3D 打印机真的能达到 50 微米(0.05 毫米)的精度吗?

3D打印 3d模型 3d 设计 fdm
2021-04-25 00:49:12

我一直想知道 3D 打印设备的实际精度。在寻找要购买的完美机器时,我会查看速度、价格、支持的灯丝等,以及准确性。我曾经问过一个可以给我一些关于看什么的建议的人。

有人告诉我的一件事是,许多打印机不一定具有 0.05 毫米(50 微米)的疯狂精度。另一个人告诉我一些不同的事情 - 他说大多数打印机实际上能够输出 50 微米的层高。真的怎么样?

另一件事是,这些机器的官方切片机也声称这种精度是真实的,例如 PrusaSlicer v2.0。

有许多高端、非常昂贵的机器,甚至他们有时声称他们的分辨率低于 50 微米。

4个回答

这个问题没有简单的答案,或者如果有,那就是“不”。然而,情况要复杂得多。当打印机规格引用这样的精度时,他们通常根据步进电机的一个“微步”在每个轴上的最小运动的标称尺寸来声明。Hackaday 上有一篇很棒的文章解释了这如何影响准确性:微步进的准确性如何

在机械定位级别 - 将打印头放置在需要以所需精度挤出材料的位置 - 您至少有以下因素限制了您的精度:

  • 微步通常在整个步之间大致单调地间隔,但不一定将整个步分成偶数部分。它们的表现如何取决于您的打印机控制板使用的步进驱动器。通常,微步是 1/16 步(虽然有 1/8、1/32 甚至 1/256 的驱动器,也许其他也有),所以如果你看到 0.05 毫米的额定精度,整步,这可能是您可以获得可靠精度的最小值,可能是 0.8 毫米。

  • 步进电机略微偏转 - 最多 2 整步,但如果它们没有过载,则更有可能不到一步 - 在负载下。皮带也是。这对您的影响有多大取决于打印机的设计以及每个轴移动的质量。直接驱动挤出机在这方面要差得多。Delta 打印机可能是其中最好的。

通过使用每转步数更多的步进电机、更好的步进驱动器芯片、齿轮减速等,可以通过权衡在一定程度上缓解这些问题。

最重要的是,您还有打印材料的挤压和属性限制了您的准确性:

  • 挤出机电机与定位电机存在相同的精度问题。如果您在任何地方挤出过多或过少的材料,您必然会遇到精度问题。您可以根据长丝的横截面积、挤出机齿轮的尺寸、挤出机电机步长和微步长等来计算它们。

  • 如果细丝直径不完全一致,您也会挤出过多或过少的材料。

  • 如果材料在挤出时没有适当冷却或保温(这因材料而异),它会下垂、翘曲或卷曲,最终到达与您想要的位置不同的位置。

  • 喷嘴/挤出宽度和层高之间的比率与理想比率的变化越大,挤出材料路径的形状与您尝试打印的模型的差异就越大。特别是对于厚层,它们会沿着墙壁变得圆润而不是近乎平坦。

从理论上讲,许多这些问题可能可以比现在更好地缓解,只是通过更好的切片- 计算机上发生的将原始 3D 模型转换为挤出材料位置的指令的逻辑。

尽管如此,您仍然可以获得相当惊人的准确度,尤其是使用良好或经过良好调整的普通打印机。在我的廉价 Ender 3 上,在处理了一些明显的问题之后,我可以在 X 和 Y 方向上获得 0.1 毫米以内的尺寸精度,至少对于某些型号。所以我认为一台更好的或更好调整的打印机可以获得 0.05 毫米的精度是非常合理的。

有人告诉我的一件事是,许多打印机不一定具有 0.05 毫米(50 微米)的疯狂精度。另一个人告诉我一些不同的事情 - 他说大多数打印机实际上能够输出 50 微米的层高。真的怎么样?

你读过的两件事都是完全正确的。

大多数打印机能够达到 50 微米的层高。但是,层高不等于“准确度”或“精确度”。层高规格是一个你应该忽略的无用的营销术语;层高对于 3D 打印机来说就像动态对比度对于显示器一样。

所有 FDM 打印机本质上都不擅长生产具有严格公差的零件。长丝挤出过程引入了许多难以控制的变量:长丝的直径可能会发生变化,将长丝送入挤出机和挤出机之间存在延迟,从挤出机出来的粘稠长丝表现为不可预测的方式。

没有人想出如何以与成品质量相关的方式量化 3D 打印机的“准确性”。无法从打印机的规格表中判断哪台打印机生产“更好”或更准确的部件。

0.05 毫米分辨率(有时出于营销目的称为“精度”)意味着如果您生产一堆 10 毫米骰子和一堆 10.05 毫米骰子,那么 10.05 毫米骰子在统计上会更大。请注意,骰子实际上不必接近 10 毫米,10.05 毫米堆中的随机骰子也不必大于 10 毫米堆中的随机骰子。

0.05 毫米可重复性(又名“重复精度”)意味着在上面的实验中,来自 10.05 毫米桩的每个模具都必须大于来自 10 毫米桩的每个模具。请注意,您的骰子仍然不必接近实际 10 毫米。

精度为0.05mm装置(又名正确度),在上述10毫米模头的平均大小的实验应9.975..10.025毫米之内。请注意,单个骰子不必在该间隔内。

最后,0.05 毫米一般精度(如ISO 5725 中所定义)意味着每 10 毫米芯片应在 9.975..10.025 毫米以内。

总而言之,您问题中的陈述对于“商业准确性”而言是正确的,但对于准确性的一般定义而言则不然。例如,是一篇比较牙科应用中 3D 打印机精度的文章(所以我们说的是高端机器),平均精度范围为 0.05 至 0.1 毫米,绝对精度范围为 0.11 至 0 ,17 毫米。

汤姆的回答是正确的,大多数打印机都可以在层高分辨率为 50 微米、使用 0.4 毫米喷嘴的情况下正常运行。最终的表面光洁度可能会比较粗的层设置更好,而在较细的层高度下,打印质量可能会下降。

层高也可能相当明确(除了第一层、悬垂、翘曲等),但这取决于打印机的几何形状。

没有很好控制(或测量)的细节是熔融塑料在挤出时的挤压/拉伸。这会对局部表面光洁度(以及内径等尺寸)产生重大影响。

与简单的数字参数相比,通过打印各种类型的测试部件的结果可能最好地评估精度。