3D-tulostuksen tarkkuuskokeilut

3D-AIKO -hankkeen tarkkuustulostuskokeilut perustuivat erilaisten geometrioiden tulostamiseen eri tarkkuuksilla. Tarkkuuskokeilujen testiasetteluun saatiin eräältä yritykseltä kokeiluja varten korkean tarkkuusvaatimuksen omaava muoto tulostettavaksi. Tämä tarkkuusvaatimukset asetettiin kokeilujen tavoitteeksiSuuri tarkkuusvaatimus johti siihen, että päädyttiin tekemään tulostuskokeiluja selvästi pienemmistä yksityiskohdista, kuin mitä tulostinvalmistajat tulostimille lupaavat. Kokeiluille asetettu tarkkuusvaatimus kuului: tulostetaan halkaisijaltaan 0,7-0,8 mm olevia reikiä niin tiheästi kuin mahdollistaJotta tämä tarkkuusvaatimus olisi toteutunut, lähdettiin kokeilemaan, miten pieniä reikiä pystytään tulostamaanEnsimmäisissä kokeiluissa 3D-mallinnettiin erikokoisia reikiä levyihin ja levyjä tulostettiin erikokoisilla tulostimen suutinkärjillä. Seuraavassa kuvassa on esimerkki ensimmäisistä reikälevyistä.

Esimerkkejä tarkkuustulostuskokeiluissa tulostetuista reikälevyistä.

Valittu tulostustekniikka vaikuttaa tulostustarkkuuteen ainakin seuraavasti: 

  • Perinteisellä pursotustekniikkaan perustuvalla 3D-tulostimella päästään 0,06 mm:n kerrosvahvuuksiin ja normaalisti käytettävällä 0,4 mm:n suutinkärjellä 0,4-0,45 mm:n seinämävahvuuteen 
  • Jos suutinkärki vaihdetaan 0,25 mm:n kärjeksi, saadaan seinämävahvuudeksi 0,25 mm eli voidaan tulostaa 0,5 mm:n yksityiskohtia 
  • Tulostamalla suuremmalla nopeudella voidaan saavuttaa 0,2 mm:n seinämävahvuuksia, mutta kun tätä kokeiltiin, tuli tulosteista jo hyvin heikkoja 

Kokeilulevyjen perusteella saatiin selville: 

  • Pienikärkisellä suuttimella saadaan se etu, että reikiä voidaan tulostaa tiheämmin 
  • Minkä kokoisia reikiä pitää mallintaa, jotta valmiiseen tulosteeseen saadaan määrätyn kokoisia reikiä (reikälevytestit) 
  • Pienten yksityiskohtien, kuten reikien tulostaminen on mahdollista ja pienin käytössä olevilla tulostimilla aikaansaatu tiheästi tulostetun reiän koko on n. 0,35 mm. Tämän kokoinen reikä saatiin aikaan, kun 3D-malliin oli suunniteltu halkaisijaltaan 0,45 mm oleva reikä 
Reikälevykokeilujen reikälevyt, vasemmalla 0,25 mm:n suutinkärjellä ja oikealla 0,4 mm:n suutinkärjellä tulostettuna.

 

 

 

 

 

 

Reikälevyjen kokeilut tehtiin sekä 0,25 mm:n että 0,4 mm:n suutinkärjillä, joilla molemmilla tulostettiin reikälevy (seuraava kuva), joihin oli mallinnettu reikiä, joiden koot olivat 0,1-1,3 mm. Tulosteista mitattiin reikien koot sitä varten tehdyllä konenäköohjelmalla (ohjelman mittaustarkkuus ± 0,03 mm).

Esimerkki reikälevytestien reikien koon mittaamisen toteutetun konenäköohjelman tuloksesta.

Kokeilujen perusteella: 

  • 0,25 mm:n suutinkärjellä pienin reikä oli halkaisijaltaan 0,1 mm, kun ympyrän halkaisija on laskettu reiän pinta-alan mukaan  
  • 0,25 mm:n suutinkärjellä pienin reikä oli halkaisijaltaan 0,3 mm, kun reikiin on sovitettu suurin mahdollinen ympyrä 
  • Molemmilla mittausmenetelmillä 0,25 mm:n suutinkärjellä reikien kokojen keskimääräinen erotus suhteessa suunniteltuun reiän kokoon oli -0,1 mm eli kun suunniteltiin halkaisijaltaan 1,0 mm:n reikä, tuli tulosteeseen keskimäärin 0,9 mm:n reikä 
  • 0,4 mm:n suutinkärjellä pienin reikä oli halkaisijaltaan 0,1 mm, kun ympyrän halkaisija on laskettu reiän pinta-alan mukaan  
  • 0,4 mm:n suutinkärjellä pienin reikä oli halkaisijaltaan 0,3 mm, kun reikiin on sovitettu suurin mahdollinen ympyrä 
  • Molemmilla mittausmenetelmillä 0,4 mm:n suutinkärjellä reikien kokojen keskimääräinen erotus suhteessa suunniteltuun reiän kokoon oli -0,2 mm eli kun suunniteltiin halkaisijaltaan 1,0 mm:n reikä, tuli tulosteeseen keskimäärin 0,8 mm:n reikä