دقت ابعادی و تلرانس گذاری در پرینت سه بعدی

مبنای دقت ابعادی و تلرانس گذاری در پرینت سه بعدی

بالا بودن رزولوشن پرینت لزوما به معنای دقیق درآمدن ابعاد قطعات پرینت شده درمقایسه با مدل سه بعدی ساخته شده درنرم افزار نیست.

یادگیری روش های ابعاد برداری دقیق و اصولی و تلرانس گذاری در به دست آوردن نمونه های پرینت شده ی کاربردی و قابل مونتاژ، در مصارف متنوع، از اهمیت بسیار بالایی برخورداراست. دراین مقاله به بررسی مفهوم تلرانس گذاری درساخت مدل سه بعدی برای استفاده در پرینت سه بعدی می پردازیم.

مفهوم دقت ابعاد برداری، ثبات دردقت و تلرانس گذاری

دقت در ابعاد برداری به معنای میزان نزدیک بودن مقدار اندازه گرفته شده با مقدار حقیقی است. برای مثال در یک سیبل تیراندازی، مقدار واقعی، خال وسط سیبل است. در دنیای پرینت سه بعدی، معیار و مقدار حقیقی، ابعاد مدل طراحی شده در نرم افزار طراحی سه بعدی است و این که این مقدار تا چه اندازه پس از پرینت تغییر می کند اهمیت زیادی دارد.

ثبات  دقت، بیان گر تداوم دربه دست آوردن ابعادی نزدیک به ابعاد معیاراست. برای مثال در تیراندازی، هرچقدر ثبات نشانه گیری بیشتر باشد، تیرها در فاصله نزدیک تر به یکدیگر به هدف برخورد خواهند کرد. درپرینت سه بعدی این مفهوم درمیزان ثبات دستگاه چاپگرسه بعدی درپرینت با دقتی یکسان خلاصه می شود. اگر چه متریال های مختلف در درتکنولوژی های متنوع پرینت سه بعدی نیزمی توانند درثبات دقت تاثیرگذارباشند. برای مثال، بعضی متریال ها درشرایط فیزیکی مختلف، دچارتغییرات جزئی درثبات دقت نمونه های پرینت شده می شوند. 

• تلرانس گذاری به معنای میزان دقت مورد نیاز یا میزان دقت راضی کننده است. و تلرانس توسط طراح اعمال می شود. این که در قطعه ی مونتاژی چه مقدار فضای خالی بین اتصال ها نیازاست. آیا اتصال ها باید کاملا سفت ومحکم باشند یا بین آن ها فضایی برای جابجایی وجود داشته باشد؟ برای مثال، یک قطعه مونتاژ شده که به منظور اجرای حرکات مکانیکی ساخته می شود، می بایست تلرانسی بسته‌تر از یک درپوش معمولی ظرف داشته باشد. به منظور به دست آوردن تلرانس مطلوب، طراحان می‌بایست از میزان خطای دستگاه چاپگرسه بعدی اطلاع داشته باشند تا این ضریب خطا را در مدل سه بعدی اعمال کنند. با دانستن محدوده ی خطای رایج در چاپگر های سه بعدی، می‌توان تلرانس گذاری نسبتا دقیقی اعمال کرد. اما اگر قطعات مونتاژی تلرانس بسیار بسته و حساس دارند و در مدل پرینت شده، هم به دقت، وهم ثبات دقت در بازه کمتر از 100 میکرون نیاز است، می‌بایست با کارشناس مرکز خدمات پرینت سه بعدی ارتباط برقرار کرده تا از ضریب خطای قطعی دستگاه مورد نظر اطمینان حاصل کنند. (برای این منظور، به بخش ارتباط با ما مراجعه کنید)

در مجموع، بسیاری از نمونه های ساخته شده با پرینت سه بعدی با در نظر گرفتن تلرانس رایج در تکنولوژی مد نظر، نتیجه ی مطلوبی حاصل می آورند. به دست آوردن تلرانس بسیار دقیق ممکن است نیازمند چند مرحله آزمون و خطا در مرحله ی پرینت باشد.

چگونگی فهمیدن مبنای دقت و ثبات دقت در چاپ سه بعدی

نوع کاربرد مدل ساخته شده توسط چاپگر سه بعدی، عامل تعیین کننده در دقت مورد نیاز است. پارامترهای فراوان بسیاری در چاپ سه بعدی، میزان دقت و ثبات دقت را تخمین می‌زنند. نوع تکنولوژی، نوع متریال، رزولوشن پرینت سه بعدی، سرعت، تراکم و غیره. برای مثال، در بسیاری از مصارف نمونه سازی، تکنولوژی FDM و متریال های پلاستیکی، می توانند قطعات مونتاژی به وجود آورند که اعمال تلرانس 100 تا 200 میکرون برای آن ها کافی باشد. اما طبیعتا در ساخت نمونه های کوچکترمانند جواهرات، با استفاده ازتکنولوژی SLA  یا DLP به تلرانس گذاری دقیق ترنیازاست.

در این بخش، چند عامل اصلی در تعیین دقت و تلرانس پرینت سه بعدی معرفی می شوند.

تکنولوژی های پرینت سه بعدی

چاپ سه بعدی یک فرایند افزاینده است، به این معنا که در پروسه ی ساخت قطعه، چاپگر سه بعدی به صورت لایه به لایه متریال را اضافه کرده و مدل پرینت می شود. در این پروسه، هرلایه به صورت بالقوه درتعین دقت پرینت نقش دارد. از طرفی دیگر، فرایندی که لایه ها درآن شکل می گیرند در تکنولوژی های مختلف چاپ سه بعدی متفاوتند. برای مثال در پرینت سه بعدی FDM، لایه ها توسط یک نازل حرارتی که متریال پلاستیکی را استخراج می‌کند به وجود آمده و درطول محور z روی هم قرارمی‌گیرند. این امر سبب می‌شود که محدودیت‌هایی در پیاده سازی برخی جزئیات بوجود بیاید. در پرینت سه بعدی FDM، در مقایسه با تکنولوژی های DLP  و SLA، ممکن است برخی جزئیات پیچیده، مخصوصا در رزولشن پایین و ابعاد کمتر از 2 یا 3 سانت، با کیفیت کمتر پرینت شده یا اصلا تشخیص داده نشوند.

در تکنولوژی استریولیتوگرافی یا SLA از متریال رزین استفاده می‌شود که با لیزر بسیار دقیق سخت شده و لایه های مدل را به وجود می آورد. در این تکنولوژی ثبات دقت و دقت نهایی بسیار بالاتر است و نیاز به اعمال تلرانس گذاری دقیق تر نیز می باشد. مشابه این تکنولوژی، در SLS هم یک لیزر دقیق، ذرات پودر نایلون را به هم متصل کرده و لایه ها را بوجود می آورد. طبیتا هزینه مواد مصرفی و خدمات ارائه شده در این تکنولوژی ها به صورت قابل توجهی بالا تر از تکنولوژی FDM است.

مشخصات فنی چاپگرهای سه بعدی به هیچ عنوان به تنهایی نشان دهنده‌ی دقت پرینت سه بعدی نیست. یکی از اشتباهات رایج در توصیف دقت برای تکنولوژی‌های مختلف چاپ سه بعدی، استفاده از رزولوشن در محور XY به عنوان ضریب خطای دقت ابعادی است.

برای پرینترهای DLP، رزولوشن محور XY در حقیقت اندازه ی پیکسل های تصویر است، در این حالت نمیتوان گفت که اندازه ی پیکسل 75 میکرونی در یک دستگاه به معنای ضریب خطای برابر با ±75 است. این اطلاعات هیچ کمکی به تخمین میزان خطای یک دستگاه نمی کند. عوامل بسیاری در تعیین میزان خطای دستگاه نقش دارند. تنظیم بودن دستگاه، نوع متریال، کیفیت متریال و حتی پرداخت روی مدل سه بعدی و غیره. حتی دما و رطوبت هوا نیز می‌تواند روی دقت قطعات پرینت شده تاثیر‌گذار باشد. در مجموع بهترین راه برای ارزیابی دقت پرینت سه بعدی، ارزیابی قطعات پرینت شده است.

متریال ها

همانطور که قبلا هم گفته شد، با توجه به نوع متریال، دقت پرینت می‌تواند دچار تغییرات شود، همچنین خواص مکانیکی متریال‌ها نیز بسیار موثر است که می توان بر اساس آن احتمال داد که آیا یک قطعه دچار خمش، پیچیدگی و کاهش دقت خواهد شد یا خیر. در مجموع همه چیز به برنامه و هدف یا کاربرد شما از قطعه بستگی دارد. برای مثال، دقت در قالب دندان که با رزین دنتال پرینت می شود بسیار مهم است. اما در پرینت یک نمونه ی اولیه از یک طرح یا ایده ممکن است چندان اهمیتی نداشته باشد.

در مرکز خدمات آنلاین پرینت سه بعدی "استودیو سه بعدی"، بهترین دقت ابعادی پرینت با تکنولوژی FDM با متریال PLA حاصل می شود. برای مقاومت بیشتر در برابر حرارت نیز از متریال ABS  یا PETG  استفاده می‌گردد. برای بهره مندی از مقاومت برابر حرارت و استحکام، متریال پلی کربنات و نایلون مناسب تر است. برای ساخت قطعات با جزئیات بالا و ابعاد بسیار کوچک از متریال های رزینی و تکنولوژی SLA یا DLP استفاده می شود. هر یک از این متریال ها دارای محدودیت ها و ظرفیت های بخصوص هستند و آشنایی سطحی با آن ها در انتخاب متریال متناسب اهمیت بسیاری دارد. برای آشنایی بیشتر با انواع متریال های پرینت سه بعدی FDM این مقاله را مطالعه کنید. برای آشنایی با متریال های رزینی، این مقاله را مطالعه کنید.

در واحد پرینت سه بعدی استودیو سه بعدی،  با استفاده ازمرغوب ترین برند های متریال و فراهم کردن محیط و تنظیمات اختصاصی دستگاه ها، هر قطعه به صورت اختصاصی بررسی شده و برای ساخت آن از تکنیک، تنظیمات و دستگاه متناسب استفاده می شود. در این مجموعه، شرایط و تجهیزات در ساخت و همچنین پروسه ی ارزیابی برای هیچ دو قطعه ای، یکسان نیست و هر سفارش به طور کاملا اختصاصی و مجزا توسط کارشناسان مجرب بررسی می شود تا بهترین نتیجه ممکن در ساخت قطعه حاصل شود. بخش قابل توجهی از کیفیت قطعات ساخته شده با پرینتر سه بعدی مربوط به میزان تجربه در کاربا تکنولوژی های مختلف چاپ سه بعدی است.

تلرانس گذاری در پرینت سه بعدی

برخلاف ماشین کاری که در آن قطعات طی چند مرحله تراش داده شده تا به تلرانس مد نظر نزدیک شوند، پرینت سه بعدی تنها در یک مرحله، قطعه ی مورد نظر را در ابعاد و تلرانس از پیش تعیین شده می سازد. در حالی که در فرایندی مانند CNC افزایش جزئیات در سطح کار موجب افزایش هزینه می شود، در پرینت سه بعدی، اعمال هر نوع جزییات در مدل سه بعدی معمولا هزینه ی بیشتری را موجب نمی شود. مگر آن که جزییات مد نظر یا تلرانس انتخابی خارج از محدوده ی قابلیت های دستگاه های چاپ سه بعدی باشد.