Toleranțe și ajustaje la piesele printate SLS

O piesă SLS nu iese exact la cota nominală din model. Abaterea este mică, dar contează când piesa trebuie să se monteze pe un rulment, pe un ax metalic sau pe o altă piesă tipărită. Ghidul explică ce toleranțe puteți aștepta, de unde vin abaterile și cum proiectați jocurile, găurile și filetele astfel încât piesa să se monteze fără ajustări ulterioare. Valorile sunt cele publicate de Formlabs pentru imprimantele Fuse, măsurate pe PA12.

Ce toleranță puteți aștepta

Pe X și Y, pragul dintre cele 2 valori este la 60 mm. Până la 60 mm se aplică ±0,3 mm, iar peste 60 mm se aplică ±0,5%, adică ±0,5 mm la o cotă de 100 mm și ±1 mm la o cotă de 200 mm. Pe Z, axa pe care se adaugă straturile, abaterile sunt mai mari, deci înălțimea trebuie considerată mai puțin precisă.

Celelalte materiale pot avea abateri ceva mai mari. În tabelul Formlabs, PA12 GF are aceeași precizie dimensională ca PA12. PA12 Tough este recomandat de Formlabs pentru precizie uniformă în toată camera și pentru deformare redusă la secțiunile mari. La TPU 90A cotele sunt mai puțin precise, iar PA11 redă mai slab detaliile fine. Pentru cote strânse vă recomandăm PA12.

De unde vin abaterile

În timpul printării, camera și pulberea sunt încălzite aproape de temperatura de topire, iar laserul adaugă doar diferența. La răcire, polimerul topit se contractă. Programul de pregătire mărește modelul cu un factor care compensează contracția medie, dar contracția reală diferă puțin în funcție de grosimea pereților, de cantitatea de material din jur și de poziția piesei în cameră. Din aceste diferențe rezultă toleranța.

Pe Z contează și felul în care se răcește piesa. Formlabs a constatat că materialul sinterizat de sub o piesă influențează răcirea ei, astfel încât aceeași piesă poate ieși puțin mai joasă la baza camerei și puțin mai înaltă în partea de sus. De aceea, cotele critice se orientează, pe cât posibil, în planul XY.

La suprafață, pulberea din jur se lipește parțial de piesă. Din acest motiv suprafața este mată și granulată, iar găurile mici tind să iasă ceva mai strâmte decât în model. Sub 1 mm, o gaură se poate închide complet.

Piese mari și plate

Toleranța de mai sus se referă la cote, nu și la planeitate. Plăcile mari și plate și piesele cu grosimi foarte diferite se pot curba la răcire, chiar dacă lungimea și lățimea lor rămân în toleranță. Formlabs recomandă câteva măsuri:

• Pereți de grosime cât mai uniformă, fără secțiuni masive lângă cele subțiri.
• Nervuri sau racordări pe secțiunile lungi și subțiri.
• Orientarea pieselor late și plate la aproximativ 20°, pe care o stabilim noi la pregătirea lucrării.

PA11, TPU 90A și polipropilena se deformează mai ușor decât PA12. Pentru plăci plate și rame lungi folosim PA12 Tough, care se curbează mai puțin, dar care se tipărește doar pe Fuse 1+ 30W, deci piesa trebuie să încapă în 165 × 165 × 300 mm. Dacă planeitatea unei fețe este importantă, menționați acest lucru în cerere.

Jocuri pentru piese asamblate și mobile

Valorile de mai jos sunt cele recomandate de Formlabs, în funcție de suprafața detaliului care se îmbină. Primele 2 rânduri sunt pentru PA12, iar pentru PA11 și TPU 90A valoarea de pornire se ajustează după o probă.

Jocurile pentru piesele asamblate după printare sunt mai mici decât toleranța de ±0,3 mm. Piesele care se îmbină se orientează la fel în cameră, astfel încât se abat de la cotă în mod asemănător, iar Formlabs raportează o repetabilitate bună pe X și Y. Dacă piesa tipărită se montează pe o componentă metalică sau injectată, abaterile nu se mai compensează, iar jocul trebuie stabilit ținând cont de toată toleranța.

La mecanismele tipărite gata asamblate, orice zonă în care jocul este sub minim sudează piesele între ele. Suprafața granulată, cu o rugozitate Ra între aproximativ 8 și 16 µm după sablare, contează și la piesele care alunecă una pe alta. Pentru balamale, articulații și ghidaje vă recomandăm o probă mică, tipărită în aceeași orientare ca piesa reală, înainte de lot.

Găuri și știfturi

• Diametrul minim. Găurile sub 1 mm se pot închide, iar știfturile sub 0,8 mm se pot deforma sau rupe. Știfturile subțiri se pot rupe și la curățare, de aceea baza lor se racordează cu o rază.
• Orientarea. Găurile și știfturile sunt cele mai precise cu axa pe verticală (Z). O gaură cu axa orizontală se construiește din straturi de 0,11 mm și iese mai puțin rotundă.
• Ajustajele strânse. Pentru rulmenți, bucșe sau axe montate cu strângere, proiectați gaura ușor sub cotă și aduceți-o la dimensiune prin alezare după printare. Pentru ca gaura să rămână sub cotă și în cazul cel mai defavorabil, diferența față de diametrul final trebuie să fie cel puțin egală cu toleranța.
• Găurile concentrice. Pentru găuri care trebuie să fie coaxiale, aceeași metodă, cu gaură-pilot și alezare, dă rezultatul cel mai sigur.
• Poziționarea precisă. Folosiți știfturi metalice presate în găuri alezate în locul știfturilor tipărite.

Filete

Filetele tipărite sunt o soluție rezonabilă de la M6 în sus, pentru piese care se montează rar. Filetul trebuie modelat ca geometrie. Multe programe CAD afișează filetul doar ca adnotare, iar la export rămâne un cilindru neted.

Pentru șuruburi mai mici de M6 sau pentru îmbinări care se strâng des, este mai bine ca filetul să fie metalic sau realizat după printare.

• Inserții filetate presate la cald. Inserțiile din alamă rezistă cel mai bine la montări repetate și la sarcină. Gaura pentru inserție se modelează ca gaură simplă, la diametrul indicat de producătorul inserției.
• Tarodarea după printare. Gaura se tipărește la diametrul de tarodare, iar filetul se taie apoi cu tarodul. Metoda este simplă, dar un filet tăiat în plastic rezistă mai puțin decât unul metalic la montări și demontări repetate.
• Șuruburi autofiletante pentru plastic. Funcționează bine în PA12 și PA11 și nu cer prelucrarea găurii.

La PA12 GF, filetele mici tipărite se rup ușor, pentru că materialul este casant, deci pentru acest material vă recomandăm inserții sau tarodare. În cerere, precizați care găuri sunt pentru inserții, pentru tarodare sau pentru șuruburi autofiletante, ca să știm că diametrul lor este critic.

Cum marcați cotele critice în cerere

Orientarea pieselor în cameră o stabilim noi. Cotele critice ne arată ce trebuie să aibă prioritate, de exemplu găurile precise, orientate pe Z, sau o cotă importantă păstrată în planul XY. Dacă indicați doar cotele care contează cu adevărat, nu tratăm întreaga piesă drept critică.

1. Trimiteți un desen PDF cu cotele critice marcate și cu toleranța cerută pentru fiecare. Restul cotelor rămân la toleranța generală.
2. Precizați cu ce se montează fiecare suprafață critică, de exemplu cu o altă piesă tipărită, cu o piesă metalică sau cu un rulment.
3. Indicați găurile care vor fi alezate după printare, ca să știm că sunt intenționat sub cotă.
4. Menționați găurile pentru inserții, pentru tarodare sau pentru șuruburi autofiletante.
5. Dacă o față trebuie să fie plană sau dacă aveți cerințe privind orientarea, scrieți acest lucru în cerere.
6. Dacă aveți nevoie de o toleranță mai strânsă decât ±0,3 mm sau ±0,5%, spuneți-ne de la început, ca să discutăm soluțiile înainte de ofertă, de exemplu alezarea, bucșele sau o probă.

Cum se pregătește fișierul și ce alte informații se trec în cerere găsiți în ghidul despre pregătirea fișierelor.

Repetabilitatea în lot și între loturi

Într-un lot, piesele identice se așază în aceeași cameră, la poziții și înălțimi diferite. Formlabs raportează dimensiuni stabile pe X și Y între pozițiile din cameră și între cicluri de printare diferite. Pe Z, așa cum am arătat mai sus, înălțimea poate varia puțin cu poziția piesei în cameră.

Între loturi, rezultatele se repetă dacă folosim aceleași fișiere, același material și aceeași orientare. Indicați cotele critice de la prima comandă, ca să păstrăm aceeași orientare pentru ele și în loturile următoare. Dacă modificați modelul între loturi, schimbați și numele versiunii, de exemplu „capac-v4.step”. Pentru o serie nouă, vă recomandăm să verificați întâi la montaj câteva piese de probă.

PA12 absoarbe puțină apă (0,66% după ASTM D570), deci dimensiunile nu se modifică vizibil cu umiditatea. PA11 absoarbe și mai puțină (0,07%).

Ca regulă generală, lăsați jocurile din tabel, păstrați puține cote critice, de preferat în planul XY, iar acolo unde aveți nevoie de o precizie mai bună decât ±0,3 mm, prevedeți alezare, bucșe sau inserții metalice.

Toate dimensiunile minime pentru SLS sunt în ghidul de proiectare pentru SLS. Când modelul este gata, îl puteți trimite pentru ofertă, împreună cu desenul cu cotele critice.

Surse

• Formlabs, Measuring SLS Dimensional Accuracy and Print Repeatability (toleranțe și repetabilitate)
• Formlabs, Fuse Series SLS Design Guide (dimensiuni minime, jocuri, orientare și piese plate)
• Formlabs, 3D Printing Threads and Adding Threaded Inserts to 3D Printed Parts (filete, inserții și tarodare)