Precisieplatform 3D-geprint met een standaard FFF-printer en PLA

FFF-printers zijn voor heel veel toepassingen prima, maar niet als het om precisie gaat. Zo wordt althans vaak gedacht. Engineers bij Precisometer bewijzen het tegendeel. Toen ze voor het opensourceproject Arkin een platform nodig hadden om een sample onder een microscoop enkele micrometers te verplaatsen en het budget hiervoor maximaal 20 euro bedroeg, hebben ze er een standaard FFF-printer bij gehaald. Na negen iteraties laten ze zien waar de grenzen liggen en waarom de 3D-printer zelden het probleem is.

Precisometer in Noordwijk is een engineeringbedrijf dat optische systemen, embedded software en PCB-elektronica ontwerpt en produceert voor precisiemetingen en sensing. De engineers zeggen over zichzelf dat ze meetproblemen oplossen die je met standaardoplossingen niet kunt oppakken. Dat doen ze door voor elk uniek probleem een passende technologie te ontwikkelen. Precisometer opereert vanuit de Wfront Principe pre-incubator voor wetenschappelijke startups, onderdeel van het Cometlab in Noordwijk.

Hybride aanpak

Het uiteindelijke NEMA 11-platform is niet volledig 3D-geprint in PLA. Er is gekozen voor een hybride aanpak. Alle mechanische constructiedelen zijn ontworpen voor een standaard FFF-printer met een nozzle van 0,4 mm en geprint in PLA. Volgens de ontwerpregels van het project is er geen speciaal gereedschap nodig, behalve handgereedschap en een printer. De printtijd bedraagt niet meer dan ongeveer vier uur per onderdeel.

In het nieuwste ontwerp bestaan de geprinte onderdelen van één as uit de basis, de slede, twee railblokken, een kogelafstandhouder, een moerafstandhouder en -dop, en de twee aandrijftandwielen. Samen verbruiken ze ongeveer € 1–2 aan filament. De slede glijdt nooit over kunststof. Hij loopt op roestvrijstalen stangen van 2 mm en twee rijen van vijf stalen kogels van 3 mm, en de geprinte onderdelen houden de metalen onderdelen alleen maar op hun plaats. Een standaard M3-schroef dient als spindel en loopt door twee messing moeren.

Testen bewijzen de nauwkeurigheid van de beweging

De uiteindelijke versie is uitgebreid getest. Hieruit blijkt dat dit concept goed in staat is om herhaalbare bewegingen van enkele micrometers over een korte afstand uit te voeren: bij verplaatsingen tussen 5 en 80 micrometer ligt de herhaalnauwkeurigheid tussen 0,5 en 2,7 micrometer. Om dezelfde nauwkeurigheid over een afstand van enkele millimeters te realiseren, is nog verder onderzoek nodig.

De totale kosten voor de mechanische componenten van de NEMA 11-as liggen tussen de 10 en 17 euro. Inclusief de stappenmotor en een Arduino R4 Minima kost de complete set tussen de 25 en 40 euro, vergeleken met de 1.000 euro die gangbaar is voor een precisieplatform.

Ali Azadbakht, engineer bij Precisometer, heeft voor 3D Print magazine een uitgebreid Engelstalig artikel geschreven over de aanpak en de resultaten. In het artikel vind je ook alle links naar de onderliggende bestanden die op GitLab zijn gepubliceerd. Met deze bestanden kan iedereen zijn eigen precisieplatform bouwen.

Lees hier het uitgebreide Engelstalige artikel