10 ting som påvirker SLA-utskriftsnøyaktighet

Nøyaktighet er en av de sentrale egenskapene du forventer av en 3D-skriver, spesielt SLA-skrivere, som er kjent for sin høye grad av presisjon. Hvis en SLA-skriver ikke kan gjengi en modell med tilstrekkelig nøyaktighet, har den mislyktes sin primære oppgave. Å oppnå en meget høy grad av nøyaktighet er imidlertid ikke lett, og det er mange små faktorer som alle kan legge til for å produsere en del som ligger langt fra den opprinnelige modellen.

Et ratt trykket av ProtoFab SLA600

Nøyaktighet vs oppløsning

Før vi begynner, la oss raskt avklare nøyaktig hva vi mener med nøyaktighet, og skille det fra det relaterte konseptet med oppløsning. I 3D-utskrift beskriver nøyaktigheten nøyaktig hvor mye en del avviker fra den tiltenkte form. Dette kan være et gjennomsnitt av den totale uoverensstemmelsen over hele delen, eller det punktet hvor avviket var høyest. For eksempel kan en utskrevet del bli skannet og funnet å ha en gjennomsnittlig dimensjonsavvik (fysisk uoverensstemmelse fra den opprinnelige modellen) på 0,050 mm og en maksimal avvik på 0,15 mm. Dette er forskjellig fra oppløsning, som beskriver detaljnivået som skriveren kan teoretisk produsere basert på spesifikasjonen. Høy oppløsning oversetter ikke alltid til høy nøyaktighet, og tallene kan ofte være misvisende. Det er ikke uvanlig for maskiner med høy oppløsning å produsere deler som er svært unøyaktige. Dette er grunnen til at erfarne produsenter verdsetter nøyaktigheten langt mer enn oppløsning, spesielt i bransjer hvor detaljene er avgjørende. La oss se nærmere på ti av de største årsakene til unøyaktighet i SLA 3D-utskrift.

1. Mekanisk kontroll

Kanskje den største determineren av nøyaktighet er nivået av mekanisk kontroll en skriver har. Dette refererer til presisjonen av bevegelsen av de forskjellige mekanismene, inkludert speilene, galvanometeret og byggeplattformen. Hvis noen av disse ikke beveger seg i perfekt korrespondanse med hvordan programvaren krever, vil det oppstå uoverensstemmelser. Fra brukerens perspektiv er det ikke så mye som kan gjøres om dette, presisjonen av bevegelse kommer fra kvaliteten på delene og hvor godt de ble samlet. Skrivebordskrivere sliter seg dårlig i denne forbindelse, da det ikke er noe som kvaliteten du får i high-end industrielle skrivere. Lavpris industrielle skrivere sparer også på costby ved å bruke billigere komponenter. Å ha lavverdige komponenter betyr ikke bare at mekanisk kontroll er kompromittert fra starten, men det vil også redusere over tid ettersom delene er slitt.

Eventuelle unøyaktigheter i komponentene eller monteringen av en skriver sendes videre til trykte deler

Den spesifikke typen av unøyaktigheten avhenger av hvilken del som har problemer. For eksempel avviker feil på zaxiene ut fra feil på xy-aksen. Feil på xy-aksen skyldes vanligvis problemer med skanningspeilet (som sender strålen til et bestemt punkt på laget). Denne delen er kritisk for nøyaktighet, og de minste feilene i bevegelse kan forårsake betydelige uoverensstemmelser. Nøyaktigheten på z-aksen avhenger hovedsakelig av bevegelsen av byggeplattformen når den faller ned (eller stiger i skrivebordsmodeller) lag for lag. Bevegelse av byggeplattformen styres av en lang skrue som må dreie akkurat den riktige mengden slik at plattformen beveger seg med den nøyaktige laghøyden, vanligvis rundt 0,1 mm. Mindre problemer i byggekvaliteten til denne skruen vil bli sendt videre til den utskrevne delen, vanligvis i form av overflateruhet. Det er også kritisk at byggeplattformen forblir helt parallell til enhver tid. Enhver liten tilt vil føre til unøyaktigheter, noen ganger i form av aslanting effekt gjennom hele delen.

2. Material deformasjon

Fordi SLA bruker harpiks og ikke smeltet termoplast, er effekten av materialkrymping og vridning mye mindre alvorlig enn i filamentbaserte trykkteknikker. Men det betyr ikke at SLA ikke er uten sine egne deformasjonsproblemer. Harpiksbasert 3D-utskrift lider vanligvis av en viss grad av sagging. Selv om harpiksen er kurert ved eksponering for laseren, blir den ikke helt helbredet i det korte øyeblikk. Materialet vil bare oppnå full styrke når den er plassert i en UV-herdeovn under etterbehandling. Det er ikke å si at før etterbehandling er materialet svakt eller uherdet, er det bare ikke opp til sin maksimale bærende tilstand. For godt støttede deler av delen er dette ikke et problem, men hvis det er seksjoner som er lange, tynne eller mangler i støtte, kan det hende at det går noen sagging. Denne sagging er vanligvis mikroskopisk, men fordi det skjer ett lag om gangen, kan effekten være kumulativ, noe som resulterer i merkbare dimensjonelle uoverensstemmelser. Denne effekten påvirkes av harpiksen som brukes. Noen sterkere materialer vil ikke lider av dette i det hele tatt, men fleksible materialer er spesielt utsatt for problemet. Derfor er støttemateriale så viktig i SLA, og hvis programvaren ikke plasserer støttene på den mest optimale måten, vil nøyaktigheten bli alvorlig kompromittert.

Støtter genereres vanligvis i en 45 ° vinkel mot delen

3. Datamodellering

Selv om den mekaniske kontrollen av en skriver var perfekt og perfekte materialer var, ville deler fortsatt ikke bli produsert 100% nøyaktig. Dette skyldes at praktiske egenskaper ved CAD-modellering legger noen begrensninger på hvor detaljert en del kan være. STL modellering bruker et begrenset antall trekanter for å bygge opp formen på en del. Denne metoden gir noen problemer ved gjenoppretting av flate overflater, men noen form for kurve er fysisk umulig å representere perfekt. Et meget stort antall spisse triangler brukes til å justere kurven så godt som mulig, men på mikroskopisk nivå er det ikke jevnt i det hele tatt. Jo flere trekanter som brukes, desto bedre detalj, men dette kan presentere problemer når det gjelder filstørrelser og behandlingstid. Moderne teknologi og programvare håndterer dette problemet mye bedre enn tidligere, i de tidlige dagene av SLA var datakraft en svært alvorlig begrensning.

Jo flere trekanter som brukes i en STL-fil, de bedre buede flatene kan gjenskapes

4. Orientering

Som diskutert i denne artikkelen, sammenligner skrivebordsskrivere til industrielle skrivere, er utskriftsorientering svært viktig. I de fleste stasjonære SLA-maskiner skrives delen opp og ned, noe som betyr at det meste av delen henger under byggeprosessen. Dette kan motvirkes til en viss grad av ytterligere støttemateriale, men det vil fortsatt være noe hengende av materialet på grunn av tyngdekraften. Det er imidlertid ikke bare den retningen delen er skrevet ut i det er viktig, orienteringen av delen i byggekammeret er også en faktor å vurdere. Først av alt er det spørsmålet om overeksponering å håndtere. Dette er når lys fra laseren skinner gjennom det nåværende laget og også delvis herder noe av harpiksen bak. Denne effekten er vesentlig verre når det er brukt transparent eller halvtransparent materiale. Det er også slik at enkelte farger absorberer UV-lys bedre enn andre, så deler med blå, grønt eller gult materiale vil lide mindre, og andre farger som rød eller grå vil lide mer. Dette problemet kan i noen grad løses ved å posisjonere delen strategisk i byggekammeret i forhold til laseren, slik at strålen ikke skinner videre til annet uherdet materiale så ofte. I tillegg til lys som skinner gjennom, er det ytterligere Utgave av lys bøyer seg rundt den delen som det skrives ut. Dette kan også føre til at UV-lys når områder som det ikke skal og fører til overeksponering. Beregning av hvordan det er best å orientere en del for å minimere denne effekten er ekstremt kompleks, men det er noe som ikke kan ignoreres dersom maksimal nøyaktighet er ønsket.

Orientering påvirker både utskriftsnøyaktighet og hastighet

5. Lagtykkelse

Generelt vurderes det at de tynnere lagtykkelsen jo bedre, da tynne lag gir høyere oppløsning. Men utover et visst punkt er dette ikke nødvendigvis tilfellet. Noen studier har vist at for lagstørrelser lavere enn 0,1 mm, kan tynnere lag føre til lavere nøyaktighet. Dette skyldes en rekke faktorer. For de fleste deler, går under 0.1mm gir ingen reell fordel i detalj og øker enkelt antall lag. Flere lag betyr mer mekanisk bevegelse, slik at eventuelle uoverensstemmelser i bevegelse vil bli forsterket. Tynnere lag er også litt mer sannsynlig å koble, og den lengre byggetiden betyr at det er lengre før delen helt kan herdes en UV-ovn. Unøyaktighetene som er introdusert av disse faktorene er lite, men de kan forklare hvorfor ved å bruke et lag på 0,05 mm, produserer noen ganger en mindre nøyaktig del enn å bruke 0,1 mm lag. Når det er sagt, bruker lagstørrelser betydelig større enn 0,1 mm, vil det medføre en mindre nøyaktig del og vil føre til synlig trapp.

6. Beam diameter

Som du kanskje forventer, jo smalere strålen, jo større detaljnivå. En bred stråle vil resultere i raskere utskriftstider, men på bekostning av detaljer og nøyaktighet. Tidligere var det enkle, men i dag er det SLA-skrivere (inkludert de som tilbys av ProtoFab) som støtter mer enn en stråleformat under samme bygg. To punktstørrelser kan konfigureres, en liten og en stor. Større flekkstørrelse brukes til områder hvor det ikke er kritisk detalj, noe som gjør prosessen raskere, og det lille stedet brukes til områder som hjørner eller buede overflater. På denne måten er det mulig å få det beste fra begge verdener, i hvert fall til en viss grad. Uten denne funksjonaliteten vil en viss nøyaktighet bli ofretelig. Og uansett om utstyret støtter variabel stråleformat eller ikke, er det ekstremt viktig å velge riktig strålediameter for hver bygg. Å dømme den optimale strålestørrelsen basert på kravene til delen krever erfaring og en grundig forståelse av teknologien. Å få denne parameteren feil vil utvilsomt føre til tap av nøyaktighet.

I bilde A-radiuskompensasjon brukes ikke, mens i bilde B er det

7. Temperatur og miljø

I industriell 3D-utskrift er det av største betydning å holde et kontrollert miljø. Som nevnt ovenfor er krumming og hengende et problem i SLA-utskrift, og dette forverres av varme og fuktighet. Eventuelle svingninger i disse under utskriftsprosessen vil påvirke hvordan delen kommer ut. Harpiks er ekstremt temperatursensitiv, og for 3D-utskrift er det viktig at viskositeten er så lav som mulig. Jo høyere temperaturen er, desto mindre viskøs harpiks, derfor er det viktig å holde harpiksen varm (og ved konstant temperatur). Det kan imidlertid ikke være for varmt, eller dette vil få delen til å være for myk og ustabil. Den søte flekk er generelt rundt 38 grader, og eventuelle avvik fra dette vil påvirke formen på delen. Det er også viktig at overflaten av harpiksen forblir helt flat hele tiden. Hvis det er noen vibrasjoner eller til og med den minste bevegelsen av utstyret, vil nøyaktigheten bli alvorlig påvirket.

Overflaten av harpiksen må til enhver tid forbli helt flat

8. Skannehøyde

Skanningsklasse refererer til avstanden mellom midten av hvert laserpunkt. Strålen beveger seg ikke i en konstant bevegelse, men skinner på bestemte punkter langs et kurs med bestemte intervaller. Det er vanligvis en grad av overlapping mellom hver av disse stedene, ellers ville det være store hull mellom hvert herdet område. Skannehøyden bestemmer graden av overlapping, og dette har en dyp effekt på både nøyaktighet og hastighet. Hvis skannehøyden er liten, blir det mindre uherdet harpiks langs kantene, og overflatene blir mye jevnere. Dette vil selvsagt resultere i lengre utskriftstider som hver skanning vil ta lengre tid. På den annen side vil det være raskt å ha en bred skanningskanal, men det vil resultere i grove kanter som krever mye sliping ned.

Endring av skannehøyde vil påvirke nøyaktighet, styrke og effektivitet

9. Skannehastighet

Skannehastighet er en annen av kjerneparametrene som har effekt på nøyaktigheten. Som du kanskje er ekspert, fører raskere skanningshastigheter til lavere nøyaktighet, men faste utskriftstider. Effekten på nøyaktighet blir imidlertid bare alvorlig når meget hurtige skannehastigheter brukes. Det er ikke nødvendigvis tilfelle at de langsommere skannehastighetene alltid fører til bedre nøyaktighet. Når skannehastigheten er satt for sakte, kan overhæringen oppstå, da strålen drar for lenge ved hvert punkt. En blanding av erfaring og kompleks beregning er nødvendig for å angi riktig skannehastighet for hver bygg.

10. Etterbehandling

Etterbehandling krever ofte mye expereience og ferdighet

Etter at deler er skrevet, er det en rekke nødvendige prosesser etter behandling, inkludert vasking med alkohol, fjerning av støttemateriale og sliping. Disse oppgavene utføres vanligvis manuelt og introduserer dermed potensialet for menneskelig feil. På grunn av arten av SLA-utskrift, vil nytrykte deler vanligvis ha en grad av ridning langs kantene (se punkt 6 og 8). Derfor er det nødvendig å sand og polere SLA-trykte deler og noen ganger er slipingsgraden ganske grov. I en industri ble avvik målt i mikron, mennesker skrapende delen med grovt sandpapir bringer uunngåelig en viss grad av uforutsigbarhet og tap av nøyaktighet. Den nøyaktige kraften som brukes er vanskelig å standardisere, som er lengden på tiden. Kalipere brukes til å måle området som skal slipes, men det er fortsatt en ganske inexakt prosess, absolutt sammenlignet med de høyt styrte bevegelsene til selve skriveren.

Det er best å bruke dyktig personell til å vaske vasken

Et annet aspekt av etterbehandling som kan påvirke nøyaktigheten, er fjerning av støttematerialet. Dette må slås eller prized off manuelt bruke verktøy og det er vanligvis merker igjen. Disse kan slipes ned, men som diskutert ovenfor, kompromitterer dette i seg selv nøyaktigheten. Det er best å bruke dyktig personell til dette stadiet, da det er lett å skrape eller skade delen med de skarpe verktøyene eller legge igjen merker som er større enn nødvendig. For å redusere disse risikoen, bør det aller minste støttematerialet brukes, samtidig som det sikres at delen er stabil.