Även om 3D-utskrifter ger ganska detaljerade modeller som ser nästan identiska ut med CAD-bilden är måttnoggrannheten och toleransen inte helt identiska. Detta kallas krympning och sker i 3D-utskrifter utan att du förmodligen märker det.

Jag funderade på hur mycket krympning som sker i 3D-utskrifter, en idealisk fråga för dem som vill skapa funktionella föremål som kräver snäva toleranser, så jag bestämde mig för att ta reda på det och dela det med er.

I den här artikeln tar vi upp vad krympning är, hur mycket dina 3D-utskrifter sannolikt kommer att krympa och hur du kan kompensera för krympning.

Vad är krympning vid 3D-utskrift?

Krympning vid 3D-utskrift är minskningen av den slutliga modellens storlek på grund av temperaturförändringar från den smälta termoplasten till de kylda extruderade materialskikten.

Under utskriften smälter extrudern utskriftsfilamentet för att skapa 3D-modellen, och materialet expanderar under denna process. När lagren börjar svalna direkt efter att de har extruderats får det materialet att öka i densitet, men minska i storlek.

De flesta inser inte att detta sker förrän de har en modell som kräver lite mer dimensionell noggrannhet.

Krympning är inget problem när man skriver ut estetiska modeller som konstverk, vaser och leksaker. När vi börjar gå över till objekt som har snäva toleranser, som ett telefonfodral eller ett fäste som förbinder objekt med varandra, kommer krympning att bli ett problem att lösa.

Den uppstår i nästan alla 3D-utskriftsprocesser på grund av temperaturvariationerna, men hastigheten med vilken den uppstår varierar beroende på några faktorer.

Dessa faktorer är det material som används, temperatur, utskriftsteknik och härdningstid för hartsutskrifter.

Den kanske viktigaste faktorn som påverkar krympningen är det material som används.

Den typ av material som används påverkar hur mycket modellen krymper.

Utskriftstemperaturen och kylningshastigheten är också viktiga faktorer. Krympning kan uppstå om modellen skrivs ut vid en hög temperatur eller kyls för snabbt, vilket innebär att plast med högre temperatur är mer benägen att krympa.

Snabb ojämn nedkylning kan till och med leda till att modellen blir förvrängd, vilket kan skada modellen eller förstöra utskriften helt och hållet. De flesta av oss har upplevt att modellen blir förvrängd, oavsett om det beror på drag eller på ett riktigt kallt rum.

Något som har hjälpt mig med min warping och som jag nyligen införde är att använda en HAWKUNG Heated Bed Insulation Mat under min Ender 3. Det hjälper inte bara mot warping, utan det gör också att uppvärmningstiden blir snabbare och att bäddtemperaturen blir jämnare.

Slutligen avgör även den typ av utskriftsteknik som används hur mycket krympning som finns i modellen. Billigare tekniker som FDM kan vanligtvis inte användas för att tillverka högkvalitativa delar med snäva toleranser.

SLS- och metallstrålningsteknik motiverar sin höga prislapp genom att producera exakta modeller.

Som tur är finns det många sätt att ta hänsyn till krympning, vilket gör att vi kan tillverka dimensionellt exakta delar utan alltför mycket krångel, men du måste känna till de rätta teknikerna.

Hur mycket krymper ABS, PLA & PETG-utskrifter?

Som vi nämnde tidigare beror krympningshastigheten i hög grad på vilket slags material som används och varierar från material till material. Låt oss ta en titt på tre av de mest använda materialen för 3D-utskrift och hur de klarar krympning:

PLA

PLA är ett organiskt, biologiskt nedbrytbart material som också används i FDM-skrivare. Det är ett av de mest populära materialen för 3D-utskrifter eftersom det är lätt att skriva ut med och dessutom giftfritt.

PLA har liten krympning och hör krympningsgrader på mellan 0,2 % och 3 % eftersom det är en termoplast med lägre temperatur.

PLA-filament behöver inte höga temperaturer för att extruderas, utskriftstemperaturen är cirka 190 °C, vilket är lägre än för ABS.

Krympning i PLA kan också minskas genom att skriva ut i en sluten miljö eller genom att skala upp modellen för att kompensera för krympningen.

Detta fungerar eftersom det minskar de snabba temperaturförändringarna och minskar den fysiska påfrestningen på modellen.

Jag tror att dessa krympningsgrader beror på märket och tillverkningsprocessen, och även på färgen på själva glödtråden. Vissa har upptäckt att mörkare färger tenderar att krympa mer än ljusare färger.

ABS

ABS är ett petroleumbaserat tryckmaterial som används i FDM-skrivare. Det används i stor utsträckning på grund av sin höga styrka, värmebeständighet och mångsidighet. Det finns i allt från telefonfodral till lego.

ABS har en mycket hög krympningsgrad, så om du behöver dimensionellt exakta 3D-utskrifter skulle jag försöka undvika att använda det. Jag har sett folk kommentera krympningsgrader på mellan 0,8 % och 8 %.

Jag är säker på att detta är extrema fall och att du skulle kunna minska detta med rätt inställning, men det är ett bra exempel för att illustrera hur illa krympning verkligen kan bli.

Ett av de viktigaste sätten att minska krympningen är att skriva ut vid rätt temperatur på den uppvärmda bädden.

Att använda en korrekt kalibrerad uppvärmd bädd hjälper till att få det första lagret att fästa och förhindrar också att det nedersta lagret kyls ner för mycket snabbare än resten av utskriften för att undvika skevhet.

Ett annat tips för att minska krympningen är att skriva ut i en sluten kammare. Detta isolerar 3D-utskriften från luftströmmar utifrån och ser till att den inte svalnar ojämnt.

Den slutna kammaren håller utskriften vid en jämn temperatur nära plasttemperatur tills utskriften är klar, och alla sektioner kan svalna i samma takt.

Ett bra hölje som tusentals människor har använt och uppskattat är Creality Fireproof & Dustproof Enclosure från Amazon. Det håller en konstant temperatur och är mycket lätt att installera och underhålla.

Dessutom ger den ökad säkerhet vid bränder, minskar ljudutsläpp och skyddar mot dammbildning.

PETG

PETG är ett annat mycket använt 3D-utskriftsmaterial på grund av dess fenomenala egenskaper. Det kombinerar ABS:s strukturella styrka och seghet med PLA:s enkla utskrift och giftfrihet.

Detta gör den lämplig för användning i många tillämpningar som kräver hög hållfasthet och materialsäkerhet.

PETG-filament har den lägsta krympningsgraden (0,8 %). 3D-modeller som tillverkas med PETG är relativt måttstabila jämfört med andra. Detta gör dem idealiska för att göra funktionella utskrifter som måste uppfylla ganska strikta toleranser.

För att kompensera eller minska krympningen i PETG-utskrifter kan modellen skalas upp med en faktor på 0,8 % före utskrift.

Hur man får rätt krympningskompensation vid 3D-utskrift

Som vi har sett ovan kan krympningen minskas på flera sätt. Men faktum kvarstår att det inte går att eliminera krympningen, oavsett hur mycket man gör. Därför är det bra att försöka ta hänsyn till krympningen när man förbereder modellen för utskrift.

Att få rätt krympningskompensation hjälper till att ta hänsyn till modellernas minskade storlek. Vissa tryckprogram har förinställningar som automatiskt gör detta åt dig, men oftast måste det göras manuellt.

Beräkningen av vilken typ av krympningskompensation som ska tillämpas beror på tre saker: materialet som används, utskriftstemperaturen och modellens geometri.

Alla dessa faktorer tillsammans ger en uppfattning om hur mycket trycket förväntas krympa och hur du ska kompensera för det.

Att få rätt krympning kan också vara en iterativ process, även kallad trial and error. Krympningsgraden kan till och med variera mellan olika märken av samma typ av material.

Ett bra sätt att mäta och kvantifiera krympning är att först skriva ut en testmodell och mäta krympningen. De data du får fram kan sedan användas för att skapa en matematiskt korrekt kompensation för krympningsgraden.

Ett bra sätt att mäta krympning är att använda det här objektet för beräkning av krympning från Thingiverse. En användare beskrev det som "Ett av de bästa allmänna kalibreringsverktygen som finns". Många andra användare delar sitt tack med tillverkaren av den här CAD-modellen.

Stegen är följande:

• Skriv ut testdelen med valfri filamenttråd och de inställningar för skivaren som du tänker använda.
• Mät och skriv in i kalkylbladet (mitt är delat på //docs.google.com/spreadsheets/d/14Nqzy8B2T4-O4q95d4unt6nQt4gQbnZm_qMQ-7PzV_I/edit?usp=sharing).
• Uppdatera inställningar för skärare

Du vill använda det Google-arket och göra en ny kopia som du kan redigera själv från början. Du hittar instruktionerna på Thingiverse-sidan för mer information.

Om du vill ha en riktigt exakt kompensation kan du köra iterationen två gånger, men tillverkaren säger att en enda iteration var tillräckligt för att få dem att hålla sig inom en tolerans på 100um (0,01 mm) på en 150 mm stor del.

En användare sa att han helt enkelt skalar sina modeller till 101 % och att det fungerar ganska bra för honom. Detta är ett mycket enkelt sätt att se på saker och ting, men det kan vara framgångsrikt för snabba resultat.

Du kan också använda en inställning som kallas horisontell expansion och som justerar storleken på 3D-utskrifterna i X/Y-dimensionen för att kompensera för förändringar i storlek när modellen kyls och krymper.

Om du skapar modellerna själv kan du justera toleranserna på själva modellen, och med mer övning kan du börja gissa dig fram till de rätta toleranserna för din specifika konstruktion.