F-theta объектив и точность SLM-печати: что значат ±0,05 и ±0,1 мм

Точность SLM-печати задаёт сканерная система: два зеркала гальвосканера отклоняют луч, а F-theta объектив держит фокус в плоскости слоя по всему полю. У настольных DeskFab S1 и H1 в карточках заявлено ±0,05 мм на размерах до 100 мм, у промышленных M140C, M220 и M300 ±0,1 мм до 100 мм и ±0,1% от длины дальше. Точность готовой детали зависит ещё от ориентации, поддержек, термообработки и механообработки.

01Как лазер рисует слой

В SLM-принтере лазер не ездит над платформой, как головка пластикового принтера. Луч отклоняют два лёгких зеркала гальвосканера: одно по оси X, другое по Y. Объектив собирает луч в пятно и ставит его на слой порошка, а программа превращает контур и штриховку слоя в команды зеркалам и лазеру. В принтерах FastForm, по данным карточек моделей, стоит гальвосканер Scanlab с F-theta объективом.

Данные из технических характеристик на страницах DeskFab S1, DeskFab H1, M140C, M220 и M300.

02Зачем нужен F-theta объектив

Зеркала поворачиваются на угол, а пятно должно сместиться по плоскости на нужное расстояние. С обычной линзой точки фокуса при отклонении луча ложатся на дугу: в центре пятно на порошке, а к краям фокус уходит выше слоя. Пятно расплывается, плотность энергии падает, а смещение перестаёт быть пропорциональным углу поворота.

Плоское поле. F-theta объектив рассчитан так, что фокус лежит в плоскости слоя по всему рабочему полю. Размер пятна на краю платформы такой же, как в центре.

Линейная зависимость. Смещение пятна пропорционально углу поворота зеркала: h = f·θ, где f - фокусное расстояние, θ - угол. Отсюда название объектива. Управлять такой системой проще и точнее.

Для печати это значит одинаковую ванну расплава у детали в центре и у детали на краю. Это особенно заметно, когда на платформе десятки коронок или партия мелких деталей.

03Что значат ±0,05 и ±0,1 мм

У промышленных моделей точность записана формулой: ±0,1 мм при L ≤ 100 мм и ±0,1%×L при L > 100 мм. До 100 мм допуск постоянный, дальше растёт с длиной: размер 50 мм - ±0,1 мм, 200 мм - ±0,2 мм, 300 мм - ±0,3 мм. У DeskFab S1 и H1 в карточках указано ±0,05 мм при L ≤ 100 мм, область построения у них и так около 100 мм.

Точность принтера - это точность построения, которую даёт машина. Точность готовой детали складывается из неё и из всего, что происходит до и после печати, об этом в разделе 05.

04Как это видно на детали

Посадки. Для стоматологии ±0,05 мм на настольных DeskFab - это каркас, который садится на модель без долгой припасовки. Подробнее о зуботехнических задачах - в статье о печати металлом в стоматологии. В машиностроении ±0,1 мм позволяет печатать корпуса, кронштейны и оснастку, оставляя механообработку только на ответственные поверхности.

Тонкие стенки и решётки. Минимальная стенка, диаметр отверстия и чёткость мелких элементов зависят от размера пятна. Пятно 45-100 мкм позволяет получать тонкие рёбра и решётчатые структуры, как на снимках ниже.

Одинаковые детали по всей платформе. Когда пятно одинаково по всему полю, одинакова и плотность энергии. Детали в центре и по краям получают близкую плотность и шероховатость, и партию можно принимать по единому контролю.

Стыковка полей в многолазерных машинах. В M220 и старших моделях у каждого лазера своё поле. Там, где поля перекрываются, контуры от разных лазеров должны совпасть. За это отвечает калибровка сканеров между собой, подробнее - в статье о многолазерной печати.

05От чего ещё зависит точность детали

Калибровка без регламента копит ошибку по краям поля. Контур смещается на половину ширины дорожки, если это не учтено при подготовке задания. Деталь может повести после снятия с платформы, если не снять напряжения. На наклонных поверхностях видна ступенчатость слоёв. Подготовку задания, ориентацию и поддержки настраивают в программах FastLayer и FastFab.

06Как задать допуски для печатной детали

1. Разделите поверхности на ответственные (посадки, уплотнения, базы) и свободные.
2. На свободные поверхности закладывайте точность построения принтера: их можно оставить после печати.
3. На ответственные поверхности оставьте припуск под механообработку и согласуйте его с технологом под материал и размер.
4. Учтите термообработку: для ряда сплавов её делают до снятия детали с платформы.
5. Проверьте результат на тестовой детали: измерьте ключевые размеры до запуска партии.

07Частые вопросы

Если вам нужно проверить точность печати на своей детали, оставьте заявку по форме ниже.