Welche 3D-Drucktechnologie eignet sich am besten für Sie?

Die Welt des 3D-Druckens kann ein verwirrender Ort sein. Es gibt unzählige Arten von Druckern und Serviceleistungen, und die Unterschiede zwischen ihnen sind oft komplex und schwer zu erkennen. Beim Vergleich verschiedener Technologien ergeben einfache Fragen wie „Was ist schneller?“, „Was ergibt ein besseres Ergebnis“ oder „Was ist billiger?“ Oft komplexe Antworten und eine Liste mit qualifizierenden Aussagen. Dies kann die Auswahl eines 3D-Druckers zu einer entmutigenden und frustrierenden Aufgabe machen. Schauen wir uns sechs der wichtigsten 3D-Drucktechnologien an, die heute verfügbar sind, und versuchen Sie, die Situation ein wenig klarer zu machen.

SLA

In den letzten Jahren ist der SLA (Stereolithographie-Apparat) ziemlich beeindruckend gestiegen und hat FDM einen großen Marktanteil genommen. Vor nicht allzu langer Zeit wurde diese Technologie als teuer und unzugänglich angesehen, aber seit dem Auslaufen der entsprechenden Patente sind die Preise gefallen und bieten jetzt ein hohes Maß an Präzision zu einem erschwinglichen Preis.

Ein großer industrieller SLA-Drucker

Laserpräzision

SLA-Teile werden durch einen Laser hergestellt, der kleine Harzbereiche selektiv aushärtet. Der Laser zieht eine Schicht nach der anderen heraus, und nachdem jede Schicht abgeschlossen ist, steigt die Plattform eine Stufe an und der Vorgang wird fortgesetzt. Der Strahl kann extrem klein sein, was ein sehr hohes Maß an Details ermöglicht (obwohl der Strahl umso länger dauert, je kleiner er ist). SLA-Builds sind nicht nur sehr detailliert, sondern auch ungewöhnlich glatt.

Harz

Eines der Dinge, die die Leute von SLA abhalten, ist das Harz. Das beim 3D-Drucken verwendete Harz ist mäßig giftig und muss mit äußerster Sorgfalt behandelt werden. Es hat auch einen beißenden Geruch und muss in einem gut belüfteten Raum verwendet werden. Obwohl SLA-Geräte jetzt sehr erschwinglich sind, ist das Harz immer noch recht teuer, was die Betriebskosten erhöht. Die meisten Gerätehersteller bestehen darauf, dass die Benutzer ihr eigenes Harz kaufen, wodurch Einkäufe vermieden werden, um Geld zu sparen.

Anwendungen

SLA ist eine äußerst vielseitige Technologie mit einem breiten Spektrum industrieller Anwendungen. Es wird am häufigsten für das Rapid Prototyping verwendet und ist aufgrund seiner hohen Genauigkeit auch ideal für die Erstellung von Werkzeugen und Formen. SLA eignet sich aufgrund von Einschränkungen bei den Materialien, die verwendet werden können, weniger für die Herstellung von Verbraucherprodukten. Es ist auch ein bisschen langsam für große Serien.

DLP

DLP (Digital Light Processing) ist dem SLA ähnlich, da Teile durch Härten von Harz mit einem Laser geformt werden. Der Hauptunterschied besteht darin, dass in DLP anstelle eines schmalen Strahls, der jede Schicht herauszieht, ganze Schichten in einer einzigen Belichtung gehärtet werden.

Nahaufnahme der Harzschale

Unterschiede zur SLA

Trotz der technologischen Ähnlichkeit mit SLA können mit DLP hergestellte Teile erheblich anders aussehen. SLA erzeugt glattere Oberflächen und abgerundete Kanten, während DLP mehr strukturierte Oberflächen mit mehr Details erzeugt. Ob diese Eigenschaften als Vorteil oder Nachteil angesehen werden, hängt vom herzustellenden Teil und der gewünschten Wirkung ab. Der Grund, warum SLA glattere Oberflächen erzeugt, liegt darin, dass der Laserkopf gekrümmte Bewegungen ausführen kann, um Rauhfutter zu glätten. Bei DLP wird der Laser mit winzigen Spiegeln auf das Harz gerichtet, und die Größe jedes Spiegels bestimmt die Pixelgröße. Daher werden bei DLP gekrümmte Kanten mit quadratischen Pixeln erzeugt, was eine perfekt glatte Oberfläche unmöglich macht. Die Pixelgröße in DLP ist jedoch im Allgemeinen kleiner als die Laserpunktgröße von SLA, sodass in DLP ein größerer Detailgrad möglich ist.

Besser für dichte Objekte

Da jede Schicht einmal produziert wird, überrascht es nicht, dass DLP häufig schneller als SLA ist. Der Geschwindigkeitsvorteil wird maximiert, wenn das Teil extrem dicht ist. Der Laserkopf benötigt lange Zeit, um ein dichtes Objekt mit einem schmalen Strahl zu zeichnen. In DLP kann jedoch die gesamte Schicht auf einmal erstellt werden. Bei komplizierten Teilen, die aus vielen dünnen oder hohlen Strukturen bestehen, ist die SLA jedoch möglicherweise schneller. Außerdem ist zu beachten, dass bei großen, sehr detaillierten Teilen möglicherweise nicht genügend Pixel vorhanden sind, um eine volle Auflösung über die gesamte Ebene zu erreichen.

Anwendungen

DLP hat einen sehr ähnlichen Satz von Anwendungen wie SLA und wird häufig für das Rapid Prototyping verwendet. Bei der Entscheidung zwischen SLA und DLP ist der wichtigste Faktor die Art des zu produzierenden Teils und die Art des gewünschten Finish (siehe oben).

SLS

Wie SLA und DLP verwendet auch SLS (selektives Lasersintern) die Lasertechnologie. Anstatt Harz zu verwenden, verwendet SLS jedoch pulverisiertes Material, was zu völlig unterschiedlichen Eigenschaften führt. Dieses Pulver wird durch den Laser gesintert (durch Hitze geschmolzen) und das Teil wird innerhalb der Baukammer Schicht für Schicht aufgebaut.

Überschüssiges Pulver entfernen

Komplexe Designs ohne Unterstützung

Der größte Vorteil des SLS-Drucks liegt in der Komplexität der Designs, die produziert werden können. Im Gegensatz zu den meisten anderen Arten des 3D-Drucks benötigt SLS keine Stützstrukturen und buchstäblich kann jede Form erzeugt werden. Dies liegt daran, dass die Pulverkammer vollständig gefüllt ist und das fertige Teil immer vollständig in ungenutztem Pulver eingeschlossen ist. Ungesintertes Pulver bietet Unterstützung für alle hängenden Strukturen, die das Teil enthalten kann.

Unglaubliches Detail

SLS unterstützt unglaublich kleine Wandstärken, die buchstäblich papierdünn sein können - SLS-Drucker können buchförmige Teile mit einzelnen Seiten drucken, die durchgeblättert werden können. Bewegliche Teile wie Drehräder und Arbeitsscharniere sind auch direkt aus der Maschine möglich. SLS-Drucker verwenden meistens Nylon-Material, das robuste, feste Teile produziert, die sich als Fertigprodukte eignen.

Komplex und teuer zu laufen

Der Nachteil ist, dass das Gerät sperrig und teuer ist und normalerweise eine Schulung für den Betrieb erfordert. Das Pulver ist auch ziemlich teuer und es kann unordentlich sein, damit zu arbeiten (Gesichtsmasken sind zu jeder Zeit erforderlich). Es ist zu beachten, dass die Pulverkammer auf den x- und y-Achsen immer vollständig gefüllt sein muss (auf der z-Achse muss sie nur bis zur Höhe des Teils gefüllt werden). Dies bedeutet, dass wenn Sie eine große Maschine haben und ein einzelnes Teil drucken, eine große Menge Pulver verschwendet wird. Es ist möglich, einen Teil des Pulvers, das nicht gesintert wurde, wiederzuverwenden, was jedoch zu einer Qualitätsminderung führt. Um eine SLS-Maschine wirtschaftlich zu verwenden, empfiehlt es sich daher, mehrere Teile in derselben Kammer zu drucken oder ein breites Teil zu drucken, das den größten Raum auf den X- und Y-Achsen beansprucht.

Anwendungen

SLS eignet sich gut für die Produktion von Funktionsteilen, viel mehr als SLA und DLP. Dies ist darauf zurückzuführen, dass SLS eine viel breitere Palette an Materialien unterstützt und eine extrem hohe Verarbeitungsqualität aufweist. SLS-Drucker können Funktionsteile herstellen, die extrem langlebig sind. Die Technologie eignet sich auch hervorragend für die Herstellung von Teilen mit Schnappverbindungen, mechanischen Gelenken und Scharnieren.

FDM

FDM (auch bekannt als FFF) ist heute die am weitesten verbreitete Form des 3D-Drucks. Die meisten Desktop-3D-Drucker verwenden die FDM-Technologie und sind aufgrund ihrer geringen Kosten und Zugänglichkeit die erste Wahl für Hobbyisten und Enthusiasten. Es gibt weder Laser noch Harz, der Druckkopf bewegt sich einfach herum und setzt winzige Mengen geschmolzenen Thermoplasten ab, der schnell aushärtet und Schicht für Schicht einen Teil bildet.

Ein FDM-Drucker

Billig und fröhlich

Die attraktivsten Eigenschaften von FDM sind, dass es kostengünstig und einfach zu bedienen ist. Desktop-FDM-Drucker kosten nur ein paar hundert Dollar und sind so kompakt, dass sie in jeden Raum passen. Sie sind im Grunde Plug-and-Play und machen sie für Nichtfachleute leicht zugänglich.

Geringe Qualität

Es gibt jedoch einen guten Grund, warum sie so günstig sind. FDM-Drucker können in puncto Qualität nicht einmal an SLA heranreichen. Das Detail der FDM-Builds ist durch die Größe des Düsenkopfs begrenzt, die typischerweise im Bereich von 0,4 mm liegt (mehr als zehnmal größer als die Laserpunktgröße einiger SLA-Drucker). Dies führt zu großen Schichtbreiten, so dass "Treppen" auf Oberflächen deutlich sichtbar ist. Die Nachbearbeitung kann dies etwas abmildern, ist aber noch lange nicht ideal. Von FDM produzierte Teile leiden auch unter Verwerfungen (Teile können ihre Form leicht anpassen, da der Thermoplast abkühlt und schrumpft).

Anwendungen

FDM ist bei Hobbyisten beliebt, wird aber auch in der Industrie häufig eingesetzt. Die Technik ist sehr flexibel und unterstützt eine Vielzahl von Materialien. Daher wird sie in allen Industriebereichen eingesetzt, von der Automobilindustrie bis zur Wissenschaft. Es ist ideal für Laboratorien oder Arbeitsplätze, an denen der Platz knapp ist oder wenn die Bedingungen Harz unpraktisch machen. Die Verarbeitungsqualität ist zwar nicht perfekt, aber für viele Branchen wird die Arbeit kostengünstig und ohne Komplikationen erledigt.

PolyJet

PolyJet 3D-Drucker haben eine starke physikalische Ähnlichkeit mit herkömmlichen Tintenstrahldruckern, daher auch die Wahl des Namens für die Technologie. PolyJet hat einige Gemeinsamkeiten mit FDM, aber PolyJet befindet sich in Bezug auf Qualität und Flexibilität auf einem anderen Niveau.

Die Ähnlichkeit mit Tintenstrahldruckern ist stark. Die Plattform fährt nach unten, wenn das Teil gebaut wird.

Unübertroffene Materialflexibilität

Der Hauptvorteil von PolyJet ist, dass mit mehreren Materialien gleichzeitig und in mehreren Farben gedruckt werden kann. Ein einzelnes Teil kann mit unterschiedlicher Härte und Flexibilität bedruckt werden und zusätzlich eine Mischung aus undurchsichtigem und transparentem Material enthalten. Dies bietet eine Flexibilität, die alle anderen 3D-Drucklösungen nur schwer erreichen können. Ähnlich wie bei Tintenpatronen in einem Tintenstrahldrucker werden bei einem PolyJet-Drucker Materialpatronen verwendet, die normalerweise direkt vom Hersteller erworben werden, und mehrere Patronen können gleichzeitig installiert werden.

Extremes Detail

PolyJet-Drucker können auch unglaublich feine Schichten mit einer Dicke von weniger als 0,01 mm erzeugen. Dies ist allen anderen hier beschriebenen Technologien überlegen. Die Auflösung ist auch sehr hoch und das Finish erfordert wenig Nachbearbeitung (abgesehen vom Entfernen der Stützen).

Am besten für kleine Teile

Ein Nachteil von PolyJet ist, dass es beim Drucken großer Teile sehr langsam ist. Für kleine Teile (weniger als 10-12 cm) ist die Technik ziemlich schnell (viel schneller als SLA), da der Druckkopf nicht weit weg ist, aber je größer die Teile werden, desto weiter muss sich der Kopf bewegen und desto langsamer wird. Bei sehr großen Teilen kann die Geschwindigkeit unerträglich langsam sein. Es ist auch keine billige Technologie, die Maschinen sind im Allgemeinen viel teurer als vergleichbare SLA- oder DLP-Modelle und das Material kann bis zu viermal so teuer sein.

Anwendungen

PolyJet ist ideal für diejenigen, die kleine, qualitativ hochwertige Teile drucken möchten, die mehrere Materialtypen und -farben verwenden. Daher eignet es sich besonders für den direkten Druck von Konsumgütern, und die Technologie wird in der Medizinindustrie weit verbreitet eingesetzt, wo absolute Präzision unerlässlich ist. PolyJet eignet sich aufgrund der hohen Kosten und der langsamen Bauzeit für größere Teile weniger für das schnelle Prototyping.

CLIP

Carbon aus San Francisco sorgte für Aufsehen, als sie 2014 ihr neues 3D-Druckverfahren CLIP (Continuous Liquid Interface Production) ankündigen neue Technologie. Gegenwärtig ist CLIP jedoch nur begrenzt verfügbar, und der Preis für das Aufsehen erregende Preis übertrifft die Möglichkeiten der meisten.

Ein komplexes Teil, das glatt aus dem Harz austritt.

Beispiellose Geschwindigkeit

Carbon behauptet, dass seine M1- und M2-Maschinen Teile bis zu 100-mal schneller drucken können als herkömmliche Stereolithographiemaschinen, und sie haben Demonstrationen gezeigt, die zeigen, dass komplexe Teile in wenigen Minuten gedruckt werden. CLIP ähnelt DLP am besten, aber anstatt jede Schicht einzeln zu härten, wird kontinuierlich gedruckt, und das Teil scheint magisch aus dem Harz hervorzutreten. Dies wird erreicht, indem das Harz selektiv nicht nur Licht, sondern auch Sauerstoff ausgesetzt wird, was den Aushärtungsprozess beschleunigt. Die Verarbeitungsqualität ist gut, wenn auch vielleicht nicht ganz so gut wie bei SLS und PolyJet. Es ist zu beachten, dass mit allen anderen Techniken außer SLS für mit CLIP hergestellte Teile häufig Träger erforderlich sind.

Astronomische Preisgestaltung

Aufgrund von Patenten ist Carbon das einzige Unternehmen, das CLIP-Drucker herstellt, und es überrascht nicht, dass die Technologie nicht billig ist. Dies erinnert an die Situation bei SLS, die bis 2014 extrem teuer war, als die betreffenden Patente ausliefen und die Wettbewerber auf den Markt kamen. Derzeit bietet Carbon seine Drucker nur zu einem sehr preiswerten Abonnementmodell an.

Anwendungen

Das Hauptmerkmal von CLIP ist die Geschwindigkeit, die für das schnelle Prototyping und die Verkürzung der Markteinführungszeit von großer Bedeutung ist. Unternehmen, die CLIP einsetzen, wechseln häufig vom Spritzguss, was langsamer ist und die Flexibilität des blitzschnellen 3D-Drucks fehlt.

Zusammenfassung