Accuratezza, precisione e toleranza nella stampa 3D

Il fatto che una stampante 3D ha “alta risoluzione” nelle sue specifiche non significa che tutti i pezzi stampati risulteranno accurati e precisi. Comprendere il significato della accuratezza, precisione e tolleranza è essenziale per ottenere un buon risultato in qualsiasi stampa 3D. Di seguito, descriviamo in dettaglio cosa significa ciascuno di questi termini nel contesto della stampa 3D.

Accuratezza

Per accuratezza intendiamo quanto una misura è prossima al suo vero valore. Se prendiamo come esempio un bersaglio, un sparo sarà tanto più preciso quanto più vicino sarà al centro del bersaglio. Nella stampa 3D, il vero valore saranno le dimensioni proiettate nel progetto CAD. Pertanto, la accuratezza di un pezzo stampato in 3D sarà tanto maggiore quanto più somiglierà al suo design digitale.

Precisione

La precisione misura la ripetibilità di una misura. Continuando con l’esempio del bersaglio. I spari potrebbero colpire sempre vicino allo stesso punto (quindi sarebbero precise), anche se quel punto potrebbe non essere il centro del bersaglio. Nel contesto della stampa 3D, ciò si traduce nell’affidabilità di produrre i risultati attesi con ogni stampa. In ingegneria, quando si confrontano diversi materiali di stampa 3D, il termine “precisione” per riferirsi alla capacità di un materiale di stampare geometrie moto complesse.

Immagine 1: Esempio di differenzi tra accuratezza e precisione. Fonte: Formlabs

Tolleranza

La tolleranza definisce quanto deve essere precisa una determinata stampa 3D. La tolleranza è definita dall’utente e dipenderà da ogni specifica applicazione. Un componente di assemblaggio meccanico, ad esempio, richiederà tolleranze più strette rispetto alla stampa 3D di una scatola di plastica.

Tornando all’esempio del bersaglio, nell’esempio a sinistra i colpi sono molto vicini tra loro e possiamo definirli precisi, mentre nell’essempio a destra sono più distanti tra loro e potremmo dire che non sono precisi. Ora, se definiamo come tolleranza un intervallo accettabile di precisione una distanza di 3 squilli, allora i colpi rientrerebbero nelle specifiche.

Immagine 2: La tolleranza è l’intervallo di precisione accettabile. Fonte: Formlabs

Accuratezza e precisione nella stampa 3D

Al momento di scegliere una stampante 3D è molto importante identificare le esigenze specifiche. Per questo, è fondamentale comprendere i concetti di accuratezza e precisione. 

Una stampante 3D poco esatta e precisa può essere la migliore opzione per certe applicazioni. Ad esempio, una stampante 3D FDM di basso costo produrrà pezzi meno esatti, ma per l’uso didattico un cui i alunni stanno imparando la stampa 3D, è possibile che non sia importante che le dimensioni del pezzo corrispondano esattamente con quelle del progetto CAD. Tuttavia, sarà importante avere la certezza che la stampante 3D funzionerà coerentemente come previsto, entro le tolleranze di cui l’utente ha bisogno. Al fine di ottenere un’esperienza di successo.

Al contrario, per le applicazioni industriali, è sicuramente necessaria una stampante 3D che garantisca accuratezza e buona precisione con tolleranze molto strette.

Al contrario, per le applicazioni industriali, è sicuramente necessaria una stampante 3D che garantisca accuratezza e buona precisione con tolleranze molto strette.

1. Tecnologia di stampa 3D

La stampa 3D è un processo additivo in cui i pezzi sono costruiti a strati, con ogni strato che presenta un rischio di imprecisione. Inoltre, il processo di formazione degli strati influisce sul livello di precisione (ripetibilità) di essi.  In una stampa 3D FDM, gli strati vengono estrusi da un ugello (nozzle) che non è in grado di ottenere dettagli complessi, mentre nella stampa 3D di stereolitografia (SLA), il materiale de resina liquida viene polimerizzato con un laser ad alta precisione per formare ogni strato, essendo in grado di ottenere dettagli molto più fini e più affidabile quando si trata di ottenere ripetutamente risultati di alta qualità.

Immagine 3: Differenza tra un pezzo stampato in FDM (sinistra) e uno stampato in SLA (destra). Fonte: Formlabs.

Le specifiche della stampante 3D da sole non rappresentano la precisione dimensionale finale. Un errore comune è la descrizione della risoluzione XY come precisione dimensionale. Per le stampanti DLP (Digital Light Processing), la risoluzione XY è la dimensione dei pixel proiettati. Molti sistema di stampanti utilizzano questa dimensione dei pixel proiettati come cifra di precisione generale (ad esempio, prendendo una dimensione di pixel proiettato di 75 micron e affermando che la precisione della macchina è di ± 75 micron). Tuttavia, questi dati non hanno implicazioni per la precisione di un pezzo stampato. Ci sono molti fonti di errore che possono influire sulla precisione, dai componenti alla calibrazione, così come i seguenti fattori che esamineremo (materiali e post-elaborazione). In definitiva, il modo migliore per valutare una stampante 3D è ispezionare i pezzi reali rispetto a quelle teoriche.

2. Materiali

Le proprietà del materiale utilizzato per la stampa 3D può anche influenzare  la probabilità di deformazione di una stampa. Come abbiamo indicato prima, tutto dipende dalle esigenze di ciascuna applicazione. Nella stampa 3D dentale, la accuratezza rispetto al design 3D sarà fondamentale, motivo per cui esistono prodotti specifici per queste applicazioni che garantiscono un risultato molto esatto. Al contrario, per la stampa 3D di un prototipo non funzionante, in cui l’obiettivo potrebbe essere semplicemente quello di avere una idea generale del prodotto fisico, la accuratezza sarà meno importante.

3. Post-elaborazione

Le proprietà del materiale utilizzato per la stampa 3D può anche influenzare  la probabilità di deformazione di una stampa. Come abbiamo indicato prima, tutto dipende dalle esigenze di ciascuna applicazione. Nella stampa 3D dentale, la accuratezza rispetto al design 3D sarà fondamentale, motivo per cui esistono prodotti specifici per queste applicazioni che garantiscono un risultato molto esatto. Al contrario, per la stampa 3D di un prototipo non funzionante, in cui l’obiettivo potrebbe essere semplicemente quello di avere una idea generale del prodotto fisico, la accuratezza sarà meno importante.

4. Ecosistema

Per ottenere una stampa 3D di successo è necessario prestare attenzione non solo alla stampa 3D stessa, ma all’intero processo nel suo complesso. Il design, il software di laminazione, i materiali, la temperatura, gli strumenti di post-elaborazione... tutto influenza il risultato finale.