Toleranties bij 3D-printen: hoe nauwkeurig is FDM?

Hoe nauwkeurig is een FDM-print?

Een FDM-print is nauwkeurig tot op enkele tienden van een millimeter. Als vuistregel wijkt een maat 0,1 tot 0,3 mm af van de tekening, afhankelijk van de vorm, het materiaal en de printrichting. Dat is ruim voldoende voor behuizingen, houders en de meeste vervangstukken, maar te grof voor een precisiepassing zonder nabewerking.

De oorzaak zit in het proces. De printer legt lijnen gesmolten kunststof van ongeveer 0,4 mm breed neer in lagen van 0,2 mm. Die lijnen vloeien een beetje uit, krimpen bij het afkoelen en worden in bochten net iets anders neergelegd dan op rechte stukken. Elk van die effecten is klein. Samen bepalen ze of een deksel klemt of rammelt.

Welke tolerantie mag je verwachten?

Reken voor FDM op ± 0,2 mm voor maten tot ongeveer 50 mm en op ± 0,5 % voor grotere maten. Een onderdeel van 200 mm lang kan dus 1 mm afwijken. Ter vergelijking: een groot online printplatform geeft voor FDM een maatnauwkeurigheid op van ± 0,5 %, met een ondergrens van ± 0,5 mm.

Dat cijfer staat op de pagina over 3D-printen van Protolabs Network en geldt voor uiteenlopende machines. De waarden in deze gids zijn gangbare vuistregels voor een goed afgestelde printer met een nozzle van 0,4 mm, geen eigen metingen. Ze gelden voor het vlak van de printplaat. In de hoogte is de laagdikte van 0,2 mm de kleinste stap.

Wat een maat minder nauwkeurig maakt:

• Grote, vlakke stukken, die bij het afkoelen krimpen en kromtrekken.
• De onderste laag, die iets uitloopt op de printplaat.
• Vlakken op steunmateriaal, die ruwer en minder vlak zijn.
• ABS en ASA, die meer krimpen dan PLA en PETG.

Hoeveel speling teken je voor een passing?

Teken voor een schuivende passing 0,2 mm speling per zijde, voor een vaste passing 0,1 mm per zijde en voor een klempassing 0 tot 0,05 mm. Delen die vrij moeten bewegen of samen in één keer geprint worden, krijgen 0,3 tot 0,5 mm. Speling per zijde betekent dat een as van 10 mm een gat van 10,4 mm krijgt.

Het zijn vuistregels voor een nozzle van 0,4 mm en lagen van 0,2 mm. Een klikverbinding vraagt meer dan speling: het lipje moet kunnen doorbuigen zonder te breken. Maak het daarom lang en dun, print het plat zodat de lagen in de lengte van het lipje lopen, en kies PETG in plaats van PLA als het vaak open en dicht moet. De eigenschappen per kunststof staan bij de materialen.

Waarom gaten kleiner uitvallen

Geprinte gaten vallen ongeveer 0,1 tot 0,3 mm kleiner uit dan getekend. Daar zijn drie oorzaken voor: een rond gat wordt in het bestand benaderd met rechte stukjes die binnen de cirkel liggen, de kunststof wordt in een bocht naar binnen getrokken, en het materiaal krimpt bij het afkoelen rond de opening.

Het eerste effect ontstaat al bij het exporteren: een STL beschrijft een cirkel als een veelhoek, en de vlakke zijden daarvan snijden een stukje van het gat af. Exporteer dus fijn genoeg, zoals beschreven in de gids over je STL-bestand voorbereiden. Het tweede en derde effect zitten in het printen zelf.

Compenseren doe je zo:

• Teken gaten 0,2 mm groter in diameter, kleine gaten onder 5 mm tot 0,3 mm groter.
• Print gaten bij voorkeur verticaal. Liggende gaten worden ovaal.
• Voor een exacte maat: teken het gat 0,5 mm te klein en laat het opboren.
• Buitenmaten, zoals een pen of een as, vallen juist een fractie groter uit. Het verschil telt dus dubbel.

Goed om weten. Schrijf nooit de speling weg in beide delen zonder het te noteren. Kies één deel dat de nominale maat krijgt, meestal het gekochte of bestaande onderdeel, en leg alle speling in het geprinte deel. Dan weet je bij een tweede versie nog wat je aangepast hebt.

Krimp en kromtrekken per materiaal

PLA krimpt het minst en blijft het best op maat. PETG doet het bijna even goed. ABS en ASA krimpen merkbaar meer bij het afkoelen en trekken daardoor krom, vooral bij grote, vlakke stukken en scherpe hoeken. Kies PLA of PETG wanneer maatvastheid belangrijker is dan hittebestendigheid.

Het verschil zie je in de instellingen die de fabrikant voorschrijft. Bambu Lab raadt voor PLA Matte een printbed van 35 tot 45 °C aan. Voor ASA is dat 80 tot 100 °C, met een kamertemperatuur van 45 tot 60 °C. Hoe groter het verschil tussen printtemperatuur en kamertemperatuur, hoe meer spanning er in het stuk komt. Daarom worden ABS en ASA in een gesloten, warme printer gemaakt.

Wat helpt tegen kromtrekken:

• Hoeken afronden met een straal van enkele millimeters.
• Grote vlakke bodems onderbreken met ribben of uitsparingen.
• Wanden overal ongeveer even dik houden.
• Een groot stuk opdelen, zoals beschreven bij de ontwerpregels voor FDM.

Zo test je een passing voor je de serie print

Test een passing met een proefstukje dat alleen de kritische vorm bevat: het gat, de gleuf of het kliksysteem, uitgesneden uit het volledige model. Zo'n stukje print in een kwartier tot een halfuur en vertelt je meer dan een berekening. Pas daarna de speling aan en print het volledige onderdeel.

Een werkwijze in vier stappen:

1. Snij in je CAD-programma een schijf of blokje van enkele millimeters dik uit rond de passing.
2. Teken er drie varianten van naast elkaar, bijvoorbeeld met 0,1, 0,2 en 0,3 mm speling per zijde, en markeer ze met één, twee en drie streepjes.
3. Laat ze printen in hetzelfde materiaal en dezelfde richting als het uiteindelijke stuk.
4. Probeer ze uit op het echte tegenstuk en neem de speling van de variant die het best voelt.

Voor een serie is dat geen luxe. Een fout van 0,2 mm op één stuk is een herdruk. Dezelfde fout op vijftig stuks is een doos dure onderzetters. Een proefstukje kost meestal niet meer dan de minimumbestelling van € 10. Wat een grotere bestelling kost, zie je bij de prijzen.

Zelf laten printen?

Moet je onderdeel ergens op, in of rond passen, vermeld dan het tegenstuk en de maat die telt. Daar wordt bij het printen rekening mee gehouden. Lees meer over een prototype laten 3D-printen of vraag je offerte aan.