Een 3D geprint onderdeel dat net iets te groot of te klein is, past niet. Toleranties zijn de kern van functioneel 3D ontwerp, maar worden zelden uitgelegd. Dit artikel behandelt wat FDM 3D printen in de praktijk haalt en hoe ontwerpen worden aangepast zodat resultaten kloppen.
Wat zijn toleranties bij 3D printen?
Tolerantie is het acceptabele verschil tussen de bedoelde maat en de werkelijke maat. Als een as 10 mm moet zijn, is 9,9 tot 10,1 mm acceptabel. Die bandbreedte van 0,2 mm is de tolerantie.
Bij FDM 3D printen geldt als vuistregel een maatnauwkeurigheid van ±0,1 tot ±0,3 mm, afhankelijk van de printer, kalibratie en het materiaal. Dat klinkt klein, maar bij nauwkeurige verbindingen maakt het het verschil tussen een onderdeel dat past en één dat niet beweegt.
XY versus Z: niet dezelfde nauwkeurigheid
FDM printers bewegen in drie assen, maar de nauwkeurigheid per as verschilt.
XY-vlak (horizontaal): De nozzle volgt een geprogrammeerd pad. Met een goed gekalibreerde printer en een nozzle van 0,4 mm zijn afwijkingen van 0,1 mm haalbaar, soms minder.
Z-as (verticaal): De laagdikte bepaalt hier de resolutie. Bij een laagdikte van 0,2 mm zijn sprongen van exact die grootte onvermijdelijk. Een gat van 2,1 mm hoog wordt dan 2,0 of 2,2 mm, nooit precies 2,1 mm.
Ontwerpen voor passingen
Passingen en speling zijn de meest praktische toepassing van toleranties. Een paar voorbeelden:
- Persfits (0 tot +0,1 mm speling): Twee onderdelen die met lichte druk samengevoegd worden. Vrijwel geen speling in het ontwerp; het materiaal compenseert de rest.
- Glijdende passingen (0,2 tot 0,4 mm speling): Voor draaiende of schuivende verbindingen. Een as in een lager heeft ruimte nodig om te bewegen zonder klapperen.
- Spelingspassen (0,5 mm of meer): Als onderdelen losjes moeten passen of als rekening gehouden wordt met materiaalexpansie door warmte.
Bij ronde gaten heeft FDM de neiging iets kleiner te printen door de binnenkant van de cirkelboog. Een gat van 10 mm in het model wordt al snel 9,7 mm in het object. Compenseer dit met 0,2 tot 0,3 mm extra in het ontwerp, of gebruik een spiraalboor na het printen.
Materiaal en temperatuur
Materiaal beïnvloedt toleranties op twee manieren: tijdens het printen en daarna.
Krimp tijdens het printen: ABS krimpt merkbaar als het afkoelt, soms tot 1,5%. Bij PETG en PLA is dit veel minder (onder de 0,5%). Grote onderdelen in ABS vereisen compensatie in het model of een gesloten, verwarmde printer.
Warmte in gebruik: PLA vervormt al boven de 60°C, PETG rond de 75°C. Als een onderdeel in warme omgevingen gebruikt wordt, is rekening houden met dimensieverandering verplicht.
Praktische aanpak
Bij functionele onderdelen met nauwkeurigheidseisen:
- Meet de te vervangen maat nauwkeurig op met een schuifmaat.
- Voeg 0,2 tot 0,3 mm clearance toe aan zittingen en gaten.
- Print een testonderdeel, pas de maten aan, herhaal.
- Overweeg handnabewerking (boren, vijlen) voor kritische maatplaatsen.
FDM is niet het gereedschap voor micrometernauwkeurigheid, maar voor de meeste technische toepassingen is het meer dan voldoende, mits er bewust mee ontworpen wordt.