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

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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.

StLuke5
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O Ultimaker possui uma resolução de 20 a 60 mícrons para a altura da camada Z, dependendo do tamanho do bico usado. Eu usei esses tamanhos de camada pequenas algumas vezes, os produtos são incríveis, quase parecem uma peça injetada, mas levam muito tempo para imprimir .
0scar
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Vale a pena notar a diferença entre precisão e exatidão. Ser capaz de se mover em incrementos de ~ 50 mícrons não significa necessariamente que sempre acabará dentro de 50 mícrones de onde deveria estar. Se ele anuncia precisão de 50 mícrons, mas as etapas são na verdade de 48 mícrons, isso significa que tentar mover 10 cm resultará em apenas 9,6 cm - definitivamente não é preciso.
O cara com o chapéu

Respostas:

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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.

R .. GitHub PARE DE AJUDAR O GELO
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Isso realmente trata apenas da precisão do posicionamento, não da peça impressa.
Sean Houlihane
@SeanHoulihane A segunda metade da resposta cobre explicitamente a precisão da impressão, não é? E é trivialmente óbvio (e axiomático da engenharia de controle) que não é possível imprimir com mais precisão do que você pode posicionar. Portanto, a precisão do movimento é o limite para a precisão da impressão - a impressão só pode ser pior do que isso, nem melhor.
Graham
Desculpe, sim, você o cobriu (e os fatores relevantes), mas acho que o seu 'trivialmente óbvio' não é de todo óbvio para as pessoas que querem perguntar sobre precisão - e com a tecnologia atual, parece que o posicionamento é uma das fontes menores de erro no resultado final - tornando-se uma métrica ruim.
Sean Houlihane
Então é a tolerância do ângulo de passo. uma tolerância de 5% num motor com 1,8 ° por meio de passo que o rotor pode mover-se em qualquer lugar entre 1,71 ° e 1,89 °
user77232
A resolução nominal de posicionamento como uma "métrica ruim" é basicamente o que eu estava obtendo nesta resposta - não diz se o posicionamento é realmente tão preciso ou exato, nem se outras partes da impressão limitarão a precisão de maneiras muito maiores .
R .. GitHub PARE DE AJUDAR O GELO
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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.

Tom van der Zanden
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Eu arriscaria um palpite de que os fabricantes não conseguem descobrir como quantificar a precisão de suas impressoras 3D da mesma maneira que o Google não consegue descobrir uma pesquisa de aplicativos sem anúncios no Google Play. Descobrir isso simplesmente não serve a seus interesses.
Dmitry Grigoryev
@DmitryGrigoryev Pelo menos um fabricante deve estar interessado em descobrir isso (por exemplo, o fabricante que fabrica as impressoras mais precisas).
Tom van der Zanden
Mesmo se você criar as impressoras mais precisas, listar a precisão verdadeira nas especificações da impressora, enquanto todos os outros listam a resolução rotulada como "precisão", colocará você em desvantagem.
Dmitry Grigoryev
@DmitryGrigoryev que pode ser compensado listando ambos nos gráficos de comparação. Com uma boa pesquisa, é sempre possível criar um bom material de marketing se você tiver uma vantagem real mensurável.
26619 Rick
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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.

Dmitry Grigoryev
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Então, você abordou as palavras da pergunta, em vez da mecânica da impressora 3D. Brilhante!
user77232
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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.

Sean Houlihane
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