知识解读如何定义3D打印中的精度及影响精度的因素和潜在的权衡

在描述精度标准时,“精度”一词经常与“准确性”和“分辨率”混淆,例如在3D打印中,“精度”指的是零件的精度或机器的分辨率。

“精度”也经常被用作结果可重复性的更具体的衡量标准:一件事如何始终如一地产生相同的结果?在制造业中,“精度”一词可以简单地指生产符合公差零件的能力。此外,机器的精度不能像它生产的零件精度那样进行测量和量化。

那么,在3D打印中,我们应该如何思考和测量精度呢?以下是定义3D打印精度的方法以及影响3D打印准确性的因素、某些精度定义带来的权衡和选择3D打印机的注意事项。

定义3D打印精度

由于“精度”一词可以有多种不同的定义,以下是定义3D打印精度的几种不同方式:

①3D打印零件的可重复性?“精度”在这里指的是相对于重复性变化的测量;

②3D打印机能在多大程度上持续产生相同的结果?在这里,“精度”是指在同一台机器上打印同一零件的测量值之间的接近程度。

尺寸精度和公差:从更通俗的“精度”定义来看,它意味着准确和精确,3D打印零件的精度也可以指打印对象可以达到的精度和细节水平。打印对象与您数字文件的预期设计或尺寸的匹配程度如何,更高的精度意味着打印的对象更接近所需的规格。

测量尺寸精度的一种方法是通过公差,公差是指与打印对象的预期尺寸或规格之间的可接受变化或偏差程度。

3D打印机的精度:另一种测量3D打印精度的方法是通过机器本身。当讨论机器本身的精度而不是它的产量时,这个词与其说是一个具体的衡量标准,更确切地说,是机器高精度、可重复性和高分辨率打印能力的结合,本质上,是机器打印零件能力的精确程度。

拿绘画作一个类比,用一把宽刷子快速、随意地刷会更有效地覆盖某个区域,而由受过训练的艺术家用一把尖端精细的画笔可以增加更高层次的细节。

3D打印机是宽的还是细尖的,很大程度上取决于3D打印机结构的两个变量,3D打印机与任何其他数控机器一样,包括:

■工具尖端,例如喷嘴、激光器或切割器;

■运动控制系统,操纵工具尖端穿过轴线。

如果您在两台相同的机器上打印,但一台的喷嘴尺寸为0.4毫米宽,另一台的喷嘴尺寸为0.25毫米宽,则使用0.25毫米喷嘴的机器被认为更精确。给定相同的喷嘴尺寸,具有运动控制系统的机器可以在X、Y和Z轴上以较小的运动增量运行,被认为更精确。

哪些因素会影响3D打印的精度?

3D打印机的分辨率决定了可以达到的细节水平。它通常是根据层高或打印机可以复制的最小特征尺寸来测量的,较小的层高或最小的特征尺寸通常导致更高的精度。

3D打印机机架和部件的稳定性和刚度会影响精度。一台结构良好、坚固耐用的打印机在打印过程中不太可能出现振动或摆动,因此打印效果更为精确。

即使打印过程可能很精确,零件输出也会受到材料特性的影响,如收缩率、热性能和流动特性,了解这些特性有助于实现更好的零件精度。

打印对象的设计也会影响精度,诸如悬垂、桥接和复杂细节等特征可能需要额外的支撑结构或特定的打印技术来在打印过程中保持精度,这可能影响打印部件的准确性。

许多3D打印零件在制造过程完成后需要进行后处理,例如拆除支撑结构或打磨,这可能也会影响最终零件的精度。

3D打印中精度的权衡

值得注意的是,在3D打印中实现高精度可能需要权衡。例如,如果机器能力是一个受控变量,那么以更高的精度打印通常需要在打印速度上做出妥协。使用较小的喷嘴可以获得较高分辨率的打印;但结果是,材料必须以较慢的速度沉积。

金属粘合剂喷射3D打印技术是精度抑制速度的一个例外,Markforged金属粘合剂喷射3D打印机PX100可以非常快地生产出精确的零件,通过使用多个喷头同时在几个不同的地方喷射粘结材料,因此,一次构建可以生产数十或数百个精确的零件。精密3D打印还可能需要以前没有考虑到的零件设计问题,特别是复杂零件的设计,以确保打印过程中的稳定性。

选择3D打印机的精度及注意事项

当将3D打印精度视为零件精度的可重复性时,精度对于任何制造应用都至关重要。用户应该寻找一个可靠的3D打印平台,在可接受的范围内成功打印。考虑到速度和材料性能的权衡,3D打印机所需的精度水平完全取决于客户的具体应用,例如,虽然树脂3D打印是生产精细特征的一种很好的方法,但它生产不出像高性能热塑性材料一样坚固的零件。

对于金属3D打印,粘合剂喷射是在不影响速度的情况下实现高精度生产的绝佳选择,它可以快速生产具有重复性的精确零件,同时使用的材料更少(因此降低了每个零件的运营成本),MarkforgedPX100绝对是实现大规模精密金属零件生产的有力选择。

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