דיוק הדפסת תלת מימד אינו מספר קבוע שמופיע במפרט הטכני של מדפסת. הוא תוצאה של המפגש בין טכנולוגיית ההדפסה, חומר הגלם וכיול המכונה ביום שבו הודפס החלק. במאמר הזה נסביר מה ההבדל בין רזולוציה, סבולת ודיוק, נציג את טווחי הסבולת האופייניים לכל טכנולוגיה שאנחנו מפעילים, ונפרט איך תכנון הקובץ, כיוון ההדפסה וסוג הפורמט משפיעים על כך שהחלק שיוצא מהמדפסת יתאים בפועל למקום שאליו הוא מיועד.
זמן קריאה: 5 דקות
עיקרי הדברים
- דיוק בפועל נקבע משילוב של טכנולוגיה, חומר וכיול המכונה, ולא רק מעובי השכבה או מרזולוציית ההדפסה.
- לכל טכנולוגיה טווח סבולת אופייני, מ-0.05± מ"מ בשרף ועד 0.3± מ"מ בטכנולוגיות אבקה, וכדאי להחיל סבולת הדוקה רק על המשטחים שבאמת קריטיים.
- אוריינטציית ההדפסה וסוג קובץ הייצוא, STEP מול STL, משפיעים על התוצאה הסופית לא פחות מהמדפסת עצמה.
- כשנדרשת סבולת הדוקה יותר ממה שההדפסה מספקת לבד, שילוב עם עיבוד שבבי משלים על המשטחים הקריטיים הוא הפתרון המקובל אצלנו.
החלק יצא יפה והוא לא נכנס
החלק יצא מהמדפסת נקי. פני שטח חלקים, שכבות שכמעט לא מרגישים באצבע. ואז מנסים להרכיב אותו על הציר, והפין נתקע שלוש עשיריות מילימטר לפני הסוף.
דיוק הדפסת תלת מימד אינו מספר שמופיע בדף המפרט של המדפסת. הוא תוצאה של שלושה כוחות שמושכים אחד נגד השני, הטכנולוגיה, חומר הגלם, והכיול של המכונה ביום שבו הדפיסו. הקובץ שלכם מחזיק מידה נומינלית מושלמת. החלק הפיזי מחזיק את מה שקרה לפולימר בזמן שהוא התקרר, נחשף לאור UV, או נשלף מתוך מיטת אבקה בטמפרטורה של כ-170 מעלות.
התקן הבינלאומי ISO/ASTM 52902 מגדיר חלקי בדיקה גאומטריים להערכת יכולת של מערכות ייצור תוספתי. הוא נכתב בדיוק בגלל הפער הזה. ב-Indus3D אנחנו מודדים את הפער הזה לפני שאתם פוגשים אותו על שולחן ההרכבה.
מה אתם באמת מודדים כשאתם אומרים דיוק
שלוש מילים מתחלפות זו בזו כמעט בכל שיחת אפיון. רזולוציה, סבולת, דיוק. הן מתארות דברים שונים לגמרי, והבלבול ביניהן אחראי לחלק נכבד מהחלקים שחוזרים אלינו לסבב שני.
רזולוציה הדפסה היא לא הבטחה למידות
רזולוציה בציר Z היא עובי השכבה. ב-FDM היא נעה בין 0.1 ל-0.3 מ"מ, ב-SLA היא יורדת ל-0.025 מ"מ, וב-PolyJet ל-0.016 מ"מ. רזולוציה במישור XY היא סיפור אחר, ונקבעת לפי קוטר הדיזה, גודל נקודת הלייזר או גודל הפיקסל של מקרן ה-DLP.
שכבה של 25 מיקרון נותנת פני שטח שנראים כמו חלק מוזרק. היא לא מבטיחה שהחור בקוטר 8 מ"מ יצא 8 מ"מ. חשבו על הדפסת תצלום ברזולוציה גבוהה מאוד על נייר שהתכווץ קצת בייבוש. הפרטים חדים, הגודל זז. רזולוציה הדפסה גבוהה משפרת את החדות והגימור, וכמעט לא נוגעת בהתאמה המכנית.
סבולת בשפה של מהנדס
סבולת (tolerance) היא טווח הסטייה שאתם מוכנים לחיות איתו. חור שמוגדר 8 מ"מ עם סבולת של 0.1± ייחשב תקין בכל מידה שבין 7.9 ל-8.1. רישום המידות בשרטוט ההנדסי מוסדר בישראל בת"י 189, שרטוטים הנדסיים ורישום המידות, וכדאי לעבוד לפיו גם כשמדפיסים ולא מחרטים.
הטעות הנפוצה היא לסמן סבולת הדוקה על כל המידות בשרטוט. חלק עם 40 מידות שכולן 0.05± יעבור אצלנו לעיבוד משלים או לשילוב טכנולוגיות, והמחיר יזנק. סמנו סבולת הדוקה רק על המשטחים שמתממשקים למשהו, למשל קדח למיסב, מרכזי חורים או עובי אוגן שנשען על מכלול. השאר יכול לחיות עם 0.3±.
טבלת הסבולות שאנחנו עובדים לפיה
אין מספר דיוק אחד. יש טווח לכל טכנולוגיה, והוא כמעט תמיד מנוסח כערך קבוע או כאחוז מהמידה, לפי הגדול מביניהם. המשמעות פשוטה, חלק באורך 300 מ"מ ב-MJF יסטה יותר מחלק באורך 30 מ"מ, גם באותה מכונה ובאותה אבקה.
| טכנולוגיה | סבולת אופיינית | עובי שכבה | חומרים נפוצים | מתי בוחרים בה |
|---|---|---|---|---|
| FDM / FFF | 0.2± מ"מ או 0.2% מהמידה | 0.1 עד 0.3 מ"מ | ABS, ASA, PC, ULTEM, ניילון מחוזק סיבים | חלקים פונקציונליים גדולים, ג'יגים, מארזים |
| SLA / DLP | 0.05± עד 0.1± מ"מ | 0.025 עד 0.1 מ"מ | שרפים פוטופולימריים, שרף קשיח, שרף שקוף | דגמי הצגה, מסכות, פרטים זעירים |
| PolyJet | 0.1± מ"מ | 0.016 עד 0.03 מ"מ | שילובי חומר קשיח וגמיש, צבע מלא | אבי טיפוס ויזואליים, סימולציית גומי |
| SLS | 0.3± מ"מ או 0.3% | 0.1 מ"מ | PA11, PA12 | סדרות קטנות, גאומטריה מורכבת בלי תמיכות |
| MJF | 0.3± מ"מ או 0.3% | 0.08 מ"מ | PA12, PA12 עם זכוכית | ייצור חוזר של מאות יחידות זהות |
| הדפסת מתכת | 0.1± עד 0.2± מ"מ לפני עיבוד | 0.03 מ"מ | נירוסטה 316L, טיטניום, אלומיניום | חלקי תעופה, כלי ייצור, חלקים בעומס |
המספרים בטבלה נכונים למכונה מכוילת ולחלק בגודל סביר. הם נקודת פתיחה לשיחה, לא התחייבות עיוורת על כל גאומטריה.
FDM מדייקת פחות ממה שכתוב בקטלוג
זו הטעות שאנחנו רואים הכי הרבה. מהנדס קורא שהמדפסת עובדת בשכבות של 0.1 מ"מ, ומניח שהסבולת תהיה 0.1±. בפועל הדיזה מוציאה חוט ברוחב 0.45 מ"מ, החומר מתכווץ בקירור, ופינות גדולות נמשכות כלפי מעלה.
ABS מתכווץ בסביבות 0.6 עד 0.8 אחוז. על חלק באורך 250 מ"מ זה כמעט 2 מ"מ שצריך לפצות עליהם. חורים אנכיים יוצאים קטנים כמעט תמיד, בין 0.1 ל-0.3 מ"מ מתחת לנומינלי, בגלל קירוב הקשת בפוליגונים ולחץ החומר פנימה.
ובכל זאת, לרוב הדרישות FDM תספיק. ג'יג הרכבה שהדפסנו לצוות אחזקה בתעשייה הביטחונית, 40 יחידות ב-ASA, עבד מצוין עם סבולת של 0.3±. ברגע שנדרש קדח למיסב, עוברים למקום אחר.
שרף מדייק, ואז זז קצת
טכנולוגיות השרף מגיעות לדיוק של 0.05± מ"מ, ולפעמים טוב מזה בחלקים קטנים. הבעיה מתחילה אחרי שהחלק יוצא מהמיכל.
החלק הירוק רך. שטיפה ארוכה מדי באלכוהול איזופרופילי מרככת דפנות דקות, וריפוי UV לא אחיד מכווץ את החלק בצורה לא סימטרית. קיר בעובי 1 מ"מ באורך 120 מ"מ יכול להתעקם בכמה עשיריות רק בגלל סדר הריפוי. מחקר השוואתי שפורסם ב-Applied Sciences בחן גאומטריות זהות ב-FDM וב-SLA ומצא פערי דיוק עקביים לטובת השרף, לצד רגישות גבוהה יותר לתהליכי הפוסט.
בדגמים אנטומיים שאנחנו מייצרים ללקוחות רפואיים, ההבדל הזה קריטי. הרחבנו על כך במדריך להדפסת תלת מימד בעולם הרפואה, שם סטייה של עשירית מילימטר במדריך ניתוחי היא סטייה שהמנתח מרגיש.
SLS ו-MJF מוותרות על תמיכות ומרוויחות אחידות
בטכנולוגיות אבקה החלק שוכב בתוך מצע אבקה חמה. אין תמיכות, אין סימני ניתוק, ואין את העיוות שנוצר כשמנתקים מבנה תמיכה מפני שטח קריטי. זה יתרון גאומטרי אמיתי לחלקים עם חיתוכים תחתונים וערוצים פנימיים.
מה שכן קורה זו התכווצות כללית של כ-3 אחוזים בקירור העוגה, שמפוצה מראש בקנה מידה בתוכנה. הפיצוי טוב, אבל הוא ממוצע. חלק שממוקם במרכז נפח ההדפסה מתקרר אחרת מחלק שממוקם בקצה, והפער יכול להגיע לעשירית מילימטר בין שתי יחידות זהות מאותה מנה.
בסדרה של 600 קליפסים ב-PA12 שהדפסנו לסטארטאפ בתחום ציוד ספורט, פיזרנו את היחידות הקריטיות באזור אחד בנפח כדי לשמור על שונות נמוכה בין המנות.
מתכת מתכווצת יותר ממה שנדמה
הדפסת מתכת היא אחת משבע טכנולוגיות ההדפסה שאנחנו מפעילים במפעל, והיא גם זו שמייצרת את הפער הגדול ביותר בין הקובץ לחלק הגמור.
לייזר ממיס אבקת מתכת נקודתית ומקרר אותה בקצב עצום. כל שכבה מכניסה מתחים פנימיים. אחרי ההדפסה החלק עובר שחרור מתחים בתנור, ורק אז מנסרים אותו מלוחית הבסיס. ברגע הניסור החלק משחרר קפיץ ויכול לזוז בעשיריות.
לכן חלק מתכת עם דרישת דיוק אמיתית מתוכנן אצלנו עם עודף חומר של 0.5 מ"מ על המשטחים הקריטיים, ועובר עיבוד שבבי משלים. ההשוואה המלאה בין הגישות מופיעה בעמוד הדפסת תלת מימד מול ייצור מסורתי, וברוב מקרי המתכת התשובה הנכונה היא שילוב של שתיהן.
מתלבטים בין הדפסה לעיבוד שבבי משלים
אם החלק שלכם כולל קדחי מיסבים, ממשקי אטימה או משטחים בעומס, כדאי לבדוק מראש איזה שילוב טכנולוגיות מתאים. שלחו לנו את השרטוט ונבדוק יחד את הדרישה לפני שמתחילים בייצור.
החומר קובע יותר מהמדפסת
שתי מדפסות זהות, אותו קובץ, שני חומרים. שתי תוצאות שונות במידות.
PLA מתכווץ סביב 0.3 אחוז ולכן קל יחסית לשלוט בו, אבל הוא מתרכך כבר סביב 55 מעלות ולא מתאים לחלק שיושב ברכב בקיץ. ABS מתכווץ פי שניים ומעלה ודורש תא מחומם. ניילון הוא הסיפור המעניין, PA12 סופג לחות מהאוויר, וחלק שנמדד מושלם ביום ההדפסה יכול לגדול בכמה עשיריות אחרי שבועיים במחסן לח בשרון.
ניילון מחוזק סיבי זכוכית או פחמן מתכווץ פחות ומתעוות פחות, במחיר של שחיקת דיזה ופני שטח מחוספסים יותר. כשלקוח מבקש חלק ממדי שיישאר יציב לאורך זמן, זו בדרך כלל הנקודה שבה אנחנו ממליצים להחליף חומר ולא להחליף מדפסת.
אותו קובץ, שני כיוונים, שתי תוצאות
אוריינטציה היא ההחלטה הכי זולה והכי משפיעה בכל התהליך.
חור שמודפס אנכית, כשצירו מקביל לציר Z, יוצא עגול יחסית וקטן במעט. אותו חור מודפס אופקית יוצא אליפטי, עם קריסה קלה של הגג הפנימי, ולעיתים סטייה של 0.3 מ"מ בציר האנכי שלו. משטח משופע בזווית 20 מעלות מקבל מדרגות שכבה שמורגשות במגע, בעוד אותו משטח בזווית 70 מעלות ייראה כמעט חלק.
יש גם השפעה על החוזק. חלק FDM נשבר לאורך מישורי השכבות, ולכן פין שמודפס עומד יישבר בעומס צד שהיה שורד אילו הודפס שוכב. כשאתם שולחים לנו קובץ, סמנו איזה משטח הוא משטח הייחוס להרכבה. זה חוסך סבב שלם.
הקובץ נפגע עוד לפני שההדפסה התחילה
מקרה אמיתי שחוזר על עצמו הוא לקוח שמתלונן שהצילינדר שהזמין יצא מצולע ולא עגול. פותחים את הקובץ, ומגלים ייצוא STL בברירת המחדל של התוכנה, עם סטיית מיתר של 0.1 מ"מ ורשת גסה. המדפסת הדפיסה בדיוק את מה שקיבלה.
STL הוא קירוב משולשים למשטח. ברזולוציית רשת נמוכה, גליל בקוטר 20 מ"מ הופך למצולע בעל 24 פאות, וכל פאה מוסיפה סטייה שאין דרך לתקן אחר כך. ייצוא נכון מוגדר בסטיית מיתר של 0.01 מ"מ וסטייה זוויתית של כ-5 מעלות.
הפתרון הפשוט יותר הוא לשלוח STEP. פורמט פרמטרי שומר את הגאומטריה המתמטית, מאפשר לנו לפצות מידות בצורה מבוקרת, ומונע את הוויכוח על מי אשם.
כלל האצבע לחורים, פינים ומרווחים
תכן להדפסה מתחיל בהנחה שהמכונה תסטה, ובבניית החלק כך שהסטייה לא תפריע. הטבלה הבאה מרכזת את ערכי הפתיחה שאנחנו עובדים איתם בפועל.
| מאפיין תכן | FDM | SLA / DLP | SLS / MJF |
|---|---|---|---|
| פיצוי לחור פנימי | הגדלה של 0.2 עד 0.3 מ"מ בקוטר | הגדלה של 0.05 עד 0.1 מ"מ | הגדלה של 0.15 עד 0.25 מ"מ |
| מרווח חופש בין חלקים נעים | 0.4 עד 0.5 מ"מ | 0.15 עד 0.25 מ"מ | 0.3 עד 0.4 מ"מ |
| מרווח להתאמת מעבר | 0.15 עד 0.2 מ"מ | 0.05 מ"מ | 0.1 עד 0.15 מ"מ |
| עובי דופן מינימלי מומלץ | 1.2 מ"מ | 0.6 מ"מ | 0.8 מ"מ |
| קוטר חור מינימלי שנשמר פתוח | 1.5 מ"מ | 0.5 מ"מ | 1 מ"מ |
התאמת מעבר מול התאמת לחץ בפלסטיק
בהתאמת לחץ בפלסטיק מודפס, חפיפה של 0.05 עד 0.1 מ"מ מספיקה כדי להחזיק פין. חפיפה גדולה מזה מבקעת דופן דקה, במיוחד בשרף שהוא שביר יחסית. חשוב לזכור שפולימרים זוחלים, התאמת לחץ שהחזיקה חזק בהרכבה יכולה להתרופף אחרי חודשיים תחת עומס קבוע. כשהחיבור אמור להישאר הדוק לאורך שנים, אנחנו ממליצים על אינסרט או בורג ולא על חיכוך.
תבריג מודפס או אינסרט בחום
שאלה שחוזרת בכל פרויקט עם מארז. התשובה תלויה בגודל הפסיעה ובמספר ההברגות הצפוי.
תבריג M8 ומעלה, שמודפס ב-SLS או בשרף, יעבוד סביר לכמה עשרות הברגות. תבריג M3 מודפס ב-FDM כמעט תמיד ייכשל, כי פסיעה של 0.5 מ"מ קטנה מרוחב החוט שהדיזה מניחה. התבריג ייצא מעוגל, והבורג יחתוך אותו בהברגה השנייה.
הפתרון הסטנדרטי אצלנו הוא אינסרט מתכת שמוכנס בחום. הוא נותן הברגה מדויקת לפי ת"י 286 למידות יסוד של תבריג מואחד, סובל מאות מחזורי פירוק והרכבה, ומעביר את עומס הכיווץ לשרוול מתכת במקום לפלסטיק. בתכנון פשוט משאירים חור גלילי בקוטר שמומלץ על ידי יצרן האינסרט, בדרך כלל 0.1 מ"מ מתחת לקוטר החיצוני של השרוול.
איך אנחנו מודדים ומכיילים בפועל
קליבר דיגיטלי מציג שתי ספרות אחרי הנקודה, ומטעה. הרזולוציה שלו 0.01 מ"מ, אבל אי הוודאות המעשית שלו בסביבת ייצור קרובה יותר ל-0.03 מ"מ, ותלויה בכוח היד של מי שמודד. למידות קריטיות אנחנו עוברים למיקרומטר, ולגאומטריה מורכבת לסריקת תלת מימד והשוואה לקובץ המקור.
כל מכונה במפעל מדפיסה חלק בדיקה תקופתי עם קדחים, פינים וזוויות ידועים. משווים, רושמים סטייה, מעדכנים פיצוי. זו העבודה השקופה שמאחורי המשפט "החלק יצא במידה".
בייצור סדרתי חזרתיות חשובה לא פחות מדיוק. לקוח שמקבל 500 חלקים רוצה שכולם יסטו אותו הדבר, כי אז אפשר לפצות פעם אחת. אחרי מעל 100,000 חלקים שיצאו מהמפעל, זה מה שאנחנו בודקים ראשון בכל מנה.
כמה עולה כל עשירית מילימטר
דרישת דיוק היא החלטה כלכלית. הטבלה הבאה משווה בין השירותים שלנו עצמם, ומראה מה קורה למחיר ולזמן כשמהדקים סבולת.
| מסלול ייצור אצלנו | סבולת מושגת | עלות יחסית | זמן יחסי | מתי זה המסלול הנכון |
|---|---|---|---|---|
| FDM כמו שיצא מהמכונה | 0.3± מ"מ | בסיס | הכי מהיר | ג'יגים, מארזי בדיקה, דגמי צורה |
| SLA עם ריפוי מבוקר | 0.1± מ"מ | גבוהה מהבסיס | דומה | פרטים קטנים, דגמי הצגה, תבניות |
| MJF בסדרה | 0.3± מ"מ בין יחידות | יורדת עם הכמות | בינוני | מאות יחידות פונקציונליות |
| הדפסה עם עיבוד שבבי משלים | 0.05± מ"מ במשטחים נבחרים | הגבוהה ביותר | הארוך ביותר | קדחי מיסבים, ממשקי אטימה |
| One Stop Shop כולל גימור וצביעה | לפי הטכנולוגיה שנבחרה | תלוי היקף | מרוכז תחת גג אחד | מוצר גמור למשלוח ללקוח קצה |
פירוט נוסף על מרכיבי התמחור מופיע בעמוד עלות הדפסת תלת מימד.
מה לבדוק לפני שאתם שולחים קובץ
עברו על זה בשתי דקות ותחסכו סבב ייצור שלם. שלחו STEP ולא STL, ואם אתם חייבים STL, ייצאו אותו בסטיית מיתר של 0.01 מ"מ. סמנו בשרטוט רק את המידות הקריטיות עם סבולת הדוקה, והשאירו את השאר פתוח. הגדירו איזה משטח הוא משטח הייחוס להרכבה, וציינו אם החלק נכנס למכלול קיים או עומד בפני עצמו.
ספרו לנו איפה החלק יעבוד. טמפרטורה, לחות, חשיפה לשמן או ל-UV, עומס. ניילון במחסן לח מתנהג אחרת מניילון במעבדה ממוזגת, וזה משנה את בחירת החומר לפני שהוא משנה את המידות.
שאלות נפוצות
דיוק בהדפסת תלת מימד הוא לא תכונה קבועה של המדפסת אלא תוצאה של שרשרת החלטות, החל מבחירת הטכנולוגיה והחומר, דרך כיוון ההדפסה וסוג קובץ הייצוא, ועד לאופן שבו מסמנים סבולות בשרטוט. הכרת המגבלות של כל תהליך מראש חוסכת סבב ייצור שלם.
בואו נבדוק את הקובץ שלכם לפני ההדפסה
מתאים למי שיש לו חלק עם דרישת סבולת קריטית, קובץ STEP או STL מוכן, ושאלה לגבי טכנולוגיה או חומר. שלחו את הקובץ ונחזור עם המלצה מפורטת על תהליך ייצור ומחיר.
אודות הכותב
צוות Indus3D מפעיל את מתקן ההדפסה התלת ממדית התעשייתי הגדול והמתקדם בישראל, ועובד מול לקוחות מתחומי הרפואה, האדריכלות, התעשייה הביטחונית, חברות סטארט אפ ולקוחות פרטיים. הניסיון של הצוות משתרע על פני מגוון טכנולוגיות הדפסה לרבות DLP, MJF, SLA, PolyJet, SLS ו FDM, וכן ליווי מלא משלב הקובץ או הרעיון ועד לחלק מוגמר.