As impressoras 3D realmente atingem precisão de 50 mícrons (0,05 mm)?

Sempre me perguntei sobre a precisão real dos dispositivos de impressão 3D. Ao procurar a máquina perfeita para comprar, observei a velocidade, o preço, os filamentos suportados etc., mas também a precisão. Uma vez perguntei a alguém que poderia me dar alguns conselhos sobre o que olhar.

Uma das coisas que me disseram foi que muitas impressoras não têm necessariamente uma precisão louca de 0,05 mm (50 mícrons). Outra pessoa me disse algo diferente - ele disse que a maioria dessas impressoras era capaz de colocar uma camada de 50 mícrons de altura. Como é realmente?

Outra coisa é que os cortadores oficiais dessas máquinas também afirmam que essa precisão é real, por exemplo, o PrusaSlicer v2.0.

Existem muitas máquinas de ponta e muito caras, e mesmo elas às vezes afirmam que sua resolução é pior que 50 mícrons.

Não existe uma resposta simples para esta pergunta ou, se houver, é "não". No entanto, a situação é muito mais complicada. Quando as especificações da impressora citam precisão como essa, elas geralmente baseiam a afirmação no tamanho nominal dos menores movimentos em cada eixo por um "micro passo" dos motores de passo. Há um ótimo artigo sobre Hackaday explicando como isso afeta a precisão: Qual é a precisão das etapas em microstep ?

No nível do posicionamento mecânico - colocando a cabeça de impressão onde é necessário extrudar o material com a precisão desejada - você tem pelo menos esses fatores que limitam sua precisão:

• Os microsteps são geralmente espaçados aproximadamente monotonicamente entre etapas inteiras, mas não necessariamente dividem a etapa inteira em porções pares. O desempenho deles depende dos drivers de passo que a placa controladora da impressora usa. Geralmente, os microsteps são 1/16 de uma etapa (embora existam drivers com 1/8, 1/32 ou mesmo 1/256, talvez outros também). Portanto, se você encontrar uma precisão nominal de 0,05 mm, uma etapa inteira, que pode ser o mínimo com o qual você pode obter uma precisão confiável, provavelmente é de 0,8 mm.

• Os motores de passo são desviados ligeiramente - até 2 etapas inteiras, mas menos de uma etapa é mais provável se não estiverem sobrecarregadas - sob carga. Assim são os cintos. O quanto isso afeta você depende do design da impressora e da quantidade de massa que cada eixo está movendo. Extrusoras de acionamento direto são muito piores a esse respeito. As impressoras Delta provavelmente são as melhores.

Eles podem ser mitigados de alguma forma, com as vantagens e desvantagens, usando motores de passo com mais etapas por rotação, melhores chips de acionador de passo, redução com engrenagens, etc.

Além disso, você também possui extrusão e propriedades do material de impressão que limitam sua precisão:

• O motor da extrusora está sujeito aos mesmos problemas de precisão que os de posicionamento. Se você extrudar muito ou pouco material em qualquer lugar, terá necessariamente problemas de precisão. Você pode calculá-los com base na área da seção transversal do filamento, tamanho da engrenagem da extrusora, passo do motor da extrusora e tamanho da micro etapa, etc.

• Se o diâmetro do filamento não for perfeitamente consistente, você também extrudará muito ou pouco material.

• Se o material não for resfriado ou mantido aquecido adequadamente quando for extrudado (isso varia de acordo com o material), ele irá ceder, entortar ou enrolar, terminando em um local diferente do local desejado.

• Quanto mais você varia a proporção entre a largura do bico / extrusão e a altura da camada a partir de uma proporção ideal, mais a forma dos caminhos do material extrudado será diferente do modelo que você está tentando imprimir. Com camadas espessas, elas se tornam mais arredondadas do que planas ao longo das paredes.

Em teoria, muitas dessas questões provavelmente poderiam ser atenuadas muito melhor do que são agora apenas com uma fatia melhor - a lógica que acontece em um computador para converter o modelo 3D original em instruções para extrusão de material.

Com tudo isso dito, você pode obter uma precisão incrível, ainda mais, especialmente com uma impressora boa ou bem ajustada. No meu Ender 3 barato, depois de lidar com alguns problemas de vez em quando que causavam problemas óbvios, posso obter precisão dimensional dentro de 0,1 mm nas direções X e Y, pelo menos em alguns modelos. Portanto, acho muito plausível que uma impressora melhor ou com melhor ajuste possa obter precisão de 0,05 mm.

Uma das coisas que me disseram foi que muitas impressoras não têm necessariamente uma precisão louca de 0,05 mm (50 mícrons). Outra pessoa me disse algo diferente - ele disse que a maioria dessas impressoras era capaz de colocar uma camada de 50 mícrons de altura. Como é realmente?

As duas coisas que você leu estão completamente corretas.

A maioria das impressoras é capaz de alturas de camada de 50 mícrons. No entanto, a altura da camada não é igual a "precisão" ou "precisão". A especificação de altura da camada é um termo de marketing inútil que você deve ignorar; A altura da camada é para as impressoras 3D o que o contraste dinâmico é para os monitores.

Todas as impressoras FDM são inerentemente muito ruins na produção de peças com tolerâncias rigorosas. O processo de extrusão de filamentos apresenta muitas variáveis ​​difíceis de controlar: o diâmetro do filamento pode variar, há um atraso entre a alimentação do filamento na extrusora e sua saída, e o filamento pegajoso que sai da extrusora se comporta de maneira diferente. maneiras imprevisíveis.

Ninguém descobriu como quantificar a "precisão" das impressoras 3D de uma forma que se correlaciona com a qualidade das peças acabadas. É impossível saber qual impressora produz peças "melhores" ou mais precisas a partir da folha de especificações de uma impressora.

Uma resolução (às vezes chamada de "precisão" para fins de marketing) de 0,05 mm significa que, se você produzir um monte de dados de 10 mm e um monte de 10,05 mm, os de 10,05 mm serão estatisticamente maiores. Observe que os dados não precisam estar perto de 10 mm, nem um dado aleatório da pilha de 10,05 mm precisa ser maior que um dado aleatório da pilha de 10 mm.

Uma repetibilidade (também conhecida como "precisão de repetição") de 0,05 mm significa que, no experimento acima, todos os dados da pilha de 10,05 mm devem ser maiores do que todos os dados da pilha de 10 mm. Observe que seus dados ainda não precisam estar nem perto dos 10 mm reais.

Uma precisão (também conhecida como exatidão ) de 0,05 mm significa que, no experimento acima do tamanho médio de uma matriz de 10 mm, deve estar entre 9,975 a 10,025 mm. Note que dados individuais não precisam estar dentro desse intervalo.

Finalmente, a precisão geral (conforme definida na ISO 5725 ) de 0,05 mm significa que cada matriz de 10 mm deve estar dentro de 9.975..10.025 mm.

Em resumo, a afirmação da sua pergunta é verdadeira para a "precisão comercial", mas não para a definição geral de precisão. Por exemplo, aqui está um artigo comparando a precisão das impressoras 3D em aplicações odontológicas (por isso estamos falando de máquinas de última geração), com precisão média variando de 0,05 a 0,1 mm e precisão absoluta na faixa de 0,11 a 0 , 17 mm.

A resposta de Tom está correta, a maioria das impressoras funcionará corretamente com uma resolução de altura de camada de 50 mícrons, usando um bico de 0,4 mm. O acabamento da superfície resultante provavelmente será melhor do que em uma configuração de camada mais grossa e, em alturas mais finas, a qualidade da impressão provavelmente se deteriorará.

Também é provável que a altura da camada seja bem definida (exceto para as primeiras camadas, saliências, distorções, etc.), mas isso depende da geometria da impressora.

O detalhe que não é tão bem controlado (ou medido) é o esmagamento / estiramento do plástico fundido, pois é extrudado. Isso pode ter um impacto significativo no acabamento da superfície localizada (bem como nas dimensões de itens como diâmetros internos).

Talvez a precisão seja melhor avaliada pelos resultados da impressão de vários tipos de peças de teste do que por um simples parâmetro numérico.