Hoewel 3D printen vrij gedetailleerde modellen oplevert die er bijna identiek uitzien als de CAD afbeelding, zijn de maatnauwkeurigheid en tolerantie niet perfect identiek. Dit is iets wat krimp wordt genoemd, wat gebeurt in 3D prints die u waarschijnlijk niet eens opmerkt.

Ik vroeg me af hoeveel krimp er optreedt in 3D prints, een ideale vraag voor wie functionele voorwerpen wil maken die nauwe toleranties vereisen, dus besloot ik dat uit te zoeken en met jullie te delen.

In dit artikel bespreken we wat krimp is, hoeveel uw 3D prints waarschijnlijk zullen krimpen, en enkele goede krimpcompensaties die u kunt gebruiken.

Wat is krimp bij 3D printen?

Krimp bij 3D printen is de verkleining van het uiteindelijke model door temperatuursveranderingen van het gesmolten thermoplastic naar de afgekoelde geëxtrudeerde materiaallagen.

Tijdens het printen smelt de extruder het printfilament om het 3D-model te creëren, en het materiaal zet tijdens dit proces uit. Nadat de lagen direct na het extruderen beginnen af te koelen, zorgt dit ervoor dat het materiaal in dichtheid toeneemt, maar in omvang afneemt.

De meeste mensen zullen zich dat niet realiseren totdat ze een model hebben dat wat meer dimensionale nauwkeurigheid vereist.

Krimp is geen probleem bij het afdrukken van esthetische modellen zoals kunstwerken, vazen en speelgoed. Wanneer we overgaan op voorwerpen met nauwe toleranties zoals een telefoonhoesje of een houder die voorwerpen met elkaar verbindt, wordt krimp een probleem om op te lossen.

Het komt voor bij bijna elk 3D printproces door de temperatuurverschillen, maar de snelheid waarmee dat gebeurt is afhankelijk van een aantal factoren.

Deze factoren zijn het gebruikte materiaal, de temperatuur, de druktechnologie en de uithardingstijd voor harsafdrukken.

Van al deze factoren is het gebruikte materiaal misschien wel de belangrijkste factor die de krimp beïnvloedt.

De aard van het gebruikte materiaal is van invloed op de mate waarin het model zal krimpen.

De printtemperatuur en de koelsnelheid zijn ook belangrijke factoren. Krimp kan optreden als het model bij een hoge temperatuur wordt geprint of te snel wordt afgekoeld, wat betekent dat kunststoffen bij een hogere temperatuur eerder zullen krimpen.

Snelle ongelijkmatige afkoeling kan zelfs leiden tot kromtrekken, wat het model kan beschadigen of de afdruk helemaal kan ruïneren. De meesten van ons hebben dit kromtrekken wel eens meegemaakt, of het nu komt door tocht of gewoon door een heel koude kamer.

Iets dat hielp bij mijn kromtrekken en dat ik onlangs heb ingevoerd, is het gebruik van een HAWKUNG verwarmde bedisolatiemat onder mijn Ender 3. Het helpt niet alleen bij het kromtrekken, maar versnelt ook de opwarmtijd en zorgt voor een consistentere bedtemperatuur.

Ten slotte bepaalt het type printtechnologie ook de mate van krimp in het model. Goedkopere technologieën zoals FDM kunnen meestal niet worden gebruikt om onderdelen van hoge kwaliteit met nauwe toleranties te maken.

SLS en metal jetting technologieën rechtvaardigen hun hoge prijskaartje door nauwkeurige modellen te produceren.

Gelukkig zijn er genoeg manieren om rekening te houden met krimp, waardoor we zonder al te veel moeite maatvaste onderdelen kunnen maken, al moet je wel de juiste technieken kennen.

Hoeveel krimpen ABS, PLA & PETG afdrukken?

Zoals we al eerder zeiden, hangt de krimpsnelheid sterk af van het soort materiaal dat wordt gebruikt. Dat verschilt van materiaal tot materiaal. Laten we eens kijken naar drie van de meest gebruikte 3D printmaterialen en hoe ze bestand zijn tegen krimp:

PLA

PLA is een organisch, biologisch afbreekbaar materiaal dat ook wordt gebruikt in FDM printers. Het is een van de populairste materialen voor 3D printen omdat het gemakkelijk is om mee te printen en bovendien niet giftig is.

PLA heeft weinig last van krimp, met krimppercentages van 0,2% tot 3% omdat het een thermoplast is met een lagere temperatuur.

PLA-filamenten hebben geen hoge temperaturen nodig om te worden geëxtrudeerd, de printtemperatuur ligt rond 190℃, wat lager is dan die van ABS.

Krimp in PLA kan ook worden verminderd door te printen in een gesloten omgeving of door het model eenvoudigweg op te schalen om de krimp te compenseren.

Dit werkt omdat het die snelle temperatuursveranderingen vermindert, en de fysieke stress op het model vermindert.

Ik denk dat deze krimppercentages afhangen van het merk en het fabricageproces, en zelfs van de kleur van het filament zelf. Sommige mensen vonden dat donkere kleuren meer krimpen dan lichtere kleuren.

ABS

ABS is een op aardolie gebaseerd printmateriaal dat wordt gebruikt in FDM printers. Het wordt veel gebruikt vanwege zijn hoge sterkte, hittebestendigheid en veelzijdigheid. Het is te vinden in alles van telefoonhoesjes tot Lego.

ABS heeft een zeer hoge krimpsnelheid, dus als je dimensionaal nauwkeurige 3D prints nodig hebt, zou ik het gebruik ervan proberen te vermijden. Ik heb mensen commentaar zien geven op krimpsnelheden van 0,8% tot 8%.

Ik weet zeker dat dit extreme gevallen zijn, en dat je dat met de juiste opstelling zou kunnen verminderen, maar het is een goed voorbeeld om te illustreren hoe erg krimp werkelijk kan worden.

Een van de belangrijkste manieren om krimp te verminderen is te printen bij de juiste temperatuur van het verwarmde bed.

Het gebruik van een correct gekalibreerd verwarmd bed helpt bij de hechting van de eerste laag en voorkomt ook dat de onderste laag te veel sneller afkoelt dan de rest van de afdruk om kromtrekken te voorkomen.

Een andere tip om krimp te verminderen is om te printen in een afgesloten kamer. Dit isoleert de 3D print van de luchtstromen van buitenaf, zodat deze niet ongelijkmatig afkoelt.

De gesloten kamer houdt de afdruk op een constante bijna plastic temperatuur totdat het afdrukken is voltooid, en alle secties kunnen in hetzelfde tempo afkoelen.

Een geweldige behuizing die duizenden mensen hebben gebruikt en waarvan ze hebben genoten is de Creality Fireproof & Dustproof Enclosure van Amazon. Deze houdt een constante temperatuur omgeving en is zeer eenvoudig te installeren & onderhouden.

Bovendien biedt het meer veiligheid bij brand, vermindert het de geluidsemissies en beschermt het tegen stofvorming.

PETG

PETG is een ander veelgebruikt 3D printmateriaal vanwege zijn fenomenale eigenschappen. Het combineert de structurele sterkte en taaiheid van ABS met het printgemak en de niet-giftigheid van PLA.

Dit maakt het geschikt voor gebruik in vele toepassingen die een hoge sterkte en materiaalveiligheid vereisen.

PETG-filamenten hebben met 0,8% de laagste krimpsnelheid. 3D-modellen gemaakt met PETG zijn relatief maatvast in vergelijking met andere filamenten. Dat maakt ze ideaal voor het maken van functionele prints die aan enigszins strikte toleranties moeten voldoen.

Om krimp bij PETG-afdrukken te compenseren of te verminderen, kan het model vóór het afdrukken met een factor 0,8% worden opgeschaald.

Hoe krijg je de juiste krimpcompensatie bij 3D printen?

Zoals we hierboven hebben gezien, kan krimp op verschillende manieren worden verminderd. Maar het blijft een feit dat, hoeveel er ook wordt gedaan, krimp niet kan worden geëlimineerd. Daarom is het een goede gewoonte om te proberen rekening te houden met krimp bij het voorbereiden van het model voor het drukken.

Met de juiste krimpcompensatie kan de verkleining van de modellen worden verwerkt. Sommige afdruksoftware heeft voorinstellingen die dit automatisch voor u doen, maar meestal moet het handmatig worden gedaan.

De berekening van de toe te passen krimpcompensatie hangt af van drie dingen: het gebruikte materiaal, de druktemperatuur en de geometrie van het model.

Al deze factoren samen geven een idee van hoeveel de afdruk naar verwachting zal krimpen en hoe dat moet worden gecompenseerd.

De juiste krimp verkrijgen kan ook een iteratief proces zijn, ook wel bekend als trial and error. De krimpsnelheid kan zelfs variëren tussen verschillende merken van hetzelfde type materiaal.

Een goede manier om krimp te meten en te kwantificeren is dus om eerst een proefmodel te drukken en de krimp te meten. De verkregen gegevens kunnen dan worden gebruikt om een wiskundig verantwoorde krimpcompensatie te maken.

Een geweldige manier om krimp te meten is met behulp van dit krimpberekeningsobject van Thingiverse. Een gebruiker beschreef het als "Een van de beste algemene kalibratiehulpmiddelen die er zijn". Veel andere gebruikers delen hun dank met de maker van dit CAD-model.

De stappen zijn als volgt:

• Print het testonderdeel met het filament van uw keuze en de slicer-instellingen die u wilt gebruiken.
• Meten en invoeren in de spreadsheet (de mijne is gedeeld op //docs.google.com/spreadsheets/d/14Nqzy8B2T4-O4q95d4unt6nQt4gQbnZm_qMQ-7PzV_I/edit?usp=sharing).
• Snijmachine-instellingen bijwerken

Je wilt dat Google Sheet gebruiken en een nieuwe kopie maken die je zelf van vers kunt bewerken. Je vindt de instructies op de Thingiverse pagina voor meer details.

Als u een echt nauwkeurige compensatie wilt, kunt u de iteratie twee keer uitvoeren, maar de maker zegt dat slechts één iteratie voldoende was om hen binnen een tolerantie van 100um (0,01mm) te krijgen over een onderdeel van 150mm.

Een gebruiker zei dat hij zijn modellen gewoon schaalt naar 101%, en dat werkt vrij goed voor hem. Dit is een heel eenvoudige manier van kijken, maar het kan succesvol zijn voor snelle resultaten.

U kunt ook gebruik maken van een instelling die horizontale uitbreiding heet en die de grootte van uw 3D-afdrukken in de X/Y-dimensie aanpast, om te compenseren voor veranderingen in grootte als het model afkoelt en krimpt.

Als u de modellen zelf maakt, kunt u de toleranties op het model zelf aanpassen, en met meer oefening zult u de juiste toleranties voor uw specifieke ontwerp beginnen te raden.