Im Bereich des 3D-Drucks hört man oft von Druckqualität, Präzision oder Genauigkeit. Auch wenn diese Begriffe ähnlich oder sogar austauschbar erscheinen mögen, beziehen sie sich in Wirklichkeit auf ganz unterschiedliche Konzepte, die alle für den Erfolg eines additiven Fertigungsprojekts von grundlegender Bedeutung sind. Egal ob es um die Erstellung eines funktionsfähigen Prototyps, eines mechanischen Teils oder eines Designobjekts geht – wenn man die Unterschiede zwischen diesen Konzepten versteht, kann man die Einstellungen, Druck Erwartungen und Kontrollmethoden optimal anpassen.
Dieser Artikel soll diese oft missverstandenen Fachbegriffe klären und gleichzeitig ihren konkreten Einfluss auf die Druckergebnisse aufzeigen. Wenn man versteht, was die Qualität eines Drucks von seiner Präzision oder Genauigkeit unterscheidet, wird es einfacher, einen Fehler zu diagnostizieren, eine Toleranz zu interpretieren oder die Leistung eines Druckers entsprechend zu bewerten.
Was genau bedeutet Genauigkeit, Präzision und Toleranz?
Bevor wir über Qualität sprechen, ist es jedoch wichtig, einige Definitionen im Voraus zu klären:
- Genauigkeit (oder „Accuracy” auf Englisch): Fähigkeit eines 3D-Druckers, ein Druckteil zu fertigen, dessen Abmessungen denen der ursprünglichen digitalen Datei nahekommen.
- Präzision: Fähigkeit, dieselbe Geometrie konstant zu reproduzieren. Ein Drucker kann präzise sein, ohne genau zu sein, wenn er einen systematischen Fehler wiederholt.
- Toleranz: akzeptables Intervall um einen bestimmten Wert herum. Sie entspricht dem Spielraum, in dem eine Abmessung variieren kann, ohne die Funktion des Teils zu beeinträchtigen.
Diese Begriffe stammen direkt aus dem Vokabular der Messtechnik und gelten für alle Fertigungstechnologien, einschließlich der additiven Fertigung. Im 3D-Druck sind sie besonders nützlich, um die Zuverlässigkeit einer Maschine oder die Konformität eines gedruckten Objekts mit seinem Verwendungszweck zu bewerten.
Abweichungen und konkrete Folgen
Die Verwechslung von Präzision und Genauigkeit ist nicht nur eine Frage der Terminologie. Ein Drucker kann mehrere identische Teile produzieren, die alle die gleichen Maßabweichungen vom Modell aufweisen, was auf eine gute Präzision, aber eine schlechte Genauigkeit hindeutet. Umgekehrt kann ein Drucker ein Bauteil herstellen, das den gewünschten Abmessungen sehr nahe kommt – wenn er aber nicht in der Lage ist, diese konstant zu reproduzieren, dann ist er genau aber nicht präzise.
Mit einem Messschieber lassen sich präzise Messungen vornehmen
Bei einer mechanischen Verbindung können diese Abweichungen dazu führen, dass zwei Teile nicht ineinander passen. Bei einem Modell oder einem ästhetischen Prototyp sind die Folgen weniger gravierend. Deshalb ist es wichtig, die Anforderungen an Präzision und Genauigkeit an die jeweilige Anwendung anzupassen.
Eine Qualität, die über Maße hinausgeht
Die Qualität eines 3D-Drucks beschränkt sich nicht nur auf seine geometrischen Abmessungen. Sie umfasst auch das Aussehen der Oberfläche, die Konsistenz des Materials, das Vorhandensein oder Nichtvorhandensein sichtbarer Mängel, aber auch die Festigkeit des Teils, die Modelltreue und sogar die Einhaltung der Produktionszeiten und -kosten. Ein Teil kann eine hervorragende optische Qualität aufweisen und dennoch ungenau oder funktional ungeeignet sein.
Dieser Qualitätsbegriff hängt auch stark mit dem Verwendungszweck des Teils zusammen. Im industriellen Kontext muss ein Teil strengeren Anforderungen genügen als ein Prototyp, der zur Visualisierung bestimmt ist.
Technologien und zugehörige Toleranzen
Die erreichbare Genauigkeit hängt weitgehend von der verwendeten Technologie ab. Bei FDM sind Abweichungen von ±0,2 bis 0,5 mm üblich, während eine SLA– oder DLP-Maschine Toleranzen von ±0,05 mm erreichen kann. Pulververfahren wie SLS oder MJF bieten in der Regel eine Toleranz von ±0,2 mm, und Metalltechnologien auf Pulverbettbasis wie DMLS oder SLM liefern bei geeigneter Nachbehandlung Ergebnisse von etwa ±0,1 mm.
Sie können durch die richtige Wahl der Rahmenbedingungen das Design an die vordefinierten Toleranzen anzupassen
Die Wahl der Materialien, die Druckbedingungen, die Kalibrierung der Maschine, die Schichthöhe und die Geometrie des Werkstücks haben ebenfalls einen starken Einfluss auf die Ergebnisse. Eine gute Toleranz garantiert nicht immer eine gute Gesamtqualität, ist jedoch ein wichtiger Indikator bei der Auswahl der Parameter.
Passen Sie Ihre Erwartungen an die jeweilige Anwendung an
Nicht alle Anwendungen stellen dieselben Anforderungen an die Abmessungen. Bei einem Prototyp zur visuellen Validierung können größere Abweichungen toleriert werden. Bei einem funktionalen Teil, wie beispielsweise einem Zahnrad, einem Befestigungssystem oder einem Testelement, ist Präzision ein wesentliches Kriterium. Bei der Endfertigung, insbesondere in der Industrie oder Medizin, sind Qualität, Genauigkeit und Rückverfolgbarkeit der Teile unerlässlich.
Daher ist es wichtig, bereits in der Konstruktionsphase die Hauptfunktionen des Teils und die akzeptablen Toleranzen entsprechend der verwendeten Technologie und den Produktionsbedingungen festzulegen.
Wenn man den Unterschied zwischen Genauigkeit, Präzision und Toleranz kennt, kann man die Leistungsfähigkeit eines 3D-Druckers besser verstehen und seine Entwürfe an die Realität der additiven Verfahren anpassen. Die Qualität eines gedruckten Teils lässt sich nicht auf ein einziges Kriterium reduzieren: Sie ist das Ergebnis geometrischer, mechanischer und ästhetischer Anforderungen, die je nach Projektziel priorisiert werden müssen.
In jedem Fall ist es nach wie vor am besten, die Grenzen seines Druckers zu kennen, die richtige Technologie auszuwählen und den Prozess korrekt zu kalibrieren, um zuverlässige, konsistente und an die tatsächlichen Bedürfnisse angepasste Ergebnisse zu erzielen.
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*Bildverweise: AFINIS Group