Точність у 3D-друку: як виміряти і покращити результат

Багато хто думає, що висока роздільна здатність принтера автоматично дає ідеальні деталі. Насправді все складніше. Точність залежить не тільки від машини, а й від технології, матеріалу, налаштувань і навіть післяобробки. Ця стаття розбирає, як працюють різні методи друку, які фактори впливають на результат і що робити, щоб деталь вийшла саме такою, як у кресленні.

Що означає точність у 3D-друку

Точність у 3D-друку – це те, наскільки розміри готової деталі збігаються з розмірами в цифровій моделі. Наприклад, якщо в CAD-моделі вказано 50 мм, а після друку виходить 50,2 мм – це відхилення на 0,2 мм. Такі похибки виникають через фізичні особливості кожного методу друку.

FDM-друк працює шляхом видавлювання розплавленого пластику через сопло і накладання шарів один на одного, тому реальна точність рідко буває кращою за ±0,2 мм.

SLA (смоляний друк) твердне смолу лазером або проєкцією, тому поверхня виходить значно гладкішою, а допуски можуть сягати ±0,05 мм.

SLS спікає нейлоновий чи інший порошок лазером – деталі дуже міцні, але через усадку матеріалу похибка зазвичай становить від 0,1 до 0,3 мм.

SLM плавить металевий порошок у захищеній інертним газом камері – тут точність перебуває в межах 0,1–0,2 мм, але для досягнення стабільних результатів обов’язкова термообробка та контроль залишкових напруг.

Різниця між точністю, прецизійністю і допусками

Ці терміни часто плутають, але вони описують різні речі.

• Точність: це близькість до потрібного розміру. Якщо всі деталі виходять на 0,3 мм більшими – точність низька.
• Прецизійність: це повторюваність. Десять однакових деталей з відхиленням 0,1 мм між собою – висока прецизійність.
• Допуски: це дозволена похибка. Для корпусу хватить ±0,5 мм, для шестерні потрібно ±0,05 мм.

У 3D-друку прецизійність часто вища за точність. Принтер може друкувати однаково, але систематично зміщувати розміри.

Easy3DPrint: як ми досягаємо точності в реальних проектах

Ми в Easy3DPrint вже сім років допомагаємо клієнтам перетворювати ідеї на фізичні деталі, і точність для нас – не просто слово з специфікацій, а основа кожної роботи. З FDM, SLA і LCD принтерами ми обробляємо все – від прототипів для бізнесу до арт-об’єктів. Коли приходить складний проект, ми починаємо з консультації, де обговорюємо допуски і тести, бо знаємо: одна похибка на 0,1 мм може зруйнувати всю збірку. Наші хлопці в Харкові, Києві чи Житомирі завжди наголошують, що правильний вибір технології – це половина успіху, і ми ділимося цим досвідом, щоб ви не витрачали час на проби.

У нас повний цикл: від сканування моделі до фарбування, з контролем якості на двох етапах – підписуємо акт після друку і після обробки. Наприклад, для серійного FDM ми використовуємо різні види пластику, щоб уникнути деформаці. Якщо ваш проект потребує допусків ±0,05 мм, ми радимо SLA з Formlabs – там смола твердне рівномірно, без бульбашок. Ми доставляємо по всій Україні, від Дніпра до Одеси, і клієнти повертаються, бо ми думаємо наперед: тестуємо на кубах, коригуємо орієнтацію і фіксуємо все в журналі. Зв’яжіться з нами  – обговоримо, як зробити вашу деталь ідеальною без зайвих витрат.

Фактори, які впливають на точність

Кілька елементів визначають кінцевий результат.

Технологія друку

FDM дає шари 0,1-0,3 мм, деталі мають видимі смуги. SLA твердить смолу шар за шаром, поверхня гладка, похибка мінімальна. SLS працює з порошком, деталі не потребують опор, але усадка впливає на розміри. SLM для металу вимагає контролю температури, інакше деталь деформується.

Матеріали

Пластик у FDM розширюється при нагріві і стискається при охолодженні. Смола в SLA дає усадку після УФ-отверждіння. Нейлон у SLS вбирає вологу, що змінює розміри. Металевий порошок у SLM потребує однакової фракції, інакше щільність нерівномірна.

Налаштування принтера

Швидкість друку, температура сопла, товщина шару – все впливає. Тонші шари дають кращу деталізацію, але збільшують час. Висока температура покращує зчеплення, але викликає деформацію.

Післяобробка

Деталі з SLA потребують промивки і УФ-отверждіння. Металеві частини проходять відпал для зняття напруг. Шліфування або ЧПУ-обробка доводять допуски до потрібного рівня.

Практичні поради

FDM – найпоширеніший метод для хобі та прототипів

Використовуйте сопло 0,4 мм – це оптимальний баланс між якістю поверхні й надійністю друку. Встановлюйте висоту шару 0,1–0,2 мм, якщо потрібні деталі з допусками ±0,2 мм. Закритий корпус суттєво зменшує деформацію від протягів і перепадів температури. Обдув має охолоджувати пластик рівномірно, але не переохолоджуйте – надто сильний потік призведе до відшарування. Калібруйте стіл перед кожним друком: перепад навіть 0,1 мм може зіпсувати всю партію. Для критичних розмірів друкуйте тестові куби 20×20×20 мм і вимірюйте їх штангенциркулем.

Смоляні принтери (SLA/DLP) – висока деталізація, але треба враховувати усадку

Використовуйте програмне забезпечення, яке автоматично масштабує модель на 1–2%. Орієнтуйте деталь так, щоб найважливіші розміри йшли по осі Z – там похибка найменша. Промивайте моделі в ізопропіловому спирті двічі, щоб повністю прибрати липкість. УФ-отверждіння проводьте в камері з контролем температури – перегрів деформує деталь. Для допусків ±0,05 мм обирайте жорсткі смоли, м’які дають більшу усадку. Найпростіший тест – циліндр діаметром 10 мм: він одразу покаже реальну похибку.

Нейлон (SLS) – міцність, але чутливість до умов

Завжди беріть свіжий порошок – старий спікається нерівномірно. Контролюйте температуру камери: перепад у 5 °C змінює розміри на 0,2 мм. Друкуйте кілька деталей одночасно – це вирівнює теплове поле. Після друку ретельно очищуйте стисненим повітрям. У серійному виробництві вимірюйте кожну партію: усадка може трохи відрізнятися. Без післяобробки SLS тримає ±0,3 мм.

Металевий друк (DMLS/SLM) – інженерний рівень точності

Обирайте порошок 15–45 мкм – більші частинки збільшують пористість. Стратегія сканування «шахматка» розподіляє тепло рівномірно. Обов’язковий відпал 800–1000 °C – без нього деталь тріскається від напруг. Для допусків ±0,01 мм отвори й площини доводьте на ЧПУ. Контролюйте рівень кисню в камері – окислення псує властивості. SLM після термообробки дає ±0,1 мм, але коштує дорого.

Вимірювання точності на практиці

Специфікації принтера виглядають гарно на папері, але реальність завжди додає свої корективи. Перевіряти треба власними руками і інструментами. Тільки так зрозумієте, де саме ховається похибка.

Чому прості тести кращі за складні

Багато хто відразу кидається друкувати складні моделі з інтернету. Результат – розчарування і втрачений час. Почніть з базового. Куб або циліндр покажуть більше, ніж будь-яка маркетингова брошура.

Калібрувальний куб: базовий інструмент

Друкуйте куб 20x20x20 мм без заповнення і з одним периметром. Це стандартний тест, який використовують у всіх сервісах.

• Встановіть висоту шару 0,2 мм для FDM або 0,05 мм для SLA.
• Використовуйте той самий матеріал, що й для основної деталі.
• Збережіть файл як “calibration_cube.stl”, зручно для повторних тестів.
• Друкуйте на центрі столу, там найрівномірніше охолодження.
• Не чіпайте деталь мінімум годину після друку – пластик ще стискається.

Як правильно вимірювати

Штангенциркуль за 300 грн з AliExpress дає похибку 0,02 мм. Цього достатньо для більшості задач.

• Вимірюйте кожну грань у п’яти точках: чотири кути і центр.
• Записуйте значення в таблицю: X1, X2, Y1, Y2, Z1, Z2.
• Обчислюйте середнє для кожної осі окремо.
• Порівнюйте з номіналом 20 мм: різниця і є ваша систематична похибка.
• Повторюйте виміри через добу: деякі матеріали продовжують змінювати розміри.

Порівняння з цифровою моделлю

Програми допомагають побачити відхилення, які око не помітить.

Простий спосіб з MeshLab

Безкоштовна програма, яку освоюють за 15 хвилин.

• Відкрийте оригінальний STL і надруковану модель (після сканування або експорту).
• Використовуйте інструмент “Hausdorff Distance”, покаже максимальне відхилення.
• Збережіть звіт у PDF, зручно показувати клієнту.
• Для FDM типове відхилення 0,15-0,25 мм по кутах.
• SLA дає 0,03-0,07 мм, але тільки при правильній орієнтації.

Статистика для серійного друку

Одиночний тест не дає достовірної картини – потрібна статистична вибірка.

Друкуйте щонайменше 10 однакових деталей в одній партії, вимірюйте на кожній деталі три найважливіші розміри, а потім в Excel або будь-якому іншому інструменті обчислюйте середнє значення та стандартне відхилення. Якщо розкид перевищує 0,1 мм – це сигнал, що в принтері чи процесі є проблема, яку треба знайти й усунути. Обов’язково записуйте температуру в приміщенні під час друку: навіть перепад у 5 градусів може змістити розміри на 0,05 мм і більше. Тільки така серія вимірювань покаже реальну повторюваність вашого обладнання й процесу.

Практичні хитрощі від сервісів

Декілька прийомів, які економлять час і нерви.

• Додавайте в модель “вушка” 5x5x5 мм: легше вимірювати без ризику пошкодити деталь.
• Для SLA друкуйте стрілки на поверхні: покажуть напрямок усадки.
• Зберігайте журнали слайсера: там видно реальну температуру і швидкість.
• Якщо деталь критична: друкуйте дві копії з різними налаштуваннями.
• Використовуйте маркер для позначення орієнтації: не переплутаєте при вимірах.

Записуйте все. Через місяць повернетеся до старої партії – і відразу зрозумієте, що саме змінилося.

Поширені помилки і як їх уникнути

Кожна деталь, що вийшла з принтера з дефектом, – це втрачений час, матеріал і нерви. Більшість проблем виникають через поспіх або ігнорування дрібниць, які насправді визначають результат. Нижче розбираємо найчастіші промахи та перевірені способи їх уникнути.

Швидкість друку: коли поспішати не варто

Багато хто відразу виставляє 80–100 мм/с, бо хочеться швидше. Наслідок – деталь кривиться, шари відшаровуються, розміри «плавають» на 0,3–0,5 мм. Краще свідомо гальмувати. Для PLA оптимально тримати 40–60 мм/с на зовнішніх периметрах – це вже дає приріст точності приблизно на 0,1 мм. PETG друкуйте не швидше 30 мм/с, інакше в’язкий матеріал тягне нитки й псує розміри. У слайсері обов’язково вмикайте функцію «зовнішні периметри повільніше» – час друку зросте лише на 10 %, а якість на всі 30 %. Завжди тестуйте на простому кубі: якщо при 80 мм/с кут вийшов 20,3 мм, а при 50 мм/с – 20,1 мм, вибір очевидний. Особливо для серійних деталей жертвуйте швидкістю на перших 10–15 шарах – міцний фундамент визначає всю геометрію.

Орієнтація моделі: дрібниця, яка руйнує все

Неправильний поворот моделі в слайсері може зіпсувати навіть ідеальні налаштування. Критичні розміри завжди розміщуйте по осі Z – там крок мотора 0,01 мм, тоді як по XY обмеження сопла 0,4 мм. Уникайте великих плоских ділянок зверху: на них стікають краплі пластику чи смоли. Для FDM краще ставити деталь на ребро – менше опор і краща адгезія до столу. У SLA отвори завжди направляйте догори, щоб смола не застрягала всередині. Додавайте фаску 45° на краях – опори потім відриваються чистими, без слідів.

Матеріал: свіжий чи зіпсований

Старий пластик вбирає вологу за тиждень – з’являються бульбашки, тріщини, розміри змінюються до 0,5 %. Тримайте котушки в герметичних боксах із силікагелем (вологість < 15 %). Перед важливим друком сушіть PLA 4 години при 50 °C, ABS – 6 годин при 80 °C. Простий тест: відріжте шматок нитки – якщо тріскає, пересушений, якщо легко гнеться – ще вологий. Смолу перевіряйте за датою виготовлення: через 6 місяців в’язкість зростає, усадка збільшується. Маркуйте кожну котушку датою відкриття – так не переплутаєте старе з новим.

Калібрування: лінь коштує дорого

Перекошений на 0,2 мм стіл – і 5-сантиметрова деталь вже має клин. Перед кожним друком перевіряйте рівень звичайним листом паперу: опір має бути однаковим у 9 точках. Для FDM раз на місяць калібруйте e-steps – видавіть 100 мм нитки й виміряйте реальну довжину. У SLA стежте за рівнем смоли та фокусом лазера за тестовим малюнком. У SLS навіть відхилення температури камери на 2 °C дає додаткову усадку 0,15 %. Зберігайте фото калібрування – одразу видно, коли щось пішло не так.

Післяобробка: ігнорувати не можна

Залишили смолу липкою – через місяць деталь пожовтіє. Метал без відпалу тріскається під навантаженням. Для SLA промивайте 5 хвилин в брудному ізопропілі, потім ще 5 хвилин у чистому, далі УФ-отверждіння 30 хвилин при 60 °C. У FDM опори знімайте, поки деталь ще тепла – менше сколів. У SLS очищайте стисненим повітрям або піскоструєм під 6 бар, щоб порошок не забивав отвори. Для SLM обов’язковий відпал у вакуумній печі (наприклад, 2 години при 850 °C для титану). І найголовніше – вимірюйте розміри після кожного етапу обробки, бо усадка триває ще добу-дві.

Контроль перед відправкою

Клієнт не пробачить деталь, яка не сідає на місце. П’ять хвилин перевірки рятують репутацію. Виміряйте всі критичні розміри на готовій деталі, зважте її (відхилення ваги більше 3 % – ознака пористості), спробуйте зібрати з парною частиною – будь-який люфт одразу видно. Сфотографуйте деталь поруч із лінійкою та складіть короткий звіт: «Допуск ±0,15 мм. 

Уникайте цих помилок – і 90 % проблем зникнуть самі. Решту 10 % легко виправити одним-двома тестовими друками та невеликим коригуванням налаштувань.

Підсумок

Точність у 3D-друку – це не магія принтера, а сума дрібних рішень. Вибирайте технологію під задачу, тестуйте на простих формах, фіксуйте налаштування і не ігноруйте післяобробку. FDM дасть швидкий прототип за копійки, SLA – ювелірну деталь, SLS – міцну серію, SLM – метал без компромісів. Почніть з куба 20 мм, виміряйте, скоригуйте – і наступна деталь сяде як рідна, з правильними допусками економить тисячі на переробках. Збережіть цю статтю, повертайтеся до чек-листів – і ваші проекти стануть передбачуваними.

FAQ: відповідаємо на ваші питання