Was versteht man im 3D-Druck unter Auflösung? Teil 2

Teil 2: XY-Auflösung verstehen

Lesen Sie <a href=/blog/resolution-meaning-3d-printing/>Teil 1 um mehr zu Auflösung im Vergleich zur minimaler Strukturgröße zu lernen.

In der Welt des 3D-Drucks wird die Druckqualität durch keinen Faktor mehr beeinflusst als durch die XY-Auflösung. Von der XY-Auflösung, die auch als horizontale Auflösung bezeichnet wird, wird zwar viel gesprochen, aber nur wenige wissen, was sich hinter diesem Begriff verbirgt. Es handelt sich um die kleinste Bewegung, zu der der Laser oder Extrudierer eines Druckers innerhalb einer einzigen Schicht in der Lage ist. Je kleiner dieser Wert, desto größer die Detailgenauigkeit. Die XY-Auflösung wird jedoch nicht immer in den Datenblättern der Drucker angegeben, und falls doch, ist sie nicht selten inkorrekt. Wenn man wirklich wissen will, welche XY-Auflösung ein Drucker aufweist, dann muss man sich mit den wissenschaftlichen Hintergründen dieses Parameters vertraut machen.

Welchen Einfluss hat die XY-Auflösung in der Praxis auf Ihre 3D-Druckergebnisse? Um dies herauszufinden, haben wir den SLA 3D-Drucker Form 2 getestet. Der Form 2 hat eine Laserspotgröße von 140 µm (FWHM), was den Druck feiner Details auf der XY-Ebene ermöglichen sollte. Wir haben das System einem Test unterzogen, um herauszufinden, ob sich diese ideale Auflösung tatsächlich erzielen lässt.

Design eines Testmodells

Um die minimale Strukturgröße des Form 2 auf der XY-Ebene zu testen, entwarfen wir ein Modell (links) mit Linien von 10 bis 200 µm Breite und druckten es im Transparenten Kunstharz (rechts).
Um die minimale Strukturgröße des Form 2 auf der XY-Ebene zu testen, entwarfen wir ein Modell (links) mit Linien von 10 bis 200 µm Breite und druckten es im Transparenten Kunstharz (rechts).

Zunächst entwarfen und druckten wir ein Modell, um die minimale Strukturgröße auf der XY-Ebene zu testen. Das Modell ist ein rechteckiger Block mit Linien unterschiedlicher Breiten in horizontaler, vertikaler und diagonaler Ausrichtung, um direktionale Artefakte zu vermeiden. Die Linienbreiten reichten von 10 bis 200 µm in Stufen von 10 µm und sind 200 µm hoch, was bei einem Druck mit einer Z-Auflösung von 100 µm zwei Schichten entspricht. Das Modell wurde im Transparenten Kunstharz gedruckt, zweimal in einem IPA-Bad gewaschen und 30 Minuten lang ausgehärtet for 30 minutes).

Analyse des Modells

Das Modell wurde fotografiert und grün eingefärbt, um die Sichtbarkeit zu verbessern. Die vertikale gelbe Linie mit den schwarzen Punkten im rechten Fensterbereich gibt Aufschluss über die Breite einer fotografierten Linie.
Das Modell wurde fotografiert und grün eingefärbt, um die Sichtbarkeit zu verbessern. Die vertikale gelbe Linie mit den schwarzen Punkten im rechten Fensterbereich gibt Aufschluss über die Breite einer fotografierten Linie.

Nach dem Aushärten machten wir zu Analysezwecken hochauflösende Fotos des Modells unter einem Mikroskop. Mit der kostenlosen Bildanalysesoftware ImageJ der US-Gesundheitsbehörde NIH skalierten wir zunächst die Pixel der Bilder und ermittelten dann die tatsächlichen Breiten der gedruckten Linien. Wir erfassten über 50 Datenpunkte pro Linienbreite, um Messfehler und Schwankungen auszuschließen. Wir druckten und analysierten insgesamt drei Modelle auf zwei verschiedenen Druckern.

Schlussfolgerungen

Die Ergebnisse zeigen, dass der Form 2 für Strukturen ab 150 µm dieselbe ideale und tatsächliche XY-Auflösung aufweist.
Die Ergebnisse zeigen, dass der Form 2 für Strukturen ab 150 µm dieselbe ideale und tatsächliche XY-Auflösung aufweist.

Bei abnehmender Linienbreite des Druckmodells von 200 auf 150 µm liegen die Idealwerte innerhalb des 95-%-Konfidenzintervalls des Messwerts. Je mehr die vorgesehenen Linienbreiten unter 150 µm abfallen, desto erheblicher weichen die Messwerte vom Idealwert ab. Das bedeutet, dass der Drucker zuverlässig XY-Strukturen ab 150 µm Größe erzeugen kann, was in etwa der Dicke eines menschlichen Haars entspricht.

Die minimale Strukturgröße des Form 2 auf der XY-Ebene liegt bei etwa 150 µm, also um nur 10 µm höher als seine Laserspotgröße von 140 µm.

Ausgehend von unseren Messungen liegt die minimale Strukturgröße des Form 2 auf der XY-Ebene bei etwa 150 µm, also um nur 10 µm höher als seine Laserspotgröße von 140 µm. Die minimale Strukturgröße kann niemals kleiner als die Laserspotgröße sein, und dieser Wert wird von zahlreichen Faktoren beeinflusst: Laserrefraktion, mikroskopische Verunreinigungen, chemische Zusammensetzung des Kunstharzes u. v. m. Berücksichtigt man das Gesamtökosystem des Druckers, ist eine Differenz von 10 µm äußerst gering. Die offiziell ausgewiesene Auflösung bestätigt sich in der Praxis nicht bei allen 3D-Druckern, daher sollte man vor der Auswahl eines Systems gründlich recherchieren.

Wenn Ihre Anwendung Druckergebnisse mit hoher Detailgenauigkeit erfordert, suchen Sie nach einem Drucker, dessen XY-Auflösung nicht nur durch einen Zahlenwert angegeben, sondern durch messbare Daten bestätigt wird.

Dieser Artikel ist Teil 2 unserer dreiteiligen Artikelreihe “Was versteht man im 3D-Druck unter Auflösung”. Weiterlesen mit Teil 3: Z-Auflösung verstehen.

SLA 3D-Druck verstehen