Exatidão, precisão e tolerância em impressão 3D

O facto de que uma impressora 3D conte com "alta resolução" entre as suas especificações não significa que todas as peças impressas em 3D vão resultar exatas e precisas. Entender o significado de exatidão, precisão e tolerância é imprescindível para conseguir um bom resultado em qualquer impressão 3D. A seguir detalhamos que significa a cada um destes termos no contexto da impressão 3D.

Exatidão

Entendemos por exatidão o próxima que é uma medição com respeito ao seu valor verdadeiro. Se pomos como exemplo um alvo, um disparo será mais exato quanto mais perto esteja do centro do alvo. Em impressão 3D, o valor verdadeiro serão as dimensões projetadas no desenho em CAD. Por tanto, a exatidão de uma peça impressa em 3D será maior quanto mais assemelhe-se ao seu desenho digital.

Precisão

A precisão mede a repetibilidade de uma medição. Seguindo com o exemplo do alvo, os disparos poderiam estar a impactar sempre cerca do mesmo ponto (com o que seriam precisos), embora esse ponto poderia não ser o centro do alvo. No contexto da impressão 3D, isto se traduz na fiabilidade para produzir os resultados esperados na cada impressão. No âmbito da engenharia, ao comparar diferentes materiais de impressão 3D, utiliza-se o termo "precisão" para referir à capacidade de um material de imprimir geometrias muito complexas.

Imagem 1: Exemplo de diferenças entre exatidão e precisão. Fonte: Formlabs

Tolerância

A tolerância define como de preciso se precisa ser em uma determinada impressão 3D. A tolerância é definida pelo utente e dependerá da cada aplicação em concreto. Um componente de montagem mecânico, por exemplo, requererá tolerâncias mais estritas que a impressão em 3D de uma caixa de plástico.

Voltando ao exemplo do alvo, no exemplo da esquerda os disparos estão bem perto entre si e podemos os definir como precisos, enquanto no exemplo da direita estão mais afastados entre si e poderíamos afirmar que não são precisos. Agora bem, se definimos como tolerância uma categoria aceitável de precisão uma distância de 3 anéis, então os disparos estariam dentro das especificações.

Imagem 2: A tolerância é a categoria aceitável de precisão. Fonte: Formlabs

Exatidão e precisão em impressão 3D

À hora de eleger uma impressora 3D, é muito importante identificar as necessidades específicas. Para isso, é chave entender os conceitos de exatidão e precisão.

Uma impressora 3D pouco exata e precisa pode ser a melhor opção para certas aplicações. Por exemplo, uma impressora 3D FDM de baixo custo produzirá peças menos exatas, mas para um uso em educação onde os alunos estejam a aprender sobre impressão 3D pode que não seja importante que as dimensões da peça impressa coincidam exatamente com as do desenho CAD. No entanto, será importante ter a confiança de que a impressora 3D funcionará consistentemente segundo o esperado, dentro das tolerâncias que o utente precise, para conseguir uma experiência bem-sucedida.

Pelo contrário, para aplicações na indústria, seguramente seja necessária uma impressora 3D que garanta exatidão e uma boa precisão com tolerâncias muito estritas.

Há quatro grandes fatores que determinam a exatidão e precisão de uma impressora 3D:

1. Tecnologia de impressão 3D

A impressão 3D é um processo aditivo onde as peças se constroem por capas, e a cada uma das capas apresenta um risco de inexactitud. Além disso, o processo pelo qual se formam as capas afeta ao nível de precisão (repetibilidade) das mesmas. Em uma impressão 3D FDM as capas são extruidas por uma boquilha (nozzle) que carece da capacidade de conseguir detalhes complexos, enquanto na impressão 3D de estereolitografía (SLA), o material de resina líquida se cura com um laser de alta precisão para formar a cada capa, podendo conseguir detalhes bem mais finos e mais fiável à hora de conseguir repetidamente resultados de alta qualidade.

Imagem 3: Diferença entre peça impressa em FDM (esquerda) e SLA (direita). Fonte: Formlabs

As especificações da impressora 3D por si sós não representam a precisão dimensional final. Um erro comum é a descrição da resolução XY como precisão dimensional. Para as impressoras digitais de processamento de luz (DLP), a resolução XY é o tamanho de pixel projetado. Muitos sistemas de impressoras 3D utilizam este tamanho de pixel projetado ou resolução XY como a cifra de precisão geral (por exemplo, tomando um tamanho de pixel projetado de 75 micras e afirmando que a precisão da máquina é de ± 75 micras). No entanto, estes dados não têm envolvimentos sobre a precisão de uma peça impressa. Existem muitas fontes de erro que podem ter impacto na precisão, desde os componentes até a calibragem, bem como os seguintes fatores que analisaremos (materiais e pós-processado). Em definitiva, a melhor maneira de avaliar uma impressora 3D é inspecionar peças reais contra teóricas.

2. Materiais

As propriedades do material utilizado para a impressão 3D também podem afetar à probabilidade de deformação de uma impressão. Como indicávamos anteriormente, tudo depende das necessidades da cada aplicação. Em impressão 3D dental, a exatidão com respeito ao desenho 3D será fundamental, por isso existem produtos específicos para estas aplicações que garantem um resultado muito exato. Pelo contrário, para a impressão 3D de um protótipo não funcional, onde o objetivo pode ser simplesmente ter uma ideia geral do produto físico, a exatidão será menos importante.

3. Pós-processado

Normalmente, as peças impressas em 3D com resina requerem a realização de um processo de curado posterior à impressão, no qual a peça pode se contrair. Isto deve se ter em conta no desenho, considerando dita contração para garantir que a peça decorrente após o processo de curado seja dimensionalmente exatas com respeito ao desenho CAD original.

4. Ecossistema

Conseguir uma impressão 3D bem-sucedida requer prestar atenção não só à própria impressão 3D, senão a todo o processo em conjunto. O desenho, o software de laminado, os materiais, a temperatura, as ferramentas de pós-processado... tudo influi no resultado final.