Точность 3D-печати: какие допуски реальны

Короткий ответ: сколько сотых реально держит 3D-печать

Вопрос «14 квалитет обеспечите?» задают нередко. Короткий честный ответ: на деталях до 80 мм обычно да, IT14 на этих размерах это поле допуска 0,43-0,74 мм, а FDM держит около ±0,1-0,2 мм. IT12 получается при аккуратной печати и компенсации размеров в модели, а IT11 и точнее без механической доработки стабильно не выходит. Печать даёт другой квалитет, чем фрезеровка или токарная обработка, и об этом лучше договориться на этапе чертежа, а не после того, как деталь не встала на вал.

Ориентировочно: FDM на откалиброванном принтере держит около ±0,1-0,2 мм на деталях примерно до 50-80 мм, а на длинных размерах добавляется усадка материала и тепловая деформация, поэтому реальный разброс ближе к ±0,2-0,5 мм. SLA точнее: обычно ±0,05-0,15 мм на некрупных деталях, погрешность тоже растёт вместе с размером. SLS держится в похожем с FDM диапазоне, около ±0,2-0,3 мм, но без опор и без покоробленных стенок деталь получается более ровной по всему объёму печати. Точная цифра зависит от конкретного принтера, материала, размера и формы детали, поэтому для критичного размера мы советуем пробную печать и обмер, а не веру в цифру из таблицы.

Подробнее о разнице технологий, включая цены и сроки: статья FDM, SLA, SLS: что выбрать, страницы печать фотополимером и печать нейлоном. SLS-печати у нас нет, нейлоновые детали печатаем на FDM.

Квалитеты ISO 286 и ГОСТ 25346 простыми словами

Квалитет (IT-grade по ISO 286, в России тот же ряд принят как ГОСТ 25346-2013) это не конкретное число миллиметров, а ширина поля допуска для заданного номинального размера. Один и тот же квалитет IT14 на размере 10 мм даёт допуск уже, чем на размере 80 мм: чем крупнее деталь, тем шире поле допуска при той же точности изготовления. Поэтому фраза «деталь по 14 квалитету» без указания размера инженеру, читающему чертёж, ничего не говорит.

ГОСТ 25346-2013 гармонизирован с ISO 286-1:2010, поэтому квалитеты и цифры допусков в российском чертеже и в западной документации совпадают. Ниже таблица допусков для квалитетов IT12, IT13 и IT14, которые чаще всего и получаются печатью без доработки, для интервалов размеров от 10 до 80 мм.

Печать деталей в диапазоне 10-80 мм без доработки укладывается примерно в IT13-IT14: это тот же разброс, что мы указали в первом разделе для FDM и SLS. Аккуратная печать на откалиброванном принтере, компенсация размеров в модели и SLA иногда подтягивают результат до IT12. Квалитеты точнее, IT11 и выше, то есть поле допуска уже примерно 0,1-0,2 мм на этих размерах, печать без последующей механической доработки не даёт стабильно, и полагаться на них в чертеже не стоит.

От чего зависит точность печати

Точность печатной детали это не одно число, а сумма нескольких источников погрешности, и часть из них по-разному ведёт себя по осям X/Y и по оси Z.

• Ось Z и оси XY работают по-разному: по высоте деталь растёт слоями, и точность здесь ограничена толщиной слоя и остыванием или полимеризацией каждого слоя, а в плоскости XY точность держат механика принтера, шаговые двигатели, ремни и диаметр сопла или лазерного пятна.
• Усадка материала: пластик остывает и сжимается, и разные материалы садятся по-разному. ABS и нейлон садятся заметно сильнее, чем PLA и PETG, поэтому на длинных размерах в этих материалах легче промахнуться мимо номинала. Подробнее о свойствах материалов: статья инженерные пластики.
• Толщина слоя: чем тоньше слой, тем меньше ступенек на наклонных и криволинейных поверхностях и тем точнее геометрия по Z, но печать идёт дольше.
• Диаметр сопла у FDM или размер лазерного пятна у SLA и SLS: чем он больше, тем шире минимальная стенка и грубее мелкие элементы, тонкая резьба и мелкий текст.
• Отверстия почти всегда выходят чуть меньше номинала: головка или лазер не проходит внутренний угол идеально, и круглое отверстие получается слегка гранёным и суженным. Погрешность стабильная и предсказуемая, её закладывают в модель заранее.
• Первый слой шире остальных, эффект «слоновьей ноги»: деталь слегка расширяется у стола из-за веса и нагрева платформы. На посадочных поверхностях у основания это стоит учитывать отдельно.
• Ориентация детали на столе: отверстие, напечатанное вертикально, получается круглее, чем то же отверстие, напечатанное горизонтально, потому что горизонтальное собирается из ступенек слоёв. Ориентация также определяет, какие размеры идут по более точной оси XY, а какие по более грубой Z.

Как получить нужный размер

Если размер критичный, есть четыре рабочих способа подвинуть печать ближе к номиналу, и обычно их комбинируют.

1. Компенсация в модели: если известно, что отверстие обычно выходит на 0,1-0,2 мм меньше номинала, в модели его сразу рисуют на эту величину больше. Разовая поправка, зато она работает на всём тираже.
2. Пробная печать и замер: перед тиражом печатаем один образец критичного узла, меряем штангенциркулем и при необходимости правим модель. Для новой детали и нового материала это дешевле, чем брак партии. Подробнее о пробных образцах: страница прототипирование.
3. Доработка посадок после печати: развёртка отверстия под номинальный диаметр, досверливание, лёгкая механическая обработка сопрягаемой поверхности. Это снимает погрешность печати там, где посадка действительно важна, а остальную деталь оставляет как есть.
4. Закладные металлические втулки и резьбовые вставки: запрессованная или термически вплавленная втулка даёт точное и износостойкое отверстие или резьбу, которую сам пластик не держит. Резьба М3-М6, напечатанная в пластике напрямую, разбивается за несколько циклов сборки и разборки, вставка снимает эту проблему.

Что писать в ТЗ, чтобы деталь встала с первого раза

Чертёж или эскиз для печати работает так же, как для любого другого производства: чем точнее указаны требования, тем меньше шансов, что деталь придётся переделывать. Разница в том, что для печати важно указать ещё и то, чего обычно нет в чертеже под фрезеровку.

Если чертежа под рукой нет, пришлите то же самое текстом вместе с моделью или образцом, как описано на странице как оставить заявку на 3D-печать. Для серии и постоянных заказов условия приёмки и допуски удобнее сразу зафиксировать в договоре, у нас есть шаблон: статья договор на 3D-печать.

Честно: где печать не заменит фрезеровку и токарку

Печать не заменит фрезеровку и токарную обработку там, где нужен настоящий узкий допуск: посадка подшипника, направляющая скольжения, резьбовое соединение под нагрузкой. Это квалитеты IT7-IT9, поле допуска уже 0,1 мм даже на средних размерах, и без последующей механической доработки FDM, SLA и SLS такую точность стабильно не держат.

Для подобных узлов честная схема такая: деталь печатаем целиком там, где это оправдано по срокам и цене, а точную посадку получают отдельно: ставят металлическую втулку или резьбовую вставку, рассверливают отверстие развёрткой в размер. Фрезеровку и токарную обработку мы не делаем, если без них не обойтись, честно скажем, что эту часть лучше отдать механическому цеху. Что печатаем по чертежу, на странице изготовление деталей на заказ, оснастка и детали для цеха на странице 3D-печать для производства.

При этом для корпусов, кронштейнов, крышек, прототипов, оснастки без высокой нагрузки и деталей, где посадка выставляется вручную или регулируется, печать полностью закрывает вопрос, и часто быстрее и дешевле фрезеровки. Для мелких и детализированных элементов лучше подходит печать фотополимером SLA, для функциональных нагруженных деталей без острых допусков, но с хорошей прочностью, печать нейлоном на FDM.