är det viktigt att förstå vad som är viktigast för din tillämpning: dimensionell noggrannhet och repeterbarhet eller upplösning. I den här bloggartikeln diskuterar vi varför skikttjocklek anges som mikroner vid 3D-utskrift och varför det spelar roll. Låt oss först titta på definitionerna av noggrannhet, repeterbarhet och upplösning:

• Noggrannhet avser hur nära ett tillverkningssystems utdata överensstämmer med en tolerans inom ett specificerat dimensionsintervall.
• Repeterbarhet fångar systemets förmåga att producera konsekvent utdata, gång efter gång.
• Upplösning avser den minsta enhet som systemet kan reproducera.

Dimensionell noggrannhet

Dimensionell noggrannhet är en mycket viktig faktor som många människor tar hänsyn till när de väljer en additiv lösning som fungerar bäst för dem. Denna specifikation påverkar faktorer som hur väl små eller fina funktioner ser ut och hur exakta kritiska ytor blir. Vanligtvis mäts detta i mikroner eller mikrometer. En mikrometer motsvarar 0,001 mm eller 0,000039 tum. Som jämförelse kan nämnas att ett människohår har en diameter på mellan 20 och 200 mikrometer och att den längsta mänskliga kromosomen är 20 mikrometer lång. Så när frågan ställs om ”spelar mikroner verkligen någon roll?” är det i vissa fall verkligen en hårklyveri.

Hur förhåller sig dessa mått till additiv tillverkning?

Dimensionell noggrannhet är beroende av det system som producerar delen och delens totala storlek. Stratasys erbjuder 3D-skrivare som bygger delar med hjälp av olika tekniker som Fused Deposition Modeling (FDM), PolyJet och Stereolitografi. FDM-maskiner smälter lager av termoplastiskt material genom en extruder. PolyJet-maskiner bygger delar av lager av fotopolymerer som härdas med UV-ljus (som den process som används av en bläckstråleskrivare). Stereolitografi kombinerar hög upplösning och fina byggskikt med en generös byggkapacitet som kan producera mycket detaljerade delar, prototyper och gjutmodeller i stor skala.

FDM-teknik

Fused Deposition Modeling (FDM) är en process där halvflytande plastfilament extruderas på ett X/Y-plan på en förprogrammerad väg. Dessa maskiner fungerar genom att delar skärs upp i lager och varje lager skrivs ut innan bädden lyfts upp för att skriva ut nästa lager.

Typiskt sett mäts dessa lager eller skivor i tum, inte mikroner (1 tum = 25 400 mikroner), så en skillnad på några få mikroner kommer förmodligen inte att ha någon större inverkan på kvalitet eller noggrannhet. Men det berättar inte hela historien. Stratasys-maskiner, till exempel, har en dimensionell noggrannhet på mellan 0,005 och 0,008 tum (127-204 mikron). Det innebär att för varje tum av din del kan du förvänta dig att få denna noggrannhet. Maskinerna i F123-serien kan till exempel skriva ut med en noggrannhet på 200 mm (0,008 tum) eller +/- 0,002 mm/mm (0,002 tum/in), beroende på vilket som är störst.

>> Läs vår relaterade artikel om de fyra främsta användningsområdena för FDM-skrivare inom industrin

Olyckligtvis blir delarna i FDM-produkterna mindre eller finare ju mindre eller finare de blir, desto mindre noggranna blir de. Detta beror på att en extruderad plastbit med en diameter på mellan 0,005 och 0,020 tum som expanderar och krymper snabbt inte kan göra så mycket för att passa in i trånga utrymmen. En bra tumregel är att den minsta funktionen ska vara minst två gånger så stor som lagerhöjden. Men för superlilla funktioner (t.ex. ett 0,0050-tums hål) är FDM kanske inte en bra lösning, och det finns andra tekniker som är bättre lämpade för dessa typer av funktioner.

PolyJet-teknik

PolyJet-tekniken sprider droppar av ett UV-härdbart harts (UV-ljus) ner på en byggplatta, skikt för skikt. Denna process liknar hur en vanlig bläckstråleskrivare fungerar. Den skapar mycket finare lagerhöjder, ner till 14 mikrometer. Det är tunnare än ett genomsnittligt människohår! Så om realism, fullfärgsblandning eller fina funktioner är vad du är ute efter är det mycket vettigt att välja en PolyJet 3D-skrivare. I det här scenariot kan skillnaden på 10 eller 20 mikroner skapa en stor effekt eftersom lagren är så fina. Detta kan leda till att funktioner inte syns bra eller att färger inte blandas ordentligt.

De senaste tilläggen till Stratasys PolyJet-familjen inkluderar J850 och J826 som har kapacitet att skriva ut med upp till sju material åt gången. J850 kan skriva ner till under 100 mm-±100; över 100 mm- ±200 eller ± 0,06 % av detaljlängden, beroende på vilket som är störst. J826 har kapacitet att skriva ner till under 100 mm – ±100μ; över 100 mm – ±200μ.

>> Läs vår relaterade artikel om de tre främsta industriella användningsområdena för PolyJet-skrivare

Stereolitografiteknik

Stereolitografi (vanligen kallad SL eller SLA) är en process där ett bad av harts härdas skikt för skikt med en laser eller en annan ljusemitterande anordning, som en skärm eller en projektor. Denna teknik kan producera delar av ett enda material med en hög grad av noggrannhet och finish.

På grund av denna höga grad av noggrannhet kan en förändring på 10-15 mikroner kallt få negativa effekter på detaljen. Men för större delar där toleranserna är mer förlåtande kommer dessa förändringar inte att göra någon större skillnad. Det är också viktigt att se till att dessa maskiner är kalibrerade för den specifika harts som du använder och att se till att hartsbadet är rent och klart. Om dessa steg inte följs kan det uppstå problem med stora och små delar.

>> Läs mer om Stratasys V650 Flex

So, Do Microns Matter in 3D Printing?

Sort of. Det beror verkligen på vad ditt slutmål är med din del. Om du tillverkar stora jiggar eller fixturer som ska hålla specifika delar för målning kommer några mikroner i noggrannhet inte att påverka det. Om du tillverkar småskaliga modeller med många fina detaljer kan en förändring på bara några få mikroner synas på dina delar. Men genom att utforma din del för den additiva processen kan du minska många problem med noggrannhet och upplösning av fina detaljer. På TriMech erbjuder vi en hel DFAM-kurs (Design for Additive Manufacturing) som är utformad för att hjälpa användarna att designa delar som är effektivare första gången genom att använda designprinciper som bara är möjliga med additiv teknik.

Nu när du är mer bekant med mikroner och noggrannhet när du 3D-utskriver med olika tekniker kanske du undrar vilken som skulle kunna vara den bästa lösningen för dina behov? Oroa dig inte, vi kan hjälpa dig! Titta på vårt on-demand-webinar för att lära dig mer om skillnaderna mellan PolyJet- och FDM-teknikerna.