3D-Druck-Toleranzen sind zulässige Größenabweichungen für die Gesamtabmessungen des Teils und einzelne Merkmale. Sie werden als Plus- oder Minuswerte (±) in Millimetern oder Zoll ausgedrückt und variieren je nach der Art der 3D-Drucktechnologie, die zur Herstellung des Teils verwendet wird. Diese Toleranzen sind auch eine Funktion von Variablen wie Materialschrumpfung, Schichtdicke, minimale Featuregröße und Baugröße.
Obwohl die ISO-286 additive Fertigungsverfahren einschließt, erschwert das Fehlen von Normen für 3D-Druck-Toleranzen die Arbeit von Konstrukteuren, die genaue und präzise Teile benötigen, insbesondere im Mikrobereich. Im Gegensatz zum 3D-Druck im Makromaßstab für größere Teile werden beim 3D-Druck im Mikromaßstab Teile mit Gesamtabmessungen von weniger als 1 Millimeter (mm) hergestellt. Welche Rolle spielen dabei Genauigkeit und Präzision?
Mikroskalige Genauigkeit und Präzision
Die Genauigkeit bezieht sich auf die Fähigkeit, die vom Designer gewünschten Abmessungen zu erreichen. Ein extrem präziser 3D-Drucker im Makromaßstab produziert beispielsweise eine 10-mm-Säule mit 10 mm - und nicht mit 5 mm oder 15 mm. Die Präzision bezieht sich darauf, wie nahe die Maße desselben Objekts beieinander liegen. Wenn der 3D-Drucker drei Säulen, die 10 mm groß sein sollen, mit 10 mm, 11 mm und 12 mm herstellt, dann ist der Drucker nicht sehr präzise.
Bei der additiven Fertigung hängt die Fähigkeit, Genauigkeit und Präzision zu erreichen, von verschiedenen Faktoren ab:
- Auflösung der Daten
- Wesentliche Änderungen
- Sequenzen aufschneiden
- Schichthöhe oder -dicke
Besonders wichtig sind auch die Toleranzen beim 3D-Druck. Wenn die Toleranzen "locker" sind, ist die Möglichkeit, genaue und präzise Abmessungen zu erzielen, begrenzt. Wenn die Toleranzen "eng" sind, können die Konstrukteure eine höhere Genauigkeit und Präzision erwarten. Der Erfolg eines Projekts hängt jedoch nicht nur von einem einzelnen Gerät ab. Es kommt auch darauf an, welche 3D-Drucktechnologie verwendet wird.
Um dies zu veranschaulichen, vergleichen wir die 3D-Druck-Toleranzen der Standard-Stereolithografie (SLA), des Materialstrahlverfahrens (MJ), der digitalen Lichtverarbeitung (DLP) und der Projektions-Mikro-Stereolithografie (PµSL). Denken Sie beim Lesen der folgenden Abschnitte daran, dass 1 mm 1000 Mikrometer (µm) entspricht.
Standard Stereolithographie (SLA) Toleranzen
Die Standard-SLA-Ausrüstung verwendet ein Galvanometer, ein Instrument zur Erfassung und Messung kleiner elektrischer Ströme. Galvanometersysteme eignen sich gut für einige Toleranzen im Submillimeterbereich, aber sie können keine Genauigkeit und Präzision im Bereich von einigen zehn Mikrometern (µm) erreichen. Die engsten Abmessungstoleranzen, die Standard-SLA-Drucker heute erreichen können, liegen bei ± 100 µm (0,1 mm).
Toleranzen beim Materialstrahlverfahren (MJ)
3D-Drucker, die die MJ-Technologie verwenden, haben einen Druckbalken oder ein Portal, das sich über die Baufläche bewegt. Dieses Portal ist relativ schwer und bewegt sich sowohl vorwärts als auch rückwärts. Aufgrund der Kombination aus Masse und Beschleunigung/Verzögerung ist es für MJ-3D-Drucker schwierig, eine kontrollierte Positionsgenauigkeit zu gewährleisten. Normalerweise unterstützen diese Systeme Maßtoleranzen im Bereich von ± 300 µm (0,3 mm).
Toleranzen bei der digitalen Lichtverarbeitung (DLP)
Drei Hauptfaktoren bestimmen die Genauigkeit und Präzision von DLP-Systemen: die Auflösung des Projektors, die optischen Eigenschaften der Projektionslinse und die mechanische Bewegung des Z-Tisches. Da der gesamte Querschnitt des Teils auf einmal projiziert wird, wirkt sich auch die Energiekonsistenz des Projektors auf die Toleranzen des Teils aus. Heute können die meisten DLP-Systeme Gesamttoleranzen von ± 300 µm (0,3 mm) erreichen.
Projektions-Mikro-Stereolithographie (PµSL) Toleranzen
3D-Drucker, die die PµSL-Technologie nutzen, verwenden Liner-Encoder, mechanische Konstruktion, Kalibrierung, ein optisches System und Software, um engere Toleranzen als bei Standard-SLA, MJ oder DLP zu erreichen. Boston Microfabrication (BMF), der weltweit führende Anbieter von mikropräzisem 3D-Druck mit PµSL-Technologie, kann je nach Maschinentyp Drucktoleranzen von ± 10 µm (0,01 mm) bis etwa ± 25 µm (0,025 mm) erreichen.
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