Tolleranze e accuratezza nelle tecnologie di stampa 3D

Le tolleranze vengono spesso confuse con i concetti di accuratezza e precisione. Nella tecnologia di stampa 3D, si tratta di termini di diverso significato che non vanno utilizzati in modo intercambiabile. Le tolleranze definiscono il grado di precisione da rispettare in fase di progettazione. In altri termini, è lo spazio di manovra consentito in un processo di progettazione o produzione e dipende da standard individuali o del settore.

L’accuratezza, invece, si riferisce semplicemente al grado di coerenza tra le dimensioni ottenute e il valore effettivo. In questo caso, il valore effettivo è dato dalle dimensioni del modello digitalizzato per la stampa 3D. L’accuratezza definisce quindi quanto le dimensioni delle parti stampate in 3D si avvicinano a quelle del modello.

Tolleranze nella stampa 3D: cosa aspettarsi

Ogni tecnologia di stampa 3D offre capacità differenti quando si parla di tolleranze. L’accuratezza raggiungibile dipende da dimensioni delle parti, materiale scelto e geometria, specialmente nel caso di design voluminosi, che sono maggiormente soggetti a restringimento.

Nikolaus Mroncz

Responsabile del reparto vendite

Sebbene la post-lavorazione contribuisca a migliorare l’accuratezza dimensionale, non sempre si riescono a ottenere tolleranze ridotte al primo tentativo. Ecco perché noi di Xometry produciamo spesso una parte di prova iniziale, che aiuta i clienti a raggiungere le tolleranze richieste fin dall’inizio.

La seguente è una breve panoramica delle tolleranze generali offerte da Xometry per le tecnologie di stampa 3D più usate. I valori sono indicativi e possono variare a seconda di fattori quali dimensioni delle parti, materiale scelto e geometria.

Tecnologia di stampa 3D	Tolleranze
MJF	± 0,3% (± 0,2 mm)
SLS	± 0,3% (± 0,3 mm)
SLA	± 0,5% (± 0,2 mm)
FDM	± 0,5% (± 0,5 mm)
Carbon DLS	± 0,1% (± 0,1 mm)
DMLS	± 0,2% (±0,1-0,2 mm)
Polyjet	±0,1 mm è la tolleranza tipica per le prime decine di mm, dopodiché si aggiungono ±0,05 mm per ciascun mm successivo.

Nelle seguenti sezioni approfondiremo le tolleranze tipiche che si possono ottenere con ciascuna tecnologia di stampa 3D.

Tolleranze della stampa 3D MJF

La stampa 3D HP Multi Jet Fusion (MJF) è una delle tecnologie di stampa 3D più convenienti in grado di offrire tolleranze fini. Prevede l’applicazione di un agente di fusione a un materiale in polvere, seguita dalla polimerizzazione sistematica di ciascuno strato tramite una fonte di calore. Le camere di stampa riscaldate aumentano la temperatura complessiva della polvere, riducendo al minimo deformazioni e restringimento e consentendo variazioni graduali della temperatura che migliorano l’accuratezza dimensionale.

Tuttavia, l’accumulo di calore, proveniente soprattutto dalle lampade a infrarossi utilizzate durante la stampa, può comunque dare luogo a sollecitazioni termiche. Le geometrie più spesse, le superfici ampie e le pareti con spessori irregolari sono più soggette a deformazioni o torsioni causate dal restringimento. Per ridurre questi rischi, è consigliabile seguire linee guida di progettazione simili a quelle usate per le parti stampate a iniezione.

Parametro	Valore
Tolleranza	± 0,3% (limite inferiore: ± 0,3 mm) Consiglio: per tolleranze più ridotte, si consiglia di usare PA 12 rinforzato con vetro.
Restringimento/Deformazione	Il restringimento va in genere dal 2 al 3%. Tuttavia, chi usa la stampa MJF normalmente ne tiene conto nel design.
Volume di stampa	Fino a 380 x 284 x 380 mm, ma noi consigliamo in genere dimensioni massime pari a 356 x 280 x 356 mm.
Spessore dello strato	~0,08 mm
Dimensioni minime dei dettagli	Minimo 0,5 mm, consigliato 0,7 mm
Strutture di supporto	Non necessarie

Complex 3D printed part via MJF — Parte complessa realizzata tramite stampa 3D MJF

Tolleranze della stampa 3D SLS

La sinterizzazione laser selettiva (SLS) è simile alla MJF sotto molti aspetti. L’unica differenza è che la stampa SLS utilizza un laser CO₂ per riscaldare la polvere di polimero anziché una lampada termica. Sia la MJF che la SLS sono soggette a deformazione e restringimento. Nella SLS, questi fenomeni vengono mitigati lasciando raffreddare gradualmente le parti stampate in 3D nella polvere.

Parametro	Valore
Tolleranza	± 0,3% (± 0,3 mm per 100 mm) Consiglio: per tolleranze più ridotte, si consiglia di usare PA 12 rinforzato con vetro.
Restringimento/Deformazione	Il restringimento va in genere dal 3 al 3,5%. Le ampie superfici piane sono particolarmente soggette a deformazione.
Volume di stampa	Fino a 340 x 340 x 605 mm, ma noi consigliamo in genere dimensioni massime pari a 320 x 320 x 580 mm.
Spessore dello strato	~0,1 mm e 1,5 mm per le parti impermeabili, quando lo spessore delle pareti è maggiore.
Dimensioni minime dei dettagli	Minimo 0,5 mm, consigliato 0,75 mm
Strutture di supporto	Non necessarie

SLS PA 12 — Parte SLS realizzata in PA 12

Tolleranze della stampa 3D SLA

La stereolitografia, o SLA, è tra le tecnologie di stampa 3D preferite per i casi in cui sono fondamentali tolleranze più ridotte e una maggiore accuratezza. I materiali scelti per questo processo (polipropilene, ABS, policarbonato, ecc.) vengono polimerizzati e lavorati ai raggi UV. Tuttavia, i materiali con elevate proprietà di flessione non sono adatti in quanto soggetti a deformazione.

Questa tecnologia richiede inoltre il fissaggio delle parti da stampare in 3D alla piattaforma di stampa e la generazione di strutture di supporto per i dettagli con angoli inferiori a 45^o.

Parametro	Valore
Tolleranza	± 0,5% (± 0,20 mm)
Restringimento/Deformazione	Le spaziature non supportate sono soggette a deformazione.
Volume di stampa	Fino a 736 x 635 x 533 mm
Spessore dello strato	~ 0,02 mm
Dimensioni minime dei dettagli	0,1 mm
Strutture di supporto	Sì, per i dettagli sporgenti

SLA Industrial Black, ABS-Like Side — Parte SLA realizzata in materiale simil-ABS di colore nero industriale

Tolleranze della stampa 3D FDM

La modellazione a deposizione fusa (FDM) consente di produrre parti tramite l’estrusione di materiale termoplastico su una piattaforma di stampa, strato dopo strato. È adatta a parti di dimensioni più grandi, geometrie meccaniche e applicazioni che non richiedono dettagli estremamente piccoli. La FDM viene utilizzata in molti settori per via della sua versatilità e convenienza.

Come la stampa SLA, la FDM richiede strutture di supporto e la post-lavorazione rischia di introdurre inaccuratezze dimensionali, soprattutto nelle aree ad alta densità di supporti. Inoltre, la larghezza dell’ugello rende difficile riprodurre i dettagli di piccole dimensioni in modo accurato. Il restringimento inizia immediatamente, mentre il materiale si raffredda dopo la deposizione, e le tolleranze possono variare notevolmente tra le stampanti FDM desktop e industriali.

Parametro	Valore
Tolleranza dimensionale	Prototipazione (desktop): ± 0,5% (limite inferiore: ± 0,5 mm) Industriale: ± 0,15% (limite inferiore: ± 0,2 mm)
Restringimento/Deformazione	Materiali come il PLA offrono un restringimento ridotto (0,3-0,5%), mentre il nylon 12 può restringersi fino al 2% e il PVDF fino al 4%.
Volume di stampa	Fino a 914 x 610 x 914 mm
Spessore dello strato	~0,05-0,3 mm
Dimensioni minime dei dettagli	Fino a 0,2 mm
Strutture di supporto	Sì, per i dettagli sporgenti

FDM 3D printed parts — Parti realizzate tramite stampa 3D FDM

Tolleranze della stampa 3D DMLS

La sinterizzazione laser diretta dei metalli (DMLS) è utilizzata per produrre parti in metallo quasi del tutto prive di pori con una rugosità superficiale di circa 20 micrometri. Il processo è caratterizzato da calore elevato, che spesso causa restringimento e deformazioni. A differenza della plastica, i metalli hanno conduttività termiche e tassi di restringimento differenti, che vanno tenuti in considerazione in fase di progettazione per garantire l’accuratezza dimensionale.

Parametro	Valore
Tolleranza	± 0,2% (± 0,1-0,2 mm)
Restringimento/Deformazione	Il calore elevato derivante dal processo può causare restringimento e deformazioni.
Volume di stampa	250 x 250 x 325 mm
Spessore dello strato	0,02-0,08 mm a seconda del materiale
Dimensioni minime dei dettagli	0,75 mm per i dettagli cosmetici, 1,5 mm per gli elementi strutturali
Strutture di supporto	Sì, per i dettagli sporgenti

DMLS Aluminum AlSi10Mg — Parte in alluminio AlSi10Mg realizzata tramite DMLS, così come stampata

Tolleranze della stampa 3D Polyjet

La stampa Polyjet è una delle tecnologie di stampa 3D più accurate, in quanto offre le tolleranze più ridotte e un’eccezionale risoluzione dei dettagli. Utilizza fotopolimeri rigidi e simili alla gomma senza ricorrere al calore, il che la rende meno soggetta a deformazione e restringimento. Tuttavia, i materiali sono meno robusti delle termoplastiche usate nella FDM o SLS.

Parametro	Valore
Tolleranza	± 0,05-0,1 mm per 100 mm
Restringimento/Deformazione	Minimo per via del processo di polimerizzazione UV. Tuttavia, le ampie aree piane possono subire una lieve deformazione.
Volume di stampa	Fino a 490 mm x 391 mm x 200 mm
Spessore dello strato	0,004 mm
Dimensioni minime dei dettagli	1,2 mm o più per i materiali rigidi. 2 mm o più per i materiali simili alla gomma.
Strutture di supporto	Sì, per i dettagli sporgenti

Polyjet printed part — Parte realizzata tramite stampa Polyjet

Tolleranze della stampa 3D Carbon DLS

La Carbon DLS è una tecnologia di stampa 3D ad alta accuratezza che utilizza resine ingegneristiche polimerizzate termicamente. Questi materiali includono opzioni a base di uretano come FPU (flessibile), RPU (rigido), EPU (elastomerico) e SIL, che assomiglia al silicone. Sebbene la Carbon DLS offra dettagli precisi e parti resistenti, il processo di polimerizzazione può causare un lieve restringimento.

Parametro	Valore
Tolleranza	±0,1% (± 0,1 mm per 100 mm)
Restringimento/Deformazione	Il processo di polimerizzazione può causare un lieve restringimento.
Volume di stampa	Fino a 119 x 189 x 300 mm. Dimensioni consigliate: entro 100 x 100 x 150 mm.
Spessore dello strato	~0,1 mm
Dimensioni minime dei dettagli	Minimo 1 mm consigliato
Strutture di supporto	Sì, per i dettagli sporgenti

Impatto della post-lavorazione sulle tolleranze

La maggior parte delle tecnologie richiede la generazione di strutture di supporto. Tuttavia, la loro rimozione non solo influisce sulla finitura superficiale, ma può anche comportare inaccuratezze dimensionali dovute alla rimozione di materiale in corrispondenza dei punti di distacco.

Processi di finitura come la sabbiatura possono essere usati per ridurre le dimensioni in eccesso, mentre tecniche come il rivestimento e la verniciatura possono aumentare leggermente le dimensioni. Nella DMLS, vengono spesso applicati 1-2 mm di materiale aggiuntivo alle superfici più importanti, poi sottoposti a lavorazione meccanica dopo la stampa. Questa è la soluzione ideale per correggere le dimensioni e ottenere tolleranze ridotte.

Fattori che influiscono sulle tolleranze nella tecnologia di stampa 3D

Nella stampa 3D, i principali fattori che influiscono sulle tolleranze sono:

Restringimento del materiale (variazione di volume dovuta al passaggio dallo stato liquido a quello solido)
Spessore dello strato
Dimensioni minime dei dettagli
Dimensioni di stampa (dimensioni massime della parte da stampare, a seconda della tecnologia)

1) Restringimento del materiale

Il materiale di stampa utilizzato nei processi di stampa 3D include filamenti termoplastici, polveri, resine, fotopolimeri liquidi e polvere di metallo. Tutti questi materiali hanno gradi di restringimento variabili. Come principio della stampa 3D, i polimeri si restringono naturalmente durante il raffreddamento e la solidificazione del processo di stampa. Il tasso di restringimento è specifico per il materiale.

Fattore	Impatto su restringimento e tolleranze	Soluzioni pratiche
Tipo di materiale	Materiali differenti si restringono a velocità differenti. Ad esempio, il nylon si restringe più del PLA.	Applica regole di progettazione specifiche per il materiale; scegli materiali a basso restringimento come PLA, PETG o resine fotopolimeriche per parti ad alta precisione.
Geometria della parte	Le sezioni ampie, piane o spesse sono soggette a deformazione e distorsione.	Aggiungi rinforzi alle superfici ampie; evita gli spigoli vivi; se possibile, riduci la massa delle parti.
Spessore delle pareti	Le pareti irregolari si raffreddano a velocità differenti, provocando sollecitazioni interne e deformazioni.	Mantieni uno spessore delle pareti uniforme; crea transizioni graduali tra le sezioni spesse e quelle sottili.

2) Spessore dello strato

Lo spessore dello strato, anche detto risoluzione verticale, determina il grado di accuratezza di una parte nella direzione Z. Il suo impatto risulta particolarmente evidente in processi come FDM, SLA e Polyjet, in cui le parti vengono stampate direttamente su un letto. La seguente è una panoramica di come lo spessore dello strato influisce sulla qualità di stampa nelle diverse tecnologie:

Tecnologia	Spessore dello strato tipico	Impatto sull’accuratezza	Considerazioni
FDM	0,05-0,3 mm	Un ampio strato iniziale (spesso superiore al 100% dell’estrusione) può portare a una base sovradimensionata; scalinatura visibile sulle curve.	Evita i dettagli ultra-sottili sulle curve o sulle superfici di base.
SLS	0,10-1,50 mm	Lo spessore dello strato è predefinito; scalinatura meno visibile a causa della fusione della polvere.	Non ideale per i dettagli curvi, ma risultati dimensionali uniformi.
MJF	0,08 mm	Risoluzione Z uniforme, con minima scalinatura visibile.	Processo molto stabile; adatto a parti funzionali con buona accuratezza dimensionale.
SLA	0,02 mm	Buona risoluzione Z, ma possono verificarsi deformazioni dovute alle sollecitazioni della polimerizzazione.	Utilizza supporti per stabilizzare le parti alte.
DMLS	0,02-0,08 mm	Gli strati molto sottili riducono la scalinatura, ma le sollecitazioni termiche possono influire sulla planarità.	Utilizza supporti ottimizzati.
Polyjet	0,04 mm	Eccellente accuratezza Z; scalinatura minima.	Ideale per superfici lisce e dettagli precisi.

Nikolaus Mroncz

Head of Sales Engineering

Poiché la stampa 3D crea le parti strato dopo strato, le superfici curve o angolate presentano naturalmente un effetto scalinato. Questo non solo influisce sulla finitura superficiale, ma può leggermente alterare le dimensioni previste, soprattutto su dettagli come sfere o smussature. Ridurre lo spessore dello strato contribuisce a minimizzare questo effetto, mentre metodi di post-lavorazione come sabbiatura, lucidatura o levigatura a vapore vengono spesso usati per ripristinare la precisione richiesta.

3) Dimensioni minime dei dettagli

Le dimensioni minime dei dettagli si riferiscono al dettaglio più piccolo che una stampante 3D è in grado di produrre in modo affidabile. Dipendono sia dalla tecnologia di stampa che da parametri specifici della macchina quali diametro dell’ugello, spessore dello strato e dimensioni del fascio laser.

Nella stampa FDM, le dimensioni dei dettagli dipendono dall’ugello e dallo spessore dello strato:

Risoluzione X-Y: determinata dal diametro dell’ugello. Un ugello di diametro minore consente di ottenere dettagli più piccoli su superfici orizzontali.
Risoluzione Z: controllata dallo spessore dello strato. Strati più sottili consentono di ottenere una migliore risoluzione sulle superfici verticali e oblique.
Ad esempio, un ugello di 0,4 mm stampa in genere dettagli non inferiori a 0,4-0,5 mm lungo l’asse X-Y. Le scritte o scanalature di dimensioni più piccole hanno una resa migliore se stampate con un ugello di 0,2 mm.
Nota: il livello di dettaglio dipende dall’orientamento della parte. I dettagli sulla superficie superiore risultano più nitidi di quelli sui lati verticali.

La risoluzione nelle tecnologie basate su polvere e resina dipende dal diametro del fascio laser o della fonte luminosa e dalle caratteristiche del materiale:

Dimensioni punto laser/luce: definiscono i dettagli X-Y più piccoli che è possibile stampare.
Spessore dello strato: influisce sulla risoluzione Z, come nella FDM.
Riutilizzo del materiale: nei metodi basati su polvere (MJF, SLS, DMLS), la polvere riutilizzata tende a diventare meno sferica nel tempo, riducendo l’uniformità di risoluzione e l’affidabilità dimensionale.

4) Dimensioni di stampa

Le dimensioni di stampa si riferiscono alle dimensioni massime complessive della parte che una stampante può produrre o alle dimensioni massime che un’area di stampa può ospitare in una stampante. Più grande è la parte, più tempo richiede la polimerizzazione o il raffreddamento. Durante questo processo, si verificano notevoli deformazioni e restringimento a causa del raffreddamento non uniforme.

Le parti di grandi dimensioni richiedono anche numerose strutture di supporto (in base a design e processo), la cui rimozione influisce sulla qualità superficiale.

Acquisto di parti stampate in 3D con tolleranze ridotte

Per ottenere tolleranze ridotte nella stampa 3D non basta solo selezionare la giusta tecnologia, ma è anche necessario comprendere l’interazione tra comportamento del materiale, funzionalità della stampante, geometria della parte e impostazioni del processo. I team di design devono tenere in considerazione i requisiti di tolleranza fin dalla fase CAD iniziale, applicare regole di progettazione specifiche per il processo e pianificare la post-lavorazione per i casi che la richiedono. Quando la precisione è fondamentale, scegliere materiali stabili e tecnologie affidabili come SLA, Polyjet o DMLS può fare una notevole differenza.

In alternativa, lavorare con un partner di produzione esperto consente di accedere a macchine industriali, ambienti controllati e feedback di esperti, che garantiscono parti conformi alle specifiche funzionali e dimensionali. Xometry offre servizi di stampa 3D industriale personalizzati con un’ampia gamma di tecnologie e materiali, opzioni di ispezione dimensionale e supporto di esperti per aiutarti a ottenere la precisione che il tuo progetto richiede.