FDM (Fused Deposit Modeling) toleranser

Varför behövs toleranser?

Utan att sätta toleranser på mått när vi konstruerar en detalj skulle till exempel Lego inte fungera. En linjal som inte är rak eller har rätt avstånd mellan skalstrecken skulle göra den obrukbar. Givetvis så är det olika toleranser som vi behöver använda oss av när vi måttsätter ett hus mot när vi skall måttsätta ett hål i en detalj där ett lager skall sitta.

Olika typer av passningar

Man använder ofta toleranser för att bestämma hur två delar skall passa ihop med varandra. Lego är ett exempel på detta. Är inte Legobitarna rätt dimensionerade så går det inte att sätta ihop två stycken med varandra.

Ett annat exempel är en lager passning där det är viktigt att lagret sitter ordentligt fast med både ytter- och innerring.

Tolerans problem med 3D utskrifter

Om en STL fil eller annan fil för 3D utskrifter är det enda som finns att tillgå så saknas relevant information såsom toleranser. Detta gör att den som designar 3D modellen och sedan tar fram STL filen måste vara medveten om detta. En 3D utskriven detalj måste vara designad för att tåla större toleranser.

Anledningar till problem med FDM utskrifter

Förutom design problem måste ett antal andra problem också tas hänsyn till om man vill använda 3D utskrifter med hjälp av en FDM skrivare.

Program problem

När 3D modellen i CAD programmet skall sparas ner som en STL fil görs alla ytor om till trianglar, det vill säga en rund yta blir konverterad till en massa trianglar. Det går visserligen att välja upplösning men filerna blir lätt väldigt stora om man väljer en väldigt fin upplösning. En bra “slicer” programvara (Programvara som översätter STL filen till en G-code fil som skrivaren förstår) kan minska problemen betydligt.

Skrivar problem

3D Skrivaren i sig har givetvis också ett flertal felkällor. Först och främst så gäller det att skrivaren är robust uppbyggd så att inte vibrationer överförs till utskriften. Alla remmar måste vara fräscha och ordentligt spända. Lager får inte vara slitna eller dåligt smorda.

En annan sak som är viktig är upplösningen/noggrannhet av motorerna. Sämre motorer ger givetvis sämre utskrift.

Kalibrering av skrivaren är också en väldigt viktig detalj. Dels att höjd justeringen är rätt så att inte det nedre utskrivna lagret bildar en så kallad “elefantfot” men samtidigt att det är så nära bygg plattan så att modellen sitter ordentligt fast under hela utskriften. Även parametrar som till exempel utskrifts hastighet och extruderingsmängd är viktiga.

Även om allt ovan är ordentligt gjort så hjälper detta inte om filamentet (materialet som används för att bygga upp detaljen) som används inte är av rätt kvalité.

Designlösningar

Även om tillverkarna säger att en tolerans ner till 0.1mm är möjlig med deras 3D skrivare, så bör man räkna med att detaljen som skrivs ut kan bli både större och mindre när detaljen mäts i efterhand. Detta måste därför tas i beräkning när detaljen designas. Vill du ha ett hål i din detalj som en skruv skall igenom så bör du se till så att hålet blir åtminstone 0.4mm – 0.5mm större än skruvens diameter.

Hål bör skrivas ut horisontalt (parallellt med xy-planet), om det går. Måste hålet skrivas ut i xz- eller yz-planet så kan “tårdroppstekniken” (I stället för ett runt hål görs ett hål som har utformningen av en droppe) användas. Med denna teknik så undviker man att behöva använda stödstruktur i hålet.

Detaljen som skall skrivas ut bör alltid placeras på byggplattan så att ingen stödstruktur behöver användas. All stödstruktur försämrar toleranser.

Programvarulösningar (Slicer)

Som tidigare nämnts så kan bättre toleranser uppnås om vissa parametrar ställs in rätt. Lägre hastighet och acceleration på extrudern hjälper till att hålla bättre toleranser. Rekommenderat är att hålla utskrifts hastigheten under 80mm/sekund och accelerationen under 3000 mm/sekund² Detsamma gäller om man håller nere lager höjden till 0.1mm och har en bra kylning av detaljen. Givetvis får alla ovanstående inställningar ställas mot hur lång tid utskriften får ta och vilken tolerans man vill uppnå.

Det finns ofta väldigt många inställningar i slicer programvaran som går att göra för att uppnå bra generella toleranserna.

Maskinvarulösningar

Att använda en robust skrivare som är kalibrerad och inte har slitna remmar och andra detaljer är ett krav för att få en bra 3D utskrift. Det gäller inte minst munstycket som slits med tiden och måste bytas ut med jämna mellanrum.

Remmar och andra detaljer bör gås igenom regelbundet och spännas upp.

Lösning med hjälp av efterbehandling

Som en sista lösning för att få rätt tolerans och yta på en 3D utskriven detalj så går det givetvis att efterbehandla den. Detta är ofta tidskrävande men är ofta det enda sättet att få fram den tolerans och yta man vill ha.

Exempel på efterbehandlingar är:

• Slipning och filning av detaljen för att få bort “elefantfot” och andra felaktigheter. Ofta används detta i kombination med att man fyller i ojämnheter med någon typ av sprut spackel.
• Uppborrning av hål till rätt mått.
• Uppfräschning av gängor med hjälp av gängsnitt eller gängtapp.