Che cosa significano accuratezza, precisione e tolleranza nella stampa 3D?

Le tue parti non saranno accurate o precise solo perché la tua stampante 3D ha un'alta "risoluzione".

Per ottenere stampe 3D di qualità è fondamentale comprendere il significato di accuratezzaprecisione e tolleranza. In questo post analizzeremo il significato di questi termini e parleremo di come considerarli nel contesto della stampa 3D.


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Il significato di accuratezza, precisione e tolleranza

Cominciamo con le definizioni: che differenza c'è tra accuratezza, precisione e tolleranza? Per ciascun termine useremo l'esempio di un bersaglio, in modo da ottenere un'immagine mentale del significato.

Accuratezza

L'accuratezza indica quanto una misura si avvicina al suo valore reale. Utilizzando l'immagine che abbiamo scelto di usare come esempio, il valore reale è il centro del bersaglio. Più ti avvicini a questo punto, più è accurato il tuo tiro. Nel mondo della stampa 3D, il valore reale equivale alle dimensioni del tuo progetto nel software CAD. La stampa 3D quanto si avvicina al design digitale?

Precisione

La precisione indica la ripetibilità di una misura: quanto sono uniformi i tuoi tiri al bersaglio? La precisione misura solo questa coerenza; i tuoi tiri potrebbero giungere ogni volta vicino allo stesso punto, che non è per forza il centro del bersaglio. Nella stampa 3D, questo indica in definitiva l'affidabilità della macchina: avrai la certezza che ti permetterà di ottenere sempre i risultati attesi?

accuracy precision 3d priting

In termini ingegneristici generali, la "precisione" misura di solito la ripetibilità. Quando si confrontano i materiali di stampa 3D, "preciso" può riferirsi a prodotti in grado di stampare geometrie molto complesse. Ad esempio, la Grey Pro Resin e la Rigid Resin di Formlabs hanno un elevato modulo grezzo, o rigidità, che consente di stampare con successo caratteristiche sottili e complesse.

Tolleranza

Quanto deve essere precisa la tua parte? Questo lo stabilisce la tolleranza: un valore che determini tu. Quanto spazio di manovra hai nella tua applicazione? Che grado di variazione nella vicinanza alla misura a cui fa riferimento la precisione è accettabile? Questo dipenderà dal tuo progetto. Ad esempio, un componente con un assemblaggio meccanico dinamico richiederà tolleranze più ristrette rispetto a un semplice involucro di plastica.

Se stai definendo una tolleranza, probabilmente vorrai anche accuratezza, quindi supponiamo che stiamo misurando la precisione di tiro al bersaglio. In precedenza, abbiamo definito non precisi i tiri al bersaglio nell'immagine di destra.

Tuttavia, se l'intervallo di tolleranza è abbastanza ampio, potrebbe andare bene come risultato. I tiri non sono così vicini tra loro come nel bersaglio a sinistra, ma se l'intervallo di precisione accettabile è la distanza di ±2,5 anelli, allora stai rispettando le specifiche.

In generale, il raggiungimento e il mantenimento di tolleranze più ristrette comporta costi di produzione più elevati e controlli della qualità.

Come capire la differenza tra accuratezza e precisione nella stampa 3D

Ci sono molti fattori da considerare quando si pensa all'accuratezza e alla precisione della stampa 3D, ma è anche importante identificare le proprie esigenze specifiche.

Ad esempio, una stampante precisa, ma non accurata può essere la scelta migliore per alcune applicazioni. Una macchina per la modellazione a deposizione fusa (ingl. "fused deposition modeling" FDM) a basso costo produrrà parti meno accurate, ma per un professore che insegna per la prima volta la stampa 3D agli alunni potrebbe non essere importante che il modello corrisponda esattamente al progetto CAD dello studente.

Tuttavia, sapere che la stampante lavorerà in modo uniforme come promesso e produrrà parti della qualità che ci si aspetta, entro le tolleranze a cui l'utente è abituato, potrebbe essere cruciale per un'esperienza di successo.

Confronta le tecnologie di stampa 3D FDM, SLA e SLS.

Ecco quattro grandi fattori in gioco nel determinare l'accuratezza e la precisione di una stampante 3D:

Tecnologia di stampa 3D

La stampa 3D è un processo additivo, quindi le parti sono costruite strato per strato. A ogni strato c'è la possibilità di introdurre un'imprecisione, e il processo di formazione degli strati incide sul livello di precisione, o ripetibilità, dell'accuratezza di ciascuno strato. Ad esempio, nella stampa 3D FDM, gli strati vengono estrusi da un ugello, che non ha il controllo e la capacità di realizzare dettagli complessi che altre tecnologie possono offrire.

Dato che gli strati sono estrusi, le parti stampate con modellazione a deposizione fusa possono presentare imprecisioni attorno alle caratteristiche complesse. Questo esempio è stato realizzato tramite una stampante 3D FDM industriale di Stratasys uPrint con supporti solubili.

Nella stampa 3D stereolitografica (SLA), la resina liquida è polimerizzata da un laser ad alta precisione che forma gli strati, il quale è in grado di ottenere dettagli molto più raffinati ed è molto più affidabile nell'ottenere risultati di alta qualità in modo continuativo. In maniera simile, la stampa 3D a sinterizzazione laser selettiva (SLS) si basa su un laser per fondere con precisione la polvere di nylon e creare parti solide.

Le specifiche della stampante 3D non rappresentano appieno l'accuratezza finale. Spesso viene detto erroneamente per le varie tecnologie di stampa 3D che la risoluzione XY corrisponde all'accuratezza della macchina.

Per le stampanti per l'elaborazione digitale della luce (ingl. "digital light processing", DLP), la risoluzione XY è la dimensione del pixel proiettato. Molti sistemi di stampa 3D utilizzano questo valore come indicatore di precisione complessiva; ad esempio, prendendo una dimensione di pixel proiettata di 75 micron e affermando che la precisione della macchina è di ±75 micron.

Questi dati non hanno implicazioni sulla precisione delle parti stampate. Ci sono molte altre fonti di errore che hanno un impatto sulla precisione, dai componenti alla calibrazione, fino ai prossimi due che tratteremo: materiali e polimerizzazione post-stampa.

In definitiva, il modo migliore per valutare una stampante 3D è quello di ispezionare parti reali.

Materiali

La precisione può anche variare a seconda dei materiali utilizzati per la stampa e delle loro proprietà meccaniche, che possono anche influire sulle probabilità di deformazione delle parti.

rigid resin fan

La Rigid Resin di Formlabs presenta un modulo grezzo o prima della polimerizzazione post-stampa elevato, perciò è possibile stampare parti molto sottili con precisione e minori probabilità di fallimento.

Come già detto in precedenza, dipende tutto dalla tua applicazione. Ad esempio, nel settore odontoiatrico l'accuratezza è fondamentale. Tuttavia, se stai stampando un modello concettuale, il tuo obiettivo può essere solo quello di dare un'idea generale di un prodotto fisico, quindi l'accuratezza sarà meno importante.

dental model accuracy

Margini, superfici dei monconi e punti di contatto stampati nella Dental Model Resin di Formlabs sono accurati entro un valore di ±35 micron del modello digitale sull'80% dei punti di superficie con impostazioni di stampa da 25 micron. L'accuratezza globale misurata lungo un'arcata completa è di ±100 micron sull'80% delle superfici se stampata a 25 o 50 micron.

Polimerizzazione post-stampa

Spesso le parti devono essere sottoposte a polimerizzazione post-stampa, e questo procedimento causa il restringimento del pezzo. Ciò è normale per qualsiasi parte prodotta con tecnologia SLA o DLP a base di resina e, a seconda della stampante, può essere necessario tenerne conto nei design. PreForm, il software gratuito di Formlabs per la preparazione dei file di stampa, compensa automaticamente questo restringimento per garantire che le stampe siano dimensionalmente accurate rispetto ai design CAD originali dopo il processo di polimerizzazione post-stampa.

Come funziona la polimerizzazione post-stampa? Scopri di più sulla scienza che sta dietro al processo e trova tecniche efficaci di polimerizzazione post-stampa delle parti stampate in 3D mediante stereolitografia (SLA).

Ecosistema

Per ottenere una stampa 3D di successo, non bisogna concentrarsi solo sulla stampante stessa, ma è necessario considerare l'intero processo.

Il software di preparazione della stampa, i materiali e gli strumenti di post-elaborazione possono tutti contribuire al risultato finale. Nel complesso, i sistemi integrati progettati per funzionare in combinazione sono più affidabili.

La tolleranza nella stampa 3D

A differenza della lavorazione meccanica, in cui le parti vengono rifinite fino a raggiungere tolleranze più strette, la stampa 3D ha un'unica fase di produzione automatizzata. Se le superfici complesse aumentano i costi di processi come la fresatura CNC, questo non è il caso della stampa 3D, nonostante le tolleranze di una parte stampata non possano essere raffinate automaticamente più di quanto la stampante possa produrre senza dover ricorrere a metodi sottrattivi.

La stampa 3D è un'ottima opzione se le parti dispongono di grandi complessità come sottosquadri e superfici complicate, senza requisiti di precisione superficiale superiori a ±0,005 pollici (lavorazione meccanica standard). Le tolleranze che vanno oltre la lavorazione meccanica standard devono essere ottenute utilizzando metodi sottrattivi, tramite finitura manuale o lavorazione meccanica, sia per le parti stampate in 3D, sia per quelle CNC.

La stereolitografia presenta la tolleranza più elevata fra le tecnologie di stampa 3D disponibili sul mercato. In comparazione con l'accuratezza della lavorazione meccanica, la stampa 3D SLA si situa a metà strada fra la lavorazione meccanica standard e quella di alta precisione.

In generale, i materiali SLA più conformi avranno una zona di tolleranza più ampia rispetto ai materiali più rigidi. In particolare, quando si stampano parti per l'assemblaggio, se durante la progettazione si tengono in considerazione i corretti valori di tolleranza e di accoppiamento, si potranno ridurre i tempi di post-elaborazione, facilitare le operazioni di assemblaggio e ridurre le spese materiali d'iterazione.


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