Per la maggior parte degli utilizzi della stampa 3D, la precisione dimensionale e le tolleranze non hanno una grande importanza nei nostri modelli, soprattutto se si stampano in 3D per modelli dall'aspetto gradevole o per la decorazione.

D'altra parte, se si vogliono creare pezzi funzionali che richiedono un'elevata accuratezza e precisione dimensionale, è necessario adottare una serie di misure per raggiungere l'obiettivo.

Le stampanti 3D SLA hanno di solito la migliore risoluzione, che si traduce in una maggiore precisione dimensionale e in tolleranze migliori, ma una stampante FDM ben messa a punto può comunque dare ottimi risultati. Calibrate la velocità di stampa, la temperatura e le portate per ottenere la migliore precisione dimensionale. Assicuratevi di stabilizzare il telaio e le parti meccaniche.

Il resto di questo articolo approfondirà i dettagli per ottenere la migliore precisione dimensionale, quindi continuate a leggere per saperne di più.

Quali fattori influenzano la precisione dimensionale nella stampa 3D?

Prima di passare ai fattori che influiscono sulla precisione dimensionale dei pezzi stampati in 3D, vorrei fare un po' di chiarezza su cosa sia esattamente la precisione dimensionale.

Si riferisce semplicemente a quanto un oggetto stampato corrisponde alle dimensioni e alle specifiche del file originale.

Di seguito è riportato un elenco di fattori che hanno un impatto sulla precisione dimensionale delle stampe 3D.

• Precisione della macchina (risoluzione)
• Materiale di stampa
• Dimensione dell'oggetto
• Impatto del primo strato
• Sotto o sovraestrusione
• Temperatura di stampa
• Portate

Come ottenere le migliori tolleranze e la migliore accuratezza dimensionale

La stampa 3D richiede un buon livello di precisione quando si stampano parti specializzate. Tuttavia, se si desidera stampare con una precisione dimensionale di alto livello, i seguenti fattori vi aiuteranno a raggiungere l'obiettivo, insieme ai passaggi indicati.

Precisione della macchina (risoluzione)

La prima cosa da considerare quando si cerca di migliorare la precisione dimensionale è la risoluzione effettiva a cui è limitata la stampante 3D. La risoluzione si riferisce alla qualità delle stampe 3D, misurata in micron.

Di solito si vede la risoluzione XY e la risoluzione dell'altezza del livello, che si traduce nella precisione di ogni movimento lungo l'asse X o Y.

Esiste un limite minimo di spostamento calcolato della testina di stampa, quindi più basso è questo numero, più accurata è la precisione dimensionale.

Ora, quando si passa alla stampa 3D vera e propria, possiamo eseguire un test di calibrazione che può essere utilizzato per capire quanto sia buona la precisione dimensionale.

Consiglio di stampare un cubo di calibrazione XYZ da 20 mm (realizzato da iDig3Dprinting su Thingiverse) e di misurarne le dimensioni con un paio di calibri di alta qualità.

Il calibro digitale Kynup in acciaio inossidabile è uno dei calibri più apprezzati su Amazon, e per una buona ragione: è molto preciso, fino a una precisione di 0,01 mm, e molto facile da usare.

Una volta stampato in 3D e misurato il cubo di calibrazione, a seconda della misura, sarà necessario regolare i passi/mm direttamente nel firmware della stampante.

I calcoli e gli aggiustamenti necessari sono i seguenti:

E = dimensione prevista

O = dimensione osservata

S = numero attuale di passi per mm

allora:

(E/O) * S = nuovo numero di passi per mm

Se il valore è compreso tra 19,90 e 20,1 mm, allora siete in un'ottima posizione.

All3DP lo descrive:

• Un valore superiore a +/- 0,5 mm non è corretto.
• La media è inferiore a +/- 0,5 mm
• Meno di +/- 0,2 mm è buono
• Meno di +/- 0,1 mm è fantastico

Effettuate le regolazioni necessarie e dovreste essere più vicini al vostro obiettivo di ottenere la migliore precisione dimensionale.

• Utilizzare una stampante 3D ad alta risoluzione (inferiore ai micron) sull'asse XY e sull'asse Z.
• Le stampanti 3D SLA hanno solitamente una migliore precisione dimensionale rispetto alle stampanti FDM.
• Per quanto riguarda l'asse Z, è possibile ottenere risoluzioni fino a 10 micron.
• Di solito si vedono stampanti 3D con risoluzioni da 20 micron a 100 micron.

Materiali di stampa

A seconda del materiale con cui si stampa, dopo il raffreddamento può verificarsi un restringimento che riduce la precisione dimensionale.

Se si sta cambiando materiale e non si è abituati ai livelli di ritiro, è opportuno eseguire alcuni test per capire come ottenere la migliore precisione dimensionale nelle stampe.

Ora è possibile scegliere:

• Eseguire di nuovo il test del cubo di calibrazione se si utilizza un materiale diverso per verificare i livelli di ritiro.
• Ridimensionare la stampa in base al livello di restringimento della stampa citata.

Dimensione dell'oggetto

Allo stesso modo, le dimensioni dell'oggetto sono importanti perché gli oggetti di grandi dimensioni spesso creano problemi complessi e l'imprecisione è talvolta dilagante in oggetti così grandi.

• Scegliete oggetti più piccoli o dividete l'oggetto più grande in parti più piccole.
• La separazione dell'oggetto più grande in parti più piccole aumenta la precisione dimensionale di ciascuna parte.

Controllare il movimento dei componenti

Le diverse parti della macchina svolgono un ruolo nel processo di stampa 3D, quindi ogni parte deve essere controllata prima di procedere alla stampa.

• Controllare tutte le cinghie di tensione e serrarle per sicurezza.
• Assicuratevi che le aste e le guide lineari siano tutte diritte.
• È inoltre necessario assicurarsi che la stampante 3D sia ben mantenuta e utilizzare un po' di olio sulle aste lineari e sulle viti.

Migliorare il primo strato

Il primo layer è come la prima domanda dell'esame: se va bene, tutto andrà bene. Allo stesso modo, il primo layer può avere un impatto duraturo sul modello di stampa in termini di precisione dimensionale, se non viene gestito correttamente.

Se l'ugello è troppo alto o troppo basso, lo spessore degli strati ne risentirà, influenzando drasticamente la stampa.

Oltre a gestire l'accuratezza dimensionale, è necessario

• Assicurarsi che l'ugello sia a una buona distanza dal letto per ottenere un primo strato perfetto.
• Farei sicuramente una prova con i primi strati per vedere se vengono bene.
• Livellare correttamente il letto e assicurarsi che sia in piano mentre viene riscaldato, in modo da tenere conto di eventuali deformazioni.
• Utilizzare un letto di vetro per ottenere una superficie molto piatta

Temperatura di stampa

La temperatura gioca un ruolo importante nell'ottenere la precisione desiderata. Se si stampa a una temperatura elevata, è possibile che esca più materiale e che il raffreddamento richieda più tempo.

Ciò può influire sull'accuratezza dimensionale delle stampe, poiché lo strato precedente che non si è raffreddato può essere influenzato dallo strato successivo.

• Eseguite una torre di temperatura e trovate la temperatura ottimale che riduce le imperfezioni di stampa.
• Di solito una leggera riduzione della temperatura di stampa (circa 5°C) è sufficiente.
• Si deve utilizzare la temperatura più bassa possibile che non provochi una sottoestrusione.

In questo modo gli strati avranno il tempo necessario per raffreddarsi e si otterrà un'accuratezza dimensionale adeguata e uniforme.

Compensare mentre si progetta

Dopo aver impostato la precisione dimensionale della macchina, si dovrebbe essere a posto, ma in alcuni casi si possono ottenere dimensioni non così precise come si pensava.

Ciò che possiamo fare è tenere conto dell'imprecisione di alcune parti dal punto di vista del design e apportare modifiche alle dimensioni prima della stampa 3D.

Questo aspetto entra in gioco solo se si progettano i propri pezzi, ma si può imparare ad apportare modifiche ai progetti esistenti con alcuni tutorial su YouTube o semplicemente dedicando del tempo a imparare il software di progettazione.

• Verificare la capacità di stampa della macchina e impostare i disegni in base ad essa.
• Se la stampante 3D può stampare solo fino a una certa risoluzione, è possibile aumentare leggermente le dimensioni delle sezioni importanti.
• Scalare i modelli di altri progettisti per adattarli alla capacità di tolleranza delle vostre macchine.

Regolazione della portata

La quantità di filamento che esce dall'ugello è direttamente proporzionale all'efficacia con cui gli strati vengono depositati e raffreddati.

Se la velocità del flusso è inferiore a quella ottimale, può lasciare dei vuoti, mentre se è elevata, si può assistere a un eccesso di materiale sugli strati, come bolle e brufoli.

• Cercare di trovare la giusta portata per il processo di stampa.
• Regolare a piccoli intervalli utilizzando un test di portata e vedere quale portata dà i risultati migliori.
• Tenere sempre d'occhio la sovraestrusione quando si aumenta la portata e la sottoestrusione quando si riduce la portata.

Questa impostazione è ideale per combattere la sotto- o sovra-estrusione nelle stampe 3D, che può influire negativamente sulla precisione dimensionale.

Espansione orizzontale in Cura

Questa impostazione di Cura consente di regolare le dimensioni della stampa 3D sull'asse X/Y. Se la stampa 3D presenta fori troppo grandi, è possibile applicare un valore positivo all'offset orizzontale per compensarlo.

Viceversa, per i fori più piccoli, è necessario applicare un valore negativo all'offset orizzontale per compensare.

Il ruolo principale svolto da questa impostazione è:

• Compensa la variazione di dimensioni che si verifica quando il prodotto si restringe raffreddandosi.
• Aiuta a ottenere le dimensioni esatte e precise del modello di stampa 3D.
• Se il modello di stampa è più piccolo, mantenere un valore positivo e, se è grande, scegliere un valore più piccolo.