Exactitud, precisión y tolerancia en la impresión 3D

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

Precisión

Entendemos exactamente qué tan cerca está una medida de su valor real. Si ponemos un ejemplo como diana, un tiro será más certero cuanto más cerca esté del centro de la diana. En la impresión 3D, el verdadero valor serán las dimensiones proyectadas en el diseño CAD. Por tanto, la precisión de una pieza impresa en 3D será mayor cuanto más se asemeje a su diseño digital.

Precisión

La precisión mide la repetibilidad de una medición. Siguiendo el ejemplo de la diana, los disparos siempre podrían estar impactando cerca del mismo punto (lo que sería exacto), aunque ese punto podría no ser el centro de la diana. En el contexto de la impresión 3D, esto se traduce en confiabilidad para producir los resultados esperados en cada impresión. En el campo de la ingeniería, cuando se comparan diferentes materiales de impresión 3D, el término "precisión" se utiliza 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 preciso debe ser en una impresión 3D determinada. 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 caja de plástico.

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

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

Exactitud y precisión en impresión 3D

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

Una impresora 3D imprecisa y precisa puede ser la mejor opción para ciertas aplicaciones. Por ejemplo, una impresora 3D FDM de bajo costo producirá piezas menos precisas, pero para uso educativo donde los estudiantes están aprendiendo sobre impresión 3D, puede que no sea importante que las dimensiones de la pieza impresa coincidan exactamente con las del diseño CAD. Sin embargo, será importante estar seguro de que la impresora 3D funcionará de manera consistente como se espera, dentro de las tolerancias que necesita el usuario, para lograr una experiencia exitosa.

Por el contrario, para aplicaciones en la industria, seguramente es necesaria una impresora 3D que garantice precisión y buena precisión con tolerancias muy estrictas.

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

1. Tecnología de impresión 3D

La impresión 3D es un proceso aditivo en el que las piezas se construyen en capas, y cada capa presenta un riesgo de imprecisión. Además, el proceso mediante el cual se forman las capas afecta el nivel de precisión (repetibilidad) de las capas. En una impresión 3D FDM las capas son extruidas por una boquilla (nozzle) que carece de la capacidad de lograr detalles complejos, mientras que en la impresión 3D estereolitografía (SLA) el material de resina líquida es curado con un láser de alta precisión para formar cada capa, siendo capaz de lograr detalles mucho más finos y confiables cuando se trata de lograr repetidamente resultados de alta calidad.

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

Las especificaciones de la impresora 3D por sí solas no representan la precisión dimensional final. Un error común es la descripción de la resolución XY como precisión dimensional. Para las impresoras de procesamiento de luz digital (DLP), la resolución XY es el tamaño de píxel proyectado. Muchos sistemas de impresoras 3D utilizan este tamaño de píxel proyectado o resolución XY como la cifra de precisión general (por ejemplo, tomando un tamaño de píxel proyectado de 75 micras y afirmando que la precisión de la máquina es de ± 75 micras). Sin embargo, estos datos no tienen implicaciones en la precisión de una pieza impresa. Hay muchas fuentes de error que pueden tener un impacto en la precisión, desde los componentes hasta la calibración, así como los siguientes factores que analizaremos (materiales y posprocesamiento). En resumen, la mejor manera de evaluar una impresora 3D es comparar piezas reales con piezas teóricas.

2. Materiales

Las propiedades del material utilizado para la impresión 3D también pueden afectar la probabilidad de deformación de una impresión. Como indicábamos anteriormente, todo depende de las necesidades de cada aplicación. En la impresión 3D dental la precisión con respecto al diseño 3D será fundamental, por lo que existen productos específicos para estas aplicaciones que garantizan un resultado muy preciso. Por el contrario, para la impresión 3D de un prototipo no funcional, donde el objetivo puede ser simplemente tener una idea general del producto físico, la precisión será menos importante.

3. Posprocesado

Normalmente, las piezas impresas en 3D con resina requieren un proceso de curado posterior a la impresión, en el que la pieza puede contraerse. Esto debe tenerse en cuenta en el diseño, considerando dicha contracción para garantizar que la pieza resultante después del proceso de curado sea dimensionalmente precisa con respecto al diseño CAD original.

4. Ecosistema

Lograr una impresión 3D exitosa requiere prestar atención no solo a la impresión 3D en sí, sino a todo el proceso en su conjunto. El diseño, el software de laminación, los materiales, la temperatura, las herramientas de postprocesado… todo influye en el resultado final.