Dominar precisión, exactitud y tolerancia en impresión 3D

El hecho de que una impresora 3D tenga "alta resolución" en sus especificaciones no significa que todas las piezas impresas sean exactas y precisas. Entender el significado de exactitud, precisión y tolerancia es esencial para lograr un buen resultado en cualquier impresión 3D. A continuación detallamos qué significa cada término en el contexto de la impresión 3D.

Exactitud (Accuracy)

Entendemos exactamente lo cerca que está una medición de su valor real. Si ponemos el ejemplo de una diana, un disparo será más exacto cuanto más cerca esté del centro. En impresión 3D, el valor real serán las dimensiones proyectadas en el diseño CAD. Por tanto, la exactitud de una pieza impresa en 3D será mayor cuanto más se asemeje a su diseño digital.

Precisión (Precision)

La precisión mide la repetibilidad de una medición. Siguiendo el ejemplo de la diana, los disparos podrían impactar siempre cerca del mismo punto (lo que sería preciso), aunque ese punto no fuera el centro. En el contexto de impresión 3D, esto se traduce en la fiabilidad para producir los resultados esperados en cada impresión. En ingeniería, al comparar diferentes materiales de impresión 3D, el término "precisión" se usa para referirse a la capacidad de un material para imprimir geometrías muy complejas.

Imagen 1: Ejemplo de diferencias entre exactitud y precisión. Fuente: Formlabs

Tolerancia

La tolerancia define qué tan exacto necesita ser en una impresión 3D dada. La tolerancia la define el usuario y dependerá de cada aplicación específica. Un componente de ensamblaje mecánico, por ejemplo, requerirá tolerancias más estrictas que la impresión 3D de una carcasa plástica.

Volviendo al ejemplo de la diana, en el ejemplo de la izquierda los disparos están muy cerca entre sí y los definimos como precisos, mientras que en el de la derecha están más alejados y podríamos decir que no son precisos. Ahora, si definimos como tolerancia un rango aceptable de precisión una distancia de 3 anillos, entonces los disparos estarían dentro de especificaciones.

Imagen 2: La tolerancia es el rango aceptable de exactitud. Fuente: Formlabs

Exactitud y precisión en impresión 3D

Al elegir una impresora 3D, es muy importante identificar necesidades específicas. Para ello, es clave entender los conceptos de exactitud y precisión.

Una impresora 3D inexacta pero precisa puede ser la mejor opción para ciertas aplicaciones. Por ejemplo, una impresora 3D FDM de bajo coste producirá piezas menos exactas, pero para uso educativo donde los estudiantes aprenden sobre impresión 3D, puede no importar que las dimensiones de la pieza impresa coincidan exactamente con el diseño CAD. Sin embargo, será importante confiar en que la impresora 3D funcionará consistentemente como se espera, dentro de las tolerancias que el usuario necesita, para lograr una experiencia exitosa.

Por el contrario, para aplicaciones industriales, seguramente se necesitará una impresora 3D que garantice exactitud y buena precisión con tolerancias muy estrictas.

Hay cuatro factores principales que determinan la exactitud y precisión de una impresora 3D:

1. Tecnología de impresión 3D

La impresión 3D es un proceso aditivo donde las piezas se construyen por capas, y cada capa presenta un riesgo de inexactitud. Además, el proceso por el que se forman las capas afecta al nivel de exactitud (repetición) de las capas. En impresión 3D FDM las capas se extruyen por una boquilla que carece de capacidad para lograr detalles complejos, mientras que en estereolitografía (SLA), el material de resina líquida se cura con láser de alta precisión para formar cada capa, pudiendo lograr detalles mucho más finos y fiables al repetir resultados de alta calidad.

Imagen 3: Diferencia entre pieza impresa en FDM (izq.) y SLA (der.). Fuente: Formlabs

Las especificaciones de la impresora 3D por sí solas no representan la exactitud dimensional final. Un error común es describir la resolución XY como exactitud dimensional. En impresoras de procesamiento de luz digital (DLP), la resolución XY es el tamaño del píxel proyectado. Muchos sistemas de impresoras 3D usan este tamaño de píxel proyectado o resolución XY como cifra de exactitud global (ej. tomando tamaño de píxel de 75 micras y afirmando que la exactitud de la máquina es ± 75 micras). Sin embargo, estos datos no tienen implicaciones en la exactitud de una pieza impresa. Hay muchas fuentes de error que pueden afectar la exactitud, desde componentes hasta calibración, así como los siguientes factores que analizaremos (materiales y post-procesado). En resumen, la mejor forma de evaluar una impresora 3D es inspeccionar piezas reales frente a teóricas.

2. Materiales

Las propiedades del material usado para impresión 3D también pueden afectar la probabilidad de deformación de una impresión. Como indicamos antes, todo depende de las necesidades de cada aplicación. En impresión 3D dental, la exactitud respecto al diseño 3D será esencial, por lo que hay productos específicos para estas aplicaciones que garantizan un resultado muy exacto. Por el contrario, para impresión 3D de un prototipo no funcional, donde el objetivo sea simplemente tener una idea general del producto físico, la exactitud será menos importante.

3. Post-procesado

Normalmente, las piezas impresas 3D con resina requieren un proceso de curado post-impresión, en el que la pieza puede contraerse. Esto debe tenerse en cuenta en el diseño, considerando dicha contracción para asegurar que la pieza resultante tras el curado sea dimensionalmente exacta respecto al diseño CAD original.

4. Ecosistema

Lograr una impresión 3D exitosa requiere prestar atención no solo a la impresión en sí, sino a todo el proceso como un todo. El diseño, el software de laminado, los materiales, la temperatura, las herramientas de post-procesado… todo influye en el resultado final.