3D-Drucktechnologien im Vergleich: FDM, SLA und SLS

Additive Fertigung oder 3D-Druck senkt Kosten, spart Zeit und geht über die Grenzen der herkömmlichen Fertigungsverfahren für die Produktentwicklung hinaus. Von Konzeptmodellen und funktionsfähigen Prototypen beim Rapid Prototyping über Halterungen und Vorrichtungen hin zu Endprodukten in der Fertigung – 3D-Drucktechnologien bieten vielseitige Lösungen bei einer Vielzahl von Anwendungen.

In den letzten Jahren sind hochauflösende 3D-Drucker günstiger, benutzerfreundlicher und zuverlässiger geworden. Dementsprechend haben heute mehr Unternehmen Zugang zu 3D-Drucktechnologien, wobei die Wahl zwischen den verschiedenen konkurrierenden 3D-Drucklösungen schwierig sein kann.

Welche Technologie eignet sich für Ihre Anwendung? Welche Materialien stehen zur Verfügung? Welche Ausrüstung und welche Kenntnisse benötigen Sie, damit Sie anfangen können? Wie sieht es mit den Kosten und der Kapitalrendite aus?

In diesem Artikel beleuchten wir die drei heute etabliertesten Verfahren für den 3D-Druck von Kunststoffen: Schmelzschichtung (FDM), Stereolithografie (SLA) sowie selektives Lasersintern (SLS).

Sie schwanken zwischen FDM- und SLA-3D-Druck? Dann werfen Sie doch einen Blick auf unsere detaillierte Gegenüberstellung von FDM und SLA.

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Fused Deposition Modeling (FDM) bzw. Schmelzschichtung, auch bekannt als „Fused Filament Fabrication“ (FFF), ist die gängigste Form des 3D-Drucks bei Privatpersonen, was an der immer breiteren Verfügbarkeit entsprechender Geräte für Hobbyanwender liegt. FDM-3D-Drucker fertigen Teile durch Schmelzen und Extrudieren eines thermoplastischen Kunststofffadens (genannt Filament), der von einer Druckdüse schichtweise auf dem Konstruktionsbereich aufgetragen wird.

FDM funktioniert mit verschiedenen Standardthermoplasten, wie ABS, PLA und deren diversen Mischungen. Die Methode eignet sich gut für einfache Proof-of-Concept-Modelle sowie für die schnelle und kostengünstige Prototypenentwicklung einfacher Teile, so etwa für Teile, die für gewöhnlich mit Zerspanungsverfahren hergestellt werden.

Bei FDM-Teilen sind häufig Schichtlinien sichtbar und sie können um komplexe Merkmale herum Ungenauigkeiten aufweisen. Dieses Muster mit lösbaren Stützstrukturen wurde mit einem Stratasys uPrint Industrie FDM 3D-Drucker gedruckt (erhältlich ab ca. 15 900 €).

FDM weist im Vergleich zu SLA oder SLS die geringste Auflösung und Genauigkeit auf und ist nicht die beste Option für den Druck von komplexen Designs oder Teilen mit filigranen Merkmalen. Hochwertigere Oberflächengüte lässt sich dabei durch chemische Prozesse oder mechanische Politur erzielen. Industrielle FDM 3D-Drucker nutzen lösliche Stützstrukturen, um einigen dieser Probleme abzuhelfen. Sie bieten zudem eine größere Auswahl technischer Thermoplaste, sind jedoch auch sehr teuer.

FDM-Drucker (links) haben mit komplexen Designs oder filigranen Details im Vergleich zu SLA-Druckern (rechts) Schwierigkeiten.

Stereolithografie war die erste 3D-Drucktechnologie der Welt und wurde in den 1980er Jahren erfunden. Sie ist bei professionellen Anwendern nach wie vor eine der beliebtesten Technologien. Die kunstharzbasierten SLA-3D-Drucker verwenden einen Laser, um flüssige Kunstharze (auch Resin genannt) zu gefestigten Kunststoffen auszuhärten. Dieser Prozess nennt sich Photopolymerisation.

So funktioniert Stereolithografie

SLA-Druckteile liefern die höchste Auflösung und Genauigkeit, den höchsten Detailgrad und die glattesten Oberflächen aller 3D-Drucktechnologien. Der Hauptvorteil der Stereolithografie ist allerdings ihre Vielseitigkeit. Materialhersteller haben innovative SLA-Photopolymer-Kunstharzformulierungen entwickelt, die unterschiedliche optische, mechanische und thermische Eigenschaften bieten und denen von Standard-, technischen und industriellen Thermoplasten in nichts nachstehen. Zudem bietet der Kunstharz-3D-Druck die breiteste Auswahl biokompatibler Materialien.

SLA-Teile haben scharfe Kanten, eine glatte Oberfläche und weisen minimal sichtbare Schichtlinien auf. Dieses Teil wurde auf dem Desktop-SLA-3D-Drucker Form 3+ von Formlabs gedruckt (ab 2399 € erhältlich).

SLA-3D-Druck ist eine großartige Option für detailreiche Prototypen mit engen Toleranzen und glatten Oberflächen sowie Funktionsteile wie z. B. Gussformen, Modelle und Endverbrauchsteile. SLA ist in vielen Branchen weit verbreitet, vom Maschinenbau und Produktdesign über die Fertigung, Zahntechnik, Medizin, Schmuckherstellung und den Modellbau bis hin zur Bildung.

Selektives Lasersintern ist die am häufigsten genutzte Technologie der additiven Fertigung bei industriellen Anwendungen. Ingenieur*innen und Hersteller verschiedener Branchen vertrauen darauf, um starke und funktionsfähige Teile zu produzieren.

Sehen Sie sich an, wie selektives Lasersintern funktioniert.

SLS-3D-Drucker verwenden einen Hochleistungslaser, um kleine Partikel aus Polymerpulver zu sintern. Da das ungesinterte Pulver das Teil beim Drucken stützt, sind keine zusätzlichen Stützstrukturen erforderlich. SLS eignet sich somit ideal für komplexe Geometrien wie Merkmale im Inneren von Teilen, Hinterschneidungen, dünne Wände und negative Details. SLS-Teile bieten Teile mit herausragenden mechanischen Eigenschaften, deren Festigkeit mit der von Spritzgussteilen vergleichbar ist.

SLS-Teile haben eine etwas grobe Oberfläche, aber weisen praktisch keine sichtbaren Schichtlinien auf. Dieses Teil wurde auf einem Benchtop-SLS 3D-Drucker der Fuse-Serie von Formlabs gedruckt (erhältlich ab 23 899 €).

Das am häufigsten für das selektive Lasersintern eingesetzte Material ist Nylon, ein beliebter technischer Thermoplast mit exzellenten mechanischen Eigenschaften. Nylon ist leicht, fest und flexibel und bietet Schlagfestigkeit, Chemikalienbeständigkeit, Hitzebeständigkeit sowie Beständigkeit gegenüber UV-Licht, Wasser und Schmutz. Weitere beliebte Materialien für den SLS-3D-Druck sind Polypropylen (PP) und das flexible TPU.

Die Kombination aus geringen Kosten pro Teil, hoher Produktivität und bewährten Materialien macht SLS zu einer beliebten Wahl für die Herstellung funktionsfähiger Prototypen. Selektives Lasersintern stellt auch eine kosteneffiziente Alternative zum Spritzguss bei der Kleinserienfertigung und beim Bridge Manufacturing dar.

Jedes 3D-Druckverfahren hat seine eigenen Stärken, Schwächen und Anforderungen und eignet sich für unterschiedliche Anwendungen und Unternehmen. Die nachfolgende Tabelle fasst einige wichtige Eigenschaften und Aspekte zusammen.

Letztlich sollten Sie die Technologie wählen, die am meisten Sinn für Ihr Unternehmen macht. Die Preise sind in den letzten Jahren erheblich gesunken und heute sind alle drei Technologien als kompakte, kostengünstige Systeme verfügbar.

Die Berechnung der Kosten des 3D-Drucks endet nicht mit den im Vorfeld geleisteten Gerätekosten. 3D-Druckmaterial- und Arbeitskosten haben in Abhängigkeit Ihrer Anwendungs- und Produktionsanforderungen einen wesentlichen Einfluss auf die Teilekosten.

Nachfolgend eine detaillierte Aufschlüsselung nach Technologie:

Prototyp eines Skibrillenrahmens, der mit FDM-, SLA- und SLS-Technologie gedruckt wurde (von links nach rechts).

Wir hoffen, dass dieser Artikel Ihnen bei der gezielten Auswahl der besten 3D-Druck-Technologie für Ihre Anwendung geholfen hat.

Entdecken Sie unsere zusätzlichen Ressourcen für das Verständnis der Feinheiten des 3D-Drucks und lernen Sie mehr über alle Technologien sowie die spezifischen 3D-Drucksysteme.