Les imprimantes 3D atteignent-elles vraiment une précision de 50 microns (0,05 mm)?

Je me suis toujours interrogé sur la précision réelle des périphériques d'impression 3D. En cherchant la machine parfaite à acheter, j'ai regardé la vitesse, le prix, les filaments supportés, etc., mais aussi la précision. J'ai demandé une fois à quelqu'un qui pourrait me donner des conseils sur quoi regarder.

L'une des choses dont on m'a parlé, c'est que de nombreuses imprimantes n'ont pas nécessairement cette précision folle de 0,05 mm (50 microns). Une autre personne m'a dit quelque chose de différent - il a dit que la plupart de ces imprimantes étaient capables de produire une hauteur de couche de 50 microns. Comment est-ce vraiment?

Une autre chose est que les trancheuses officielles de ces machines prétendent également que cette précision est réelle, par exemple le PrusaSlicer v2.0.

Il existe de nombreuses machines haut de gamme très chères et même elles affirment parfois que leur résolution est inférieure à 50 microns.

Il n'y a pas de réponse simple à cette question, ou si c'est le cas, c'est "non". Cependant, la situation est beaucoup plus compliquée. Lorsque les spécifications de l'imprimante citent une précision comme celle-ci, elles fondent généralement leur revendication sur la taille nominale des plus petits mouvements sur chaque axe par un «micropas» des moteurs pas à pas. Il y a un excellent article sur Hackaday expliquant comment cela affecte la précision: la précision des micros pas vraiment .

Au niveau du positionnement mécanique - placer la tête d'impression là où elle doit être pour extruder le matériau avec la précision souhaitée - vous avez au moins ces facteurs limitant votre précision:

• Les micros pas sont généralement espacés de façon à peu près monotone entre des étapes entières, mais ne divisent pas nécessairement l'étape entière en portions paires. Leur efficacité dépend des pilotes pas à pas utilisés par la carte contrôleur de votre imprimante. En règle générale, les micropas représentent 1/16 de pas (bien qu'il existe des pilotes avec 1/8, 1/32 ou même 1/256, peut-être d'autres aussi), donc si vous voyez une précision nominale de 0,05 mm, une étape entière, qui peut être le minimum dont vous pouvez obtenir une précision fiable, est probablement de 0,8 mm.

• Les moteurs pas à pas sont légèrement déviés - jusqu'à 2 étapes entières mais moins d'une étape est plus probable s'ils ne sont pas surchargés - sous charge. Les ceintures aussi. La mesure dans laquelle cela vous affecte dépend de la conception de l'imprimante et de la masse en mouvement de chaque axe. Les extrudeuses à entraînement direct sont bien pires à cet égard. Les imprimantes Delta sont probablement les meilleures.

Ceux-ci peuvent être quelque peu atténués, avec des compromis, en utilisant des moteurs pas à pas avec plus d'étapes par rotation, de meilleures puces de pilote pas à pas, une réduction avec des engrenages, etc.

En plus de cela, vous avez également l'extrusion et les propriétés du matériau d'impression limitant votre précision:

• Le moteur de l'extrudeuse est soumis aux mêmes problèmes de précision que ceux de positionnement. Si vous extrudez trop ou trop peu de matière n'importe où, vous aurez nécessairement des problèmes de précision. Vous pouvez les calculer en fonction de la section transversale du filament, de la taille de l'engrenage de l'extrudeuse, de l'étape du moteur de l'extrudeuse et de la taille du micropas, etc.

• Si le diamètre du filament n'est pas parfaitement cohérent, vous extruderez également trop ou trop peu de matière.

• Si le matériau n'est pas refroidi ou maintenu au chaud de manière appropriée lors de son extrusion (cela varie selon le matériau), il s'affaissera, se déformera ou se courbera, se retrouvant dans un endroit différent de celui où vous le vouliez.

• Plus vous faites varier le rapport entre la largeur buse / extrusion et la hauteur de couche à partir d'un rapport idéal, plus la forme des chemins de matériau extrudé sera différente du modèle que vous essayez d'imprimer. Avec des couches épaisses en particulier, elles deviendront arrondies plutôt que presque plates le long des murs.

En théorie, beaucoup de ces problèmes pourraient probablement être atténués beaucoup mieux qu'ils ne le sont maintenant simplement en améliorant le découpage - la logique qui se produit sur un ordinateur pour convertir le modèle 3D d'origine en instructions pour savoir où extruder le matériau.

Cela dit, vous pouvez toujours obtenir une précision assez incroyable, en particulier avec une imprimante so-so bonne ou bien réglée. Sur mon Ender 3 bon marché, après avoir traité de temps en temps des problèmes qui rendaient les problèmes manifestement évidents, je peux obtenir une précision dimensionnelle de 0,1 mm dans les directions X et Y, au moins pour certains modèles. Je pense donc qu'il est très plausible qu'une imprimante meilleure ou mieux réglée puisse obtenir une précision de 0,05 mm.

L'une des choses dont on m'a parlé, c'est que de nombreuses imprimantes n'ont pas nécessairement cette précision folle de 0,05 mm (50 microns). Une autre personne m'a dit quelque chose de différent - il a dit que la plupart de ces imprimantes étaient capables de produire une hauteur de couche de 50 microns. Comment est-ce vraiment?

Les deux choses que vous avez lues sont tout à fait correctes.

La plupart des imprimantes ont une hauteur de couche de 50 microns. Cependant, la hauteur de couche n'est pas égale à la "précision" ou à la "précision". La spécification de hauteur de couche est un terme marketing inutile que vous devez ignorer; la hauteur de la couche est aux imprimantes 3D ce que le contraste dynamique est aux moniteurs.

Toutes les imprimantes FDM sont intrinsèquement assez mauvaises pour produire des pièces avec des tolérances serrées. Le processus d'extrusion de filament introduit de nombreuses variables difficiles à contrôler: le diamètre du filament peut varier, il y a un délai entre l'introduction du filament dans l'extrudeuse et sa sortie, et le filament gluant qui sort de l'extrudeuse se comporte des moyens imprévisibles.

Personne n'a compris comment quantifier la «précision» pour les imprimantes 3D d'une manière qui soit en corrélation avec la qualité des pièces finies. Il est impossible de dire quelle imprimante produit des pièces "meilleures" ou plus précises à partir de la feuille de spécifications d'une imprimante.

Une résolution (parfois appelée "précision" à des fins de marketing) de 0,05 mm signifie que si vous produisez un lot de dés de 10 mm et un lot de dés de 10,05 mm, ceux de 10,05 mm seront statistiquement plus grands. Notez que les dés ne doivent pas être réellement proches de 10 mm, pas plus qu'un dé aléatoire de la pile de 10,05 mm ne doit être plus grand qu'un dé aléatoire de la pile de 10 mm.

Une répétabilité (alias "précision de répétition") de 0,05 mm signifie que dans l'expérience au-dessus de chaque dé du pieu de 10,05 mm doit être plus grand que chaque dé du pieu de 10 mm. Notez que vos dés ne doivent toujours pas être proches de 10 mm.

Une précision (ou justesse) de 0,05 mm signifie que dans l'expérience au-dessus de la taille moyenne d'une matrice de 10 mm, elle devrait se situer entre 9,975 et 10,025 mm. Notez que les dés individuels ne doivent pas nécessairement se trouver dans cet intervalle.

Enfin, la précision générale (telle que définie dans l' ISO 5725 ) de 0,05 mm signifie que chaque matrice de 10 mm doit être comprise entre 9,975 et 10,025 mm.

Pour résumer, l'énoncé de votre question est vrai pour la «précision commerciale», mais pas pour la définition générale de la précision. Par exemple, voici un article comparant la précision des imprimantes 3D dans les applications dentaires (nous parlons donc de machines haut de gamme), avec une précision moyenne allant de 0,05 à 0,1 mm et une précision absolue dans une plage de 0,11 à 0 , 17 mm.

La réponse de Tom est correcte, la plupart des imprimantes fonctionneront correctement avec une résolution de hauteur de couche de 50 microns, en utilisant une buse de 0,4 mm. La finition de surface résultante sera probablement meilleure qu'avec un réglage de couche plus grossière, et à des hauteurs de couche plus fines, la qualité d'impression risque de se détériorer.

La hauteur de la couche est également susceptible d'être assez bien définie (sauf pour les premières couches, les surplombs, la déformation, etc.), mais cela dépend de la géométrie de l'imprimante.

Le détail qui n'est pas aussi bien contrôlé (ou mesuré) est le squish / stretch du plastique fondu lors de son extrusion. Cela peut avoir un impact significatif sur la finition de surface localisée (ainsi que sur les dimensions d'éléments tels que les diamètres internes).

La précision est peut-être mieux évaluée par les résultats de l'impression de divers types de pièces d'essai que par un simple paramètre numérique.