Exactitud, precisión y tolerancia en impresión 3D

El hecho de que una impresora 3D cuente con “alta resolución” entre sus especificaciones no significa que todas las piezas impresas en 3D vayan a resultar exactas y precisas. Entender el significado de exactitud, precisión y tolerancia es imprescindible para lograr un buen resultado en cualquier impresión 3D. A continuación detallamos qué significa cada uno de estos términos en el contexto de la impresión 3D.

Exactitud

Entendemos por exactitud lo cercana que es una medición respecto a su valor verdadero. Si ponemos como ejemplo una diana, un disparo será más exacto cuanto más cerca esté del centro de la diana. En impresión 3D, el valor verdadero serán las dimensiones proyectadas en el diseño en CAD. Por tanto, la exactitud de una pieza impresa en 3D será mayor cuanto más se asemeje a su diseño digital.

Precisión

La precisión mide la repetibilidad de una medición. Siguiendo con el ejemplo de la diana, los disparos podrían estar impactando siempre cerca del mismo punto (con lo que serían precisos), aunque ese punto podría no ser el centro de la diana. En el contexto de la impresión 3D, esto se traduce en la fiabilidad para producir los resultados esperados en cada impresión. En el ámbito de la ingeniería, al comparar diferentes materiales de impresión 3D, se utiliza el término “precisión” para referirse a la capacidad de un material de imprimir geometrías muy complejas.

Imagen 1: Ejemplo de diferencias entre exactitud y precisión. Fuente: Formlabs

Tolerancia

La tolerancia define cómo de preciso se necesita ser en una determinada impresión 3D. La tolerancia es definida por el usuario y dependerá de cada aplicación en concreto. Un componente de ensamblaje mecánico, por ejemplo, requerirá tolerancias más estrictas que la impresión en 3D de una caja de plástico.

Volviendo al ejemplo de la diana, en el ejemplo de la izquierda los disparos están muy cerca entre sí y podemos definirlos como precisos, mientras que en el ejemplo de la derecha están más alejados entre sí y podríamos afirmar que no son precisos. Ahora bien, si definimos como tolerancia un rango aceptable de precisión una distancia de 3 anillos, entonces los disparos estarían dentro de las especificaciones.

Imagen 2: La tolerancia es el rango aceptable de precisión. Fuente: Formlabs

Exactitud y precisión en impresión 3D

A la hora de elegir una impresora 3D, es muy importante identificar las necesidades específicas. Para ello, es clave entender los conceptos de exactitud y precisión.

Una impresora 3D poco exacta y precisa puede ser la mejor opción para ciertas aplicaciones. Por ejemplo, una impresora 3D FDM de bajo coste producirá piezas menos exactas, pero para un uso en educación donde los alumnos estén aprendiendo sobre impresión 3D puede que no sea importante que las dimensiones de la pieza impresa coincidan exactamente con las del diseño CAD. Sin embargo, será importante tener la confianza de que la impresora 3D funcionará consistentemente según lo esperado, dentro de las tolerancias que el usuario necesite, para lograr una experiencia exitosa.

Por el contrario, para aplicaciones en la industria, seguramente sea necesaria una impresora 3D que garantice exactitud y una buena precisión con tolerancias muy estrictas.

Hay cuatro grandes factores que determinan la exactitud y precisión de una impresora 3D:

1. Tecnología de impresión 3D

La impresión 3D es un proceso aditivo donde las piezas se construyen por capas, y cada una de las capas presenta un riesgo de inexactitud. Además, el proceso por el cual se forman las capas afecta al nivel de precisión (repetibilidad) de las mismas. En una impresión 3D FDM las capas son extruidas por una boquilla (nozzle) que carece de la capacidad de lograr detalles complejos, mientras que en la impresión 3D de estereolitografía (SLA), el material de resina líquida se cura con un láser de alta precisión para formar cada capa, pudiendo lograr detalles mucho más finos y más fiable a la hora de conseguir repetidamente resultados de alta calidad.

Imagen 3: Diferencia entre pieza impresa en FDM (izquierda) y SLA (derecha). Fuente: Formlabs

Las especificaciones de la impresora 3D por sí solas no representan la precisión dimensional final. Un error común es la descripción de la resolución XY como precisión dimensional. Para las impresoras digitales de procesamiento de luz (DLP), la resolución XY es el tamaño de píxel proyectado. Muchos sistemas de impresoras 3D utilizan este tamaño de píxel proyectado o resolución XY como la cifra de precisión general (por ejemplo, tomando un tamaño de píxel proyectado de 75 micras y afirmando que la precisión de la máquina es de ± 75 micras). Sin embargo, estos datos no tienen implicaciones sobre la precisión de una pieza impresa. Existen muchas fuentes de error que pueden tener impacto en la precisión, desde los componentes hasta la calibración, así como los siguientes factores que analizaremos (materiales y post-procesado). En definitiva, la mejor manera de evaluar una impresora 3D es inspeccionar piezas reales contra teóricas.

2. Materiales

Las propiedades del material utilizado para la impresión 3D también pueden afectar a la probabilidad de deformación de una impresión. Como indicábamos anteriormente, todo depende de las necesidades de cada aplicación. En impresión 3D dental, la exactitud con respecto al diseño 3D será fundamental, por ello existen productos específicos para estas aplicaciones que garantizan un resultado muy exacto. Por el contrario, para la impresión 3D de un prototipo no funcional, donde el objetivo puede ser simplemente tener una idea general del producto físico, la exactitud será menos importante.

3. Post-procesado

Normalmente, las piezas impresas en 3D con resina requieren la realización de un proceso de curado posterior a la impresión, en el cuál la pieza puede contraerse. Esto debe tenerse en cuenta en el diseño, considerando dicha contracción para garantizar que la pieza resultante después del proceso de curado sea dimensionalmente exactas con respecto al diseño CAD original.

4. Ecosistema

Lograr una impresión 3D exitosa requiere prestar atención no solo a la propia impresión 3D, sino a todo el proceso en conjunto. El diseño, el software de laminado, los materiales, la temperatura, las herramientas de post-procesado… todo influye en el resultado final.