Was ist Präzisionstechnik? Kann der 3D-Druck die Prototypenentwicklung und Produktion hochpräziser Bauteile unterstützen? Laut der American Society of Precision Engineering (ASPE), einer Autorität auf diesem Gebiet, ist Präzisionstechnik „eine Disziplin, die den Entwurf, die Entwicklung und die Herstellung von und für hochgenaue Komponenten, Instrumente und Maschinen umfasst.“ Genauigkeit ist jedoch nicht dasselbe wie Präzision, und auch Ingenieurwesen und Fertigung sind nicht identisch. Es gibt auch erhebliche Größenunterschiede zwischen 3D-Bauteilen, die im Mikromaßstab und im Makromaßstab hergestellt werden.
Daher ist es sinnvoll, zunächst einige Definitionen zu betrachten.
Genauigkeit vs. Präzision
Genauigkeit ist definiert als die Übereinstimmung eines gemessenen Wertes mit seinem wahren Wert. Wenn ein Teil 100 mm lang sein soll, aber 125 mm misst, dann ist der 3D-Drucker, der versucht hat, das 100-mm-Teil zu fertigen, nicht sehr genau. Präzision ist anders. Tatsächlich ist es möglich, sowohl ungenau als auch präzise oder genau und unpräzise zu sein. Das liegt daran, dass Präzision sich auf die Wiederholbarkeit oder Reproduzierbarkeit der Messung bezieht. In unserem Beispiel ist ein 3D-Drucker, der 50 Einheiten von 125 mm produziert, die eigentlich 100 mm sein sollten, eine präzise Maschine. Alle Produktionseinheiten haben das gleiche Maß (125 mm), aber dieses Maß ist nicht genau.
Toleranzen
Toleranz, ein weiterer Begriff, der Ingenieuren vertraut ist, ist hier wahrscheinlich nützlicher. Toleranz bezieht sich auf das Ausmaß der akzeptablen Abweichung zwischen der Solldimension und der Istdimension. In unserem Beispiel ist eine Differenz von 25 mm signifikant. Das ist fast ein Zoll Unterschied, ein Betrag, der groß genug ist, um die Teilemontage zu beeinträchtigen. Aber was, wenn alle produzierten Einheiten 101 mm statt 100 mm wären? In vielen industriellen Anwendungen läge eine Differenz von 1 mm innerhalb der Toleranz. In anderen Anwendungen, wie Optik oder Mikroelektronik, könnte eine Differenz von 1 mm jedoch ein Problem darstellen.
Makroskaliger vs. Mikroskaliger 3D-Druck
Eine andere Betrachtungsweise der Präzisionstechnik ist die in relativen Begriffen. Die Website Practical Precision schlägt „ein Genauigkeitsniveau vor, das um viele Größenordnungen kleiner ist“ als die Größe des produzierten Objekts. Welches Bauteil ist also ein besseres Beispiel für Präzisionstechnik? Ein 101 mm großes Bauteil, das 100 mm groß sein sollte, oder ein 101 µm großes Bauteil, das 100 µm groß sein sollte? Millimeter (mm), die erste Maßeinheit, sind 1000-mal größer als Mikrometer (µm). Zur Veranschaulichung: Ein menschliches Haar ist 70 µm dick, während 70 mm eine Bildgröße für Kinofilme bezeichnet.
Präzisionstechnik vs. Präzisionsfertigung
Präzisionstechnik ist nicht auf spezifische Anwendungen beschränkt – und der 3D-Druck ebenso wenig. Hierbei ist es hilfreich, zwei Fertigungstechnologien zu betrachten: Präzisionsbearbeitung und Präzisionsspritzguss. Wie der Name schon sagt, verwendet die Präzisionsbearbeitung Werkzeugmaschinen, um sehr enge Toleranzen, einschließlich komplexer geometrischer Formen, zu erreichen. Auch der Präzisionsspritzguss kann sehr enge Toleranzen erzielen. Mit anderen Worten könnte man sagen, dass alle spritzgegossenen Teile (und typischerweise sind es Tausende) nahe genug an der gewünschten Messung gefertigt werden, unabhängig von Abweichungen zwischen den einzelnen Teilen.
Druckauflösung im Mikromaßstab
Die meisten 3D-Drucker können keine sehr kleinen Teile herstellen, und nicht alle Drucker, die dazu in der Lage sind, verfügen über die ausreichende Genauigkeit und Präzision für Anwendungen wie medizinische Geräte, Optik und Mikroelektronik. Diesen 3D-Druckern kann es auch an der erforderlichen Druckauflösung mangeln, die sich auf den Detailgrad des gedruckten Teils bezieht. Wenn ein 3D-Drucker eine geringe Druckauflösung aufweist, sehen seine Teile nicht wie ein präzisionsgefertigtes oder präzisionsspritzgegossenes Teil aus. Verfügt ein 3D-Drucker jedoch über eine hohe Druckauflösung, kann er die Präzisionsentwicklung (und Präzisionsfertigung) von Teilen für hochpräzise Anwendungen wie winzige MEMS-Bauteile und mikrofluidische Bauteile unterstützen.
Präzisionstechnik und PµSL-Technologie
Angenommen, Sie möchten eine Mikrostruktur mit einer Drucktoleranz von +/- 10µm ~ +/- 25µm und einer Auflösung von 2µm ~ 50µm im 3D-Druck herstellen. Dies ist kein ungewöhnliches Beispiel bei vielen führenden Unternehmen, Universitäten und staatlichen Forschungseinrichtungen. Die Projection Micro Stereolithography (PµSL), eine von Boston Micro Fabrication (BMF) entwickelte 3D-Drucktechnologie, bietet eine Kombination aus Genauigkeit und Präzision für exaktere, filigranere und reproduzierbare Bauteile. Mit ihrer ultrahohen Auflösung unterstützt sie zudem die Präzisionstechnik auf Bauteilebene, die nicht nur von Ingenieuren, sondern auch von Wissenschaftlern und Forschern benötigt wird.
Präzisionsgefertigte 3D-Drucker
Um mehr über den Mikro-3D-Druck mit ultrahoher Auflösung, Genauigkeit und Präzision zu erfahren, laden Sie unser Whitepaper Einführung in den 3D-Druck mit PuSL-Technologie herunter. Die microARCH™ Produktreihe umfasst 2 µm, 10 µm und 25 µm Drucker, und diese Maschinen sind präzisionsgefertigt für Positionierung und Stabilität bei sehr kleinen Dimensionen. Der microARCH™ S230 von BMF, unser fortschrittlichster und hochauflösendster 3D-Drucker, wurde kürzlich als Gewinner der TCT Awards 2022 in der Kategorie TCT Hardware Award – Polymer Systems ausgezeichnet.
Für präzisionsgefertigte 3D-gedruckte Teile ist es nur sinnvoll, präzisionsgefertigte 3D-Drucker zu verwenden. Kontaktieren Sie BMF für weitere Informationen.
