Was ist Feinmechanik? Kann der 3D-Druck das Prototyping und die Produktion von hochpräzisen Teilen unterstützen? Laut der American Society of Precision Engineering (ASPE), einer Autorität auf diesem Gebiet, ist die Feinwerktechnik "eine Disziplin, die das Design, die Entwicklung und die Herstellung von und für hochpräzise Komponenten, Instrumente und Maschinen umfasst". Genauigkeit ist jedoch nicht dasselbe wie Präzision, und auch Konstruktion und Fertigung sind nicht dasselbe. Außerdem gibt es erhebliche Größenunterschiede zwischen 3D-Teilen, die im Mikro- und im Makromaßstab hergestellt werden.
Deshalb ist es sinnvoll, sich zunächst mit einigen Definitionen zu befassen.
Genauigkeit vs. Präzision
Genauigkeit ist definiert als die Nähe eines gemessenen Betrags zu seinem wahren Wert. Wenn ein Teil 100 mm groß sein muss, aber 125 mm groß ist, dann ist der 3D-Drucker, der versucht hat, das 100-mm-Teil herzustellen, nicht sehr genau. Präzision ist etwas anderes. Es ist sogar möglich, sowohl ungenau und präzise als auch genau und ungenau zu sein. Das liegt daran, dass sich die Präzision auf die Wiederholbarkeit oder Reproduzierbarkeit der Messung bezieht. In unserem Beispiel ist ein 3D-Drucker, der 50 125-mm-Einheiten produziert, die eigentlich 100-mm groß sein sollten, eine präzise Maschine. Alle Produktionseinheiten haben das gleiche Maß (125 mm), aber dieses Maß ist nicht genau.
Toleranzen
Toleranz, ein weiterer Begriff, der den Ingenieuren vertraut ist, ist hier wahrscheinlich nützlicher. Die Toleranz bezieht sich auf die zulässige Abweichung zwischen dem Sollmaß und dem Istmaß. In unserem Beispiel ist ein Unterschied von 25 mm signifikant. Das ist eine Abweichung von fast einem Zoll, ein Betrag, der groß genug ist, um die Montage der Teile zu behindern. Was aber, wenn alle produzierten Einheiten 101 mm statt 100 mm betragen würden? In vielen industriellen Anwendungen wäre ein Unterschied von 1 mm innerhalb der Toleranz. Bei anderen Anwendungen, z. B. in der Optik oder Mikroelektronik, könnte ein Unterschied von 1 mm jedoch ein Problem darstellen.
3D-Druck im Makro- vs. Mikro-Maßstab
Eine andere Möglichkeit, über Präzisionstechnik nachzudenken, ist die relative Betrachtung. Auf der Website Practical Precision heißt es, dass der Grad der Genauigkeit um viele Größenordnungen geringer ist als die Größe des hergestellten Produkts. Welches Teil ist also ein besseres Beispiel für Feinmechanik? Ein 101 mm großes Teil, das eigentlich 100 mm groß sein sollte, oder ein 101 µm großes Teil, das eigentlich 100 µm groß sein sollte? Millimeter (mm), die erste Maßeinheit, sind 1000 Mal größer als Mikrometer (µm). Zur Veranschaulichung: Ein menschliches Haar hat eine Größe von 70 µm, während 70 mm die Bildgröße eines Kinofilms ist.
Feinwerktechnik vs. Präzisionsfertigung
Die Präzisionstechnik ist nicht auf bestimmte Anwendungen beschränkt - ebenso wenig wie der 3D-Druck. Hier hilft es, zwei Fertigungstechnologien zu betrachten: Präzisionsbearbeitung und Präzisionsspritzguss. Wie der Name schon sagt, werden bei der Präzisionsbearbeitung Werkzeugmaschinen eingesetzt, um sehr enge Toleranzen zu erreichen, auch bei komplexen geometrischen Formen. Beim Präzisionsspritzgießen können ebenfalls sehr enge Toleranzen erreicht werden. Mit anderen Worten, man könnte sagen, dass alle Spritzgussteile (und das sind in der Regel Tausende) nahe genug am gewünschten Maß gefertigt werden, unabhängig von den Abweichungen zwischen den einzelnen Teilen.
Druckauflösung auf der Mikroskala
Die meisten 3D-Drucker können keine sehr kleinen Teile herstellen, und nicht alle Drucker, die dazu in der Lage sind, haben eine ausreichende Genauigkeit und Präzision für Anwendungen wie medizinische Geräte, Optik und Mikroelektronik. Diesen 3D-Druckern fehlt möglicherweise auch die erforderliche Druckauflösung, die sich auf den Detailgrad des gedruckten Teils bezieht. Wenn ein 3D-Drucker eine niedrige Druckauflösung hat, sehen die Teile nicht wie ein präzisionsgefertigtes oder präzisionsgespritztes Teil aus. Verfügt ein 3D-Drucker jedoch über eine hohe Druckauflösung, kann er die Feinmechanik (und Präzisionsfertigung) von Teilen für hochpräzise Anwendungen wie winzige MEMS-Geräte und mikrofluidische Geräte unterstützen.
Feinmechanik und PµSL-Technologie
Nehmen wir an, Sie möchten eine Mikrostruktur mit einer Drucktoleranz von +/- 10µm ~ +/- 25µm und einer Auflösung von 2µm ~ 50µm in 3D drucken. Das ist kein ungewöhnliches Beispiel in vielen führenden Unternehmen, Universitäten und staatlichen Labors. Projection Micro Stereolithography (PµSL), eine von Boston Micro Fabrication (BMF) entwickelte Form des 3D-Drucks, bietet eine Kombination aus Genauigkeit und Präzision für exaktere, kompliziertere und reproduzierbare Teile. Mit ihrer ultrahohen Auflösung unterstützt sie auch die Präzisionstechnik auf Teilebene, die nicht nur von Ingenieuren, sondern auch von Wissenschaftlern und Forschern benötigt wird.
Präzisionsgefertigte 3D-Drucker
Wenn Sie mehr über 3D-Druck im Mikromaßstab mit ultrahoher Auflösung, Genauigkeit und Präzision erfahren möchten, laden Sie unser Whitepaper Einführung in den 3D-Druck mit PuSL-Technologie herunter. Die microARCH™-Produktreihe umfasst 2 µm-, 10 µm- und 25 µm-Drucker. Diese Geräte sind für die Positionierung und Stabilität in sehr kleinen Dimensionen präzisionsgefertigt. Der microARCH™ S230 von BMF, unser fortschrittlichster und höchstauflösender 3D-Drucker, wurde kürzlich als Gewinner des TCT Awards 2022 in der Kategorie TCT Hardware Award - Polymer Systems ausgezeichnet.
Für präzisionsgefertigte 3D-Druckteile ist es nur sinnvoll, präzisionsgefertigte 3D-Drucker zu verwenden. Kontaktieren Sie BMF für weitere Informationen.