دقت ابعادی قطعات پرینت شده سه بعدی

دقت ابعادی قطعات پرینت شده سه بعدی

این مقاله دقت ابعادی قطعات پرینت شده سه بعدی را شرح می دهد و بحث می کند که چرا گاهی اوقات قطعات تولیدی به روش چاپ سه بعدی دقت ندارند. هدف از ارائه این مقاله ارائه روش و متدی برای مهندسان و طراحان می باشد، تا بتوانند دقت ابعادی که از تکنولوژی های مختلف پرینتر سه بعدی بدست می آید را با هم مقایسه نمایند.

دقت ابعادی قطعات پرینت شده سه بعدی

تمامی تکنولوژی ها دارای نقاط ضعف و قدرت هستند اما دو نکته کلیدی وجود دارد که مشخص می کند که آیا چاپ قطعات با مشخصات مختلف ممکن یا غیرممکن است:

1- تاثیر طراحی بر روی دقت ابعادی قطعات پرینت شده سه بعدی

یکی از تاثیرگذارترین عوامل بر روی دقت بخش چاپ شده، طراحی است. عدم توازن در خنک کاری و سرد شدن ناگهانی قطعه باعث ایجاد تنش های داخلی می شود، که می تواند منجر به انحراف یا انقباض شود. پرینتر سه بعدی برای چاپ سطوح مسطح یا قسمت های نازک مناسب نیستند. همچنین هر چه ابعاد بزرگتر شود دقت کاهش می یابد.

تاثیر طراحی در دقت ابعادی قطعات پرینت شده سه بعدی

2- تاثیر مواد بر روی دقت ابعادی قطعات پرینت شده سه بعدی

همانند طراحی، دقت بستگی به مواد به کار رفته هم دارد، اغلب خواص مواد، قربانی دقت می شود. به عنوان مثال، یک رزین استاندارد SLA قطعات دقیق تر از رزین انعطاف پذیر تولید می کند. برای قطعاتی که دقت بالایی دارند، مواد چاپی استاندارد توصیه می شود.

تاثیر جنس در دقت ابعادی قطعات پرینت شده سه بعدی

متغیرهای دقت در قطعات پرینت شده سه بعدی

به منظور پی بردن به صحت ابعادی یک قطعه سه بعدی، از پارامترهای زیر استفاده می شود:

1- دقت ابعادی قطعات پرینت شده سه بعدی

کمیتی از تولید کنندگان ماشین آلات و تامین کنندگان مواد بوده که صحت مورد انتظار قطعات را مشخص می کند. تمامی تلورانس ها با توجه به درستی طراحی قطعات و دستگاهی که به درستی کالیبره شده، به دست می آیند.

دقت ابعادی قطعات پرینت شده سه بعدی

2- انحراف یا انقباض در قطعات پرینت شده سه بعدی

احتمال تاب برداشتن یا انقباض یک قطعه در مرحله چاپ وجود خواهد شد. این موضوع به طراحی بستگی دارد، اما قطعات تولیدی در برخی از فرآیندها احتمال تاب برداشتن بیشتری دارند.

انحراف و تاب برداشتن قطعات پرینت شده سه بعدی

3- ساپورت های موردنیاز در قطعات پرینت شده سه بعدی

برای بسیاری از فن آوری های چاپ سه بعدی، میزان ساپورت هایی که به کار می رود کیفیت سطح پایانی را تعیین می کند. نکته منفی در آن است که ساپورت ها بر روی سطح پایانی قطعه تاثیر می گذارد، به دلیل آنکه باید حذف گردند.

تاثیر ساپورت ها بر روی دقت قطعات پرینت شده سه بعدی

دقت ابعادی قطعات پرینت شده سه بعدی در تکنولوژی FDM

دقت ابعادی در قطعات پرینت شده با تکنولوژی FDM

FDM بهترین روش برای نمونه سازی و تولید نمونه های اولیه به صورت ارزان بوده و در مواردی که فرم و تناسب مهم تر از عملکرد قطعه می باشد، به کار می رود. روش FDM لایه ای از قطعات را، به وسیله تزریق مواد ترموپلاستیک روی صفحه ساخت ایجاد می کند.

تکنولوژی FDM برای قطعات بزرگ می تواند منجر به تغییرات زیاد درجه حرارت در سراسر پلت فرم ساخت شود. به دلیل عدم توازن مناطق مختلف، وجود بخش های سرد و نرخ های مختلف استرس داخلی، چاپ قطعات بزرگ منجر به تاب برداشتن و یا انقباض محصول می شود.

تاب برداشتن در قطعات بزرگ

راه حل هایی مانند چاپ صفحه ای زیر قطعه کار، استفاده از صفحه ساخت گرم و ایجاد شعاع هایی در گوشه ها و لبه های تیز می تواند به کاهش تاب برداشتن قطعات کمک نماید.

جلوگیری از تاب برداشتن قطعات در پرینتر سه بعدی مانع از تاب برداشتن در پرینترسه بعدی شویم

استفاده از Hotbed در پرینتر سه بعدی

نوع ماده انتخابی نیز تعیین کننده نرخ انحراف است.  به عنوان مثال در مقایسه میان PLA و ABS در تکنولوژی ABS ،FDM بیشتر در معرض انحراف قرار دارد.

تلرانس ابعادی±0.5% (±0.5mm کمترین حد)رومیزی
±0.15% (±0.2mm کمترین حد)صنعتی
انقباض/تاب برداشتنترموپلاستیک هایی که نیاز به دمای بالاتر چاپ دارند بیشتر در معرض خطر هستند. ایجاد قوس در لبه ی قطعات و ایجاد لایه ای در زیر قطعات توصیه می گردد.  انقباض بسته به ماده ای که استفاده می کنیم، معمولا در محدوده 0.2 تا 1 درصد اتفاق می افتد.
احتیاج به ساپورتبرای دستیابی به قطعات دقیق ضروری است، برای ایجاد برآمدگی نیاز است بیشتر از 45 درجه باشد.

دقت ابعادی قطعات پرینت شده سه بعدی در تکنولوژی SLA

دقت ابعادی در قطعات چاپی با تکنولوژی SLA

روش کارکرد چاپگرهای SLA بدین صورت بوده که از لیزر برای بهبود مناطق خاصی از مخزن رزین استفاده می کنند، تا یک قطعه را در مدت زمان مشخص تشکیل دهند. البته قطعات تولیدی از روش SLA تا قبل از عملیات پس از تولید با UV، قدرت مناسب را ندارند.

مدت زمانی که طول می کشد تا یک لایه ساخته شود، ممکن است باعث تجمع ابعادی و عدم دقت در قطعات تولیدی شود. مشکلی که در قطعات SLA بلند دیده می شود. اختلاف ابعاد نیز ممکن است به دلیل روند لایه برداری که توسط بعضی از چاپگرهای SLA استفاده می شود رخ دهد.

رزین هایی که خواص انعطاف پذیری بیشتری دارند (سفتی کمتر) بیشتر در معرض تاب برداشتن خواهند بود و برای قطعات با دقت بالا مناسب نیستند.

تلرانس ابعادی±0.5% (±0.10mm کمترین حد) رومیزی
±0.15% (±0.01mm کمترین حد) صنعتی
انقباض/تاب برداشتنبیشتر در قسمت هایی که ساپورت ندارد رخ می دهد.
احتیاج به ساپورتبرای قطعات دقیق ضروری است

دقت ابعادی قطعات پرینت شده سه بعدی در تکنولوژی SLS

دقت ابعادی قطعات پرینت شده با تکنولوژی SLS

روش SLS  قطعات با دقت بالا را تولید می کند و می تواند طرح هایی با هندسه پیچیده را چاپ کند. در این تکنولوژی لیزر، پودر مواد را جهت دستیابی به قطعه به صورت لایه لایه سفت می کند.

قطعات پیچیده با روش SLS پرینتر سه بعدی
در چاپگرهای SLS از محفظه ای گرم استفاده می کنند، تا پودر را در یک دمای ثابت نگه داشته و احتمال تاب برداشتن یا انقباض را بسیار کم کنند. با این وجود در قطعات  SLS بزرگ قسمت های در حال چاپ دمای بالایی داشته در حالی که قسمت های پایینی خنک گردیده اند، که این امر ممکن است باعث تاب برداشتن قطعات شود. برای به حداقل رساندن میزان تاب برداشن، قسمت های مختلف در پودر را به آرامی خنک می کنند.

تلرانس ابعادی±0.3% (±0.3mm کمترین حد)
انقباض/تاب برداشتنانقباض معمولا در 2 تا 3 درصد قطعات اتفاق می افتد اما اکثر طراحان این اجازه را در طراحی می دهند چون مشکلی ایجاد نمی کند
احتیاج به ساپورتموردنیاز نیست

دقت ابعادی قطعات پرینت شده سه بعدی در تکنولوژی Material Jetting

نحوه کارکرد متریال جتینگ

متریال جتینگ به عنوان دقیق ترین روش چاپ 3D در نظر گرفته شده است. از آنجا که گرما در فرآیند چاپ وجود ندارد، انحراف و انقباض به ندرت اتفاق می افتد.

بیشتر چالش ها و مشکلات در دقت ابعادی قطعات پرینت شده سه بعدی مربوط به ویژگی ها و دیوارهای نازک است، که در لایه های پایینی چاپگر چاپ می شوند. متریال جتینگ برای چاپ ساپورت از جنسی نرم و متفاوت با قطعه اصلی استفاده می کند، که قابلیت حذف آسان آن وجود داشته باشد. هنگام به کار بردن قطعات تولید شده در روش Material jetting باید مراقب باشید، زیرا آنها می توانند در اثر تماس با گرما، رطوبت و یا نور خورشید دچار تغییر شکل یا تغییر اندازه شوند.

تلرانس ابعادی±0.1% (±0.05mm کمترین حد)
انقباض/تاب برداشتندر متریال جتینگ رخ نمی دهد
احتیاج به ساپورتبرای قطعات دقیق موردنیاز است

دقت ابعادی قطعات پرینت شده سه بعدی در تکنولوژی چاپ سه بعدی فلزات

چاپ فلزی (به ویژه DMLS و SLM) از لیزر برای انتخاب قسمت های مختلف پودر متالورژیکی استفاده نموده و ذوب فلزات را ممکن ساخته، تا بتواند قطعات فلزی را تولید نماید. بیشتر چاپگرهای فلزی همانند SLS، یک لایه را در زمان مشخص و در محیط گرم ماشین هایی با ابعاد صنعتی تولید می کنند.

ساختار لایه با لایه همراه با درجه حرارت بسیار بالا در فرآیند، افت شدید حرارتی را ایجاد می کند و تاثیر منفی آن است که تنش در قسمت های مختلف رخ می دهد.

در نتیجه، قطعات فلزی چاپ شده در معرض خطر انحراف می باشند، به این معنی که طراحی خوب و جهتی که قطعه را تولید می کنیم، دو امر حیاتی برای تولید قطعات مختلف است.

اعوجاج در قطعات پرینت شده سه بعدی فلزی

بر خلاف SLS، ایجاد ساپورت برای به حداقل رساندن اعوجاج در قطعات ضروری می باشد. قطعات نیز به طور کلی بر روی صفحه فلزی جامد ساخته شده و پس از تکمیل فرایند چاپ، باید برداشته شوند.

ساپورت ها در قطعات پرینت شده سه بعدی فلزی

یک درک صحیح از فرآیند و بخش ساپورت ها لازم است تا بتوان قطعه را به درستی به صفحه دستگاه متصل نموده و از جدا شدن آن در حین فرآیند ساخت جلوگیری نمود. تنش موجود در اکثر قطعات، پس از ساخت و قبل از جدا کردن قطعه از صفحه دستگاه (از طریق فرایند عملیات حرارتی) از بین می رود، عملیات حرارتی باعث می شود که ساختار کریستالی همگی در قطعات شکل بگیرد.

از آنجایی که هزینه چاپ قطعات فلزی 3D بسیار بالا است، قبل از شروع چاپ می توانید فرآیند را با نرم افزارهای مختلف شبیه سازی نموده، سپس اقدام به ساخت قطعات نمایید.

تلرانس ابعادی±0.1mm
انقباض/تاب برداشتنقطعات در خطر انقباض و تاب برداشتن قرار دارند، برای کاهش احتمال وقوع این موارد، استفاده از ساپورت و تقویت کننده احتمال وقوع این موارد را کاهش می دهد.
احتیاج به ساپورتبرای قطعات دقیق موردنیاز است

مقالات مرتبط

خدمات و مشاوره رایگان

021-88726992