SLA vs. PolyJet-3D-Druck: Ein umfassender Vergleich

Obwohl sowohl PolyJet- als auch SLA-3D-Drucker Kunstharzteile in hoher Auflösung produzieren, weisen sie je nach der spezifischen Anwendung verschiedene Stärken und Mängel auf. Daher ist es hilfreich, ihre Vor- und Nachteile in den entscheidenden Kategorien vergleichend gegenüberzustellen.

Einer der größten Unterschiede zwischen PolyJet- und SLA-Druckern betrifft den Kostenpunkt. Da die Patente für die SLA-Technologie Ende der 2000er Jahre auszulaufen begannen und SLA-3D-Drucker im kleineren Format für den Desktop auf den Markt kamen, reduzierte sich der Preis von SLA-Druckern um ein Hundertfaches. Heute beginnt die Preisspanne für professionelle SLA-Drucker bei ca. 3750 €, während großformatige Drucker für den Benchtop ab 11 000 € erhältlich sind. 

Im Gegensatz dazu sind PolyJet-Drucker bedeutend teurer, mit einer Preisspanne von 30 000 bis 500 000 €. Das beinhaltet jedoch erst den Gerätepreis. Die obligatorischen Servicepläne für PolyJet-Drucker können bis zu 20 % des Kaufpreises pro Jahr umfassen – genug, um jedes Jahr eine ganze Flotte SLA-Drucker zu kaufen.

Darüber hinaus sind die Materialien für PolyJet-Druck im Allgemeinen zwei- bis dreimal teurer als SLA-Kunstharze. Daraus ergibt sich, dass die Stückkosten für PolyJet-Druckteile um ein Vielfaches höher ausfallen als beim SLA-3D-Druck. Zudem erfordern PolyJet-Drucker mehr Wartungsarbeiten, was den für den Betrieb der Geräte notwendigen Arbeitsaufwand erhöht. 

Sind Sie also nicht aufgrund Ihrer spezifischen Anwendung (zum Beispiel vollfarbige Modelle oder mehrfarbige Teile) speziell auf das PolyJet-Verfahren angewiesen, erzielen Sie mit einem SLA-Drucker wahrscheinlich einen höheren ROI.

Da 3D-Druck ein additives Verfahren ist, bringt jede neue Schicht das Risiko von Ungenauigkeiten mit sich, und der Prozess zum Aufbau der Schichten beeinflusst die Präzision, also die Wiederholbarkeit der Genauigkeit der einzelnen Schichten. Die Toleranzen, Genauigkeit und Präzision des 3D-Drucks hängen von vielerlei Faktoren ab: vom 3D-Druckverfahren, dem Material, Software-Einstellungen, Nachbearbeitung und mehr. 

Sowohl PolyJet- als auch SLA-3D-Drucker zählen zu den genauesten und präzisesten 3D-Druckverfahren und erreichen Toleranzen um ± 0,2 % (Untergrenze: ± 0,1 mm). Dank hochpräziser Lichtquellen lassen sich mit diesen Verfahren filigrane Details abbilden und konsistent hochwertige Ergebnisse erzielen. 

Abhängig von der Geometrie des Modells kann der 3D-Druck von Teilen mit dem PolyJet- oder SLA-Verfahren Stützstrukturen erfordern, die auch für die Maßgenauigkeit entscheidend sein können, vor allem im Fall von komplexen Geometrien oder Teilen mit großflächigen und dünnen Wänden.

Beim SLA-3D-Druck werden die Stützstrukturen während der Nachbearbeitung manuell entfernt. Die LFS-Drucker von Formlabs erstellen verbesserte, leicht zu bearbeitende Stützstrukturen, die sich im Handumdrehen lösen und damit Nachbearbeitungszeit einsparen. SLA-Druckteile sind außerdem für ihre glatte Oberflächengüte bekannt, die abhängig vom Material entweder matt oder glänzend sein kann.

Beim 3D-Druck mit PolyJet-Druckern werden die Stützstrukturen bei der Nachbearbeitung mit einem Wasserstrahl abgespült. Durch diesen Arbeitsablauf sind die Druckteile Kräften ausgesetzt, die zum Abbrechen feiner Details oder zum Verbiegen dünner Wände führen können. Auch PolyJet-3D-Drucker können eine matte oder glänzende Oberfläche erzielen. Eine glänzende Oberfläche ist allerdings nur auf Flächen möglich, die kein Stützmaterial erfordern.

Einer der größten Unterschiede zwischen PolyJet und SLA liegt im Materialangebot, das auch die möglichen Anwendungsbereiche der Drucker bestimmt.

Abhängig vom Druckermodell unterstützen die meisten PolyJet-3D-Drucker etwa fünf bis zehn verschiedene Materialien. Diese reichen von Standardmaterialien für die Prototypenfertigung bis zu Materialien in verschiedenen Farben, durchsichtigen oder biokompatiblen Materialien. PolyJet-Drucker des höheren Preissegments unterstützen auch den Druck mit mehreren Materialien zugleich, wodurch neuartige Anwendungen wie der Druck von Prototypen in mehreren Farben oder aus mehreren verschiedenen Materialien eröffnet werden. 

Andererseits können PolyJet-Drucker aber nur mit niedrigviskosen Materialien drucken, was die Vielfalt der erreichbaren Materialeigenschaften wiederum stark einschränkt. PolyJet-Materialien haben mit meist 45–50 °C zudem eine niedrige Wärmeformbeständigkeitstemperatur (HDT) und können daher unter starkem Lichteinfluss sogar schon zum Kriechen und Deformieren neigen. Aus diesen Gründen ist der PolyJet-3D-Druck nur für Konzeptmodelle und die Erstellung nicht funktionsfähiger Prototypen eine gute Wahl, sowie für einige medizinische und zahnmedizinische Anwendungen, die Biokompatibilität erfordern.

SLA-3D-Drucker unterstützen eine weitaus größere Materialpalette als die meisten PolyJet-Drucker, im Falle der Formlabs-3D-Drucker sogar mehr als 30 Materialien. SLA-Kunstharze können flexibel oder starr sein, lichtdurchlässig oder nicht, sie können stark mit sekundären Materialien wie Glas, Wachs oder Keramik angereichert sein oder über mechanische Eigenschaften wie eine hohe Wärmeformbeständigkeitstemperatur oder Schlagzähigkeit verfügen. 

Materialien für den SLA-3D-Druck kommen gängigen thermoplastischen Materialien für Rapid Prototyping sehr nahe und sind in spezifischen Formulierungen erhältlich, die entweder eine weiche Haptik haben, temperatur- und chemikalienbeständig, robust oder auch unter Belastung formstabil sind. SLA-3D-Druck glänzt auch mit der größten Auswahl an biokompatiblen Materialien für zahnmedizinische und medizinische Anwendungen.

Der Arbeitsprozess besteht sowohl beim PolyJet- als auch beim SLA-3D-Druck aus drei Schritten: Design, 3D-Druck und Nachbearbeitung.

Sehen Sie sich die Schritte vom Design zum fertigen 3D-Druck mit dem SLA-3D-Drucker Form 3+ an. 

Zuerst entwerfen Sie mithilfe einer beliebigen CAD-Software oder 3D-Scandaten ein Modell und exportieren dieses in ein 3D-druckbares Dateiformat (STL oder OBJ). Anschließend brauchen Sie eine Druckvorbereitungs- oder Slicer-Software, um die Druckeinstellungen für den Drucker festzulegen und das digitale Modell für den Druck in Schichten zu zerteilen.

Professionelle SLA-3D-Drucker und PolyJet-Drucker verfügen über eigene Software und vordefinierte Einstellungen für jedes Material, die gründlich getestet wurden, um die höchstmögliche Druckerfolgsrate zu erzielen.

Die Einrichtung von Drucken mit fortschrittlichen Druckvorbereitungstools wie PreForm ist ein Kinderspiel. Sie können PreForm kostenlos herunterladen und sofort testen.

Sobald der Druckvorgang beginnt, können die 3D-Drucker bis zu dessen Abschluss unbeaufsichtigt laufen – auch nachts. Sowohl PolyJet-Drucker als auch fortschrittliche SLA-3D-Drucker wie der Form 3+ und der Form 3L haben ein Kartuschensystem, das das Material automatisch nachfüllt.

Zur Nachbearbeitung von PolyJet-Druckteilen muss Stützmaterial von Hand mithilfe eines Wasserstrahls oder durch ein chemisches Bad und zusätzliches manuelles Ablösen dickerer Stützstrukturen entfernt werden. Dabei können Teile mit dünnen Wänden verformt werden oder filigrane Details abbrechen. PolyJet-Teile erfordern kein Nachhärten, die Modelle sind bei Entnahme aus dem Drucker bereits voll ausgehärtet.

Häufig benötigen PolyJet-3D-Drucker mehr Wartungsarbeiten als die meisten SLA-Drucker. Nach jeder Benutzung müssen der Druckkopf, die Konstruktionsplattform und die Rolle gereinigt werden. Zusätzlich sind die UV-Lampen und Wischer täglich zu säubern und es müssen regelmäßige Tests durchgeführt werden, um sicherzustellen, dass der Drucker einsatzbereit bleibt. 

Außerdem erfordern PolyJet-Drucker bei der Einrichtung und Installation vor Ort eine Schulung. Aufgrund des komplexeren Arbeitsablaufes und der steileren Lernkurve ist für die Bedienung und Wartung dieser Systeme betriebsinternes, geschultes technisches Personal vonnöten.

SLA-Druckteile müssen in Isopropylalkohol (IPA) oder alternativen Lösungsmitteln gewaschen werden, um alle ungehärteten Kunstharzrückstände von den Oberflächen zu entfernen. Beim Standardarbeitsprozess müssen die Teile zunächst von der Konstruktionsplattform entfernt und dann manuell in einem Lösungsmittel eingeweicht werden, um überschüssiges Kunstharz zu entfernen.

Professionelle Lösungen wie der Form Wash und der Form Wash L automatisieren den Prozess. Teile können direkt vom Drucker zum Form Wash oder Form Wash L überführt werden, der das Lösungsmittel um die Teile in Bewegung versetzt, um sie zu reinigen, und die Teile automatisch aus dem Alkoholbad hebt, wenn der Prozess abgeschlossen ist.

Nachdem die abgespülten Teile getrocknet sind, müssen manche SLA-Materialien nachgehärtet werden, um die höchstmögliche Festigkeit und Stabilität zu erreichen. Auch das lässt sich durch Nachhärtestationen wie den Form Cure und den Form Cure L automatisieren. 

Die Entfernung der Stützstrukturen von SLA-Druckteilen umfasst das Abschneiden der Stützstrukturen und das leichte Schleifen der Teile, um Stützspuren zu entfernen. Die Technologie Low Force Stereolithography (LFS)™ von Formlabs erstellt leicht zu bearbeitende Stützstrukturen, dank derer das gesamte Teil innerhalb von Sekunden von der Stützstrukturbasis abgelöst werden kann. Es bleiben nur minimale Spuren zurück und die Nachbearbeitungszeit wird dadurch enorm reduziert.

Davon abgesehen, dass der Drucker und der Arbeitsbereich sauber gehalten werden müssen, benötigen professionelle SLA-3D-Drucker üblicherweise keine regelmäßige Wartung. Dank des einfachen Arbeitsablaufs sind alle Mitarbeitenden eines Unternehmens in der Lage, SLA-Drucker nach weniger als einer Stunde Training selbstständig zu bedienen.

Falls eine zusätzliche Nachbearbeitung erforderlich ist, können sowohl PolyJet- als auch SLA-Teile für spezifische Anwendungen oder Oberflächengüten spanend bearbeitet, grundiert, lackiert und montiert werden. 

PolyJet-Drucker sind in verschiedenen Größen erhältlich, von kleineren Modellen für den Benchtop bis hin zu großen industriellen Geräten, die mehrere Tonnen wiegen. Aufgrund der technologischen Unterschiede lassen sich größere PolyJet-Geräte einfacher entwickeln. 

Bei den ersten SLA-3D-Druckern handelte es sich vorwiegend um massive, industrielle Geräte mit großen Fertigungsvolumen, die aber oft einen höheren Preis und komplexeren Arbeitsablauf hatten als PolyJet-Drucker. Dank der rasanten Innovationen der SLA-Drucktechnologie sind SLA-Drucker heute jedoch sowohl im kompakten Desktop-Format als auch im Großformat für den Benchtop erhältlich.

Der invertierte SLA-Prozess bei kompakteren SLA-3D-Druckern für Desktop und Benchtop führt zur Reduktion der Standfläche und Kosten, doch die erhöhten Abzugskräfte sorgen für Einschränkungen bei Materialien und Fertigungsvolumen, und größere Teile erfordern für einen erfolgreichen Druck robuste Stützstrukturen.

Mit der Einführung des Druckverfahrens der Low Force Stereolithography (LFS) beim Form 3 und Form 3L hat Formlabs seine Herangehensweise an den kunstharzbasierten 3D-Druck vollständig überarbeitet und damit die beim Druckprozess auf die Teile wirkenden Kräfte stark reduziert. Die gleichmäßige lineare Beleuchtung und die geringen Kräfte im flexiblen Tank sorgen dafür, dass die LFS-Technologie nahtlos auf ein größeres Druckvolumen skaliert werden kann, das auf dasselbe leistungsstarke Drucksystem aufbaut.

Der Form 3L ist der erste kostengünstige großformatige Kunstharz-3D-Drucker und liefert große Teile in kürzester Zeit. Er nutzt zwei versetzte Light Processing Units (LPUs), die gleichzeitig entlang eines optimierten Druckpfads arbeiten. Dank eines Fertigungsvolumens, das fünfmal größer ist als das von herkömmlichen SLA-Druckern, durchbricht der Form 3L die Größenbeschränkungen, die Arbeitsprozesse mit kleineren Desktop-Geräten behindern können, und ist dennoch zu einem konkurrenzfähigen Preis verfügbar.

Sowohl PolyJet als auch SLA zählen zu den schnellsten 3D-Drucktechnologien. 

PolyJet-3D-Drucker bieten sehr schnelle Druckgeschwindigkeiten in einem würfelförmigen Volumen von 12 cm Seitenlänge, doch bei größeren Modellen oder Druckaufträgen verlangsamt sich die Druckgeschwindigkeit deutlich, da der Druckkopf größere Distanzen zurücklegen muss und die einzelnen Schichten mehr Zeit in Anspruch nehmen. Die Laser und Galvanometer von SLA-Druckern arbeiten in großen Druckaufträgen genauso schnell wie in kleinen.

Zudem gibt es für PolyJet-Drucker nur eine begrenzte Auswahl automatisierter Nachbearbeitungslösungen. Das heißt, selbst wenn der Druckvorgang an sich mit einem PolyJet-Drucker kürzer ist, erfordert die Nachbearbeitung häufig mehr Zeit und mehr Arbeitsaufwand.

Die Geschwindigkeit kann auch vom verwendeten Material abhängen. Mit dem Schnelldruckharz Draft Resin lässt sich bis zu viermal schneller drucken als mit den Standard-Materialien von Formlabs. Es eignet sich besonders für erste Prototypen, schnelle Anpassungen sowie für Dentalmodelle und kieferorthopädische Modelle. Durch einen optimierten Arbeitsablauf vom schnellen Druckstart über minimales Entfernen von Stützstrukturen bis hin zum optimierten Wasch- und Aushärteverfahren bietet Draft Resin maximale Effizienz.

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, die beim Vergleich von PolyJet- und SLA-3D-Druckern eine Rolle spielen.

Sowohl das PolyJet- als auch das SLA-3D-Druckverfahren verfügt über einzigartige Vorteile, von der hohen Genauigkeit und Präzision bis hin zur glatten Oberfläche, Druckgeschwindigkeit und den hochleistungsfähigen Materialien. Allerdings hat die SLA-Technologie eine schnellere Entwicklung zurückgelegt und bietet ganz spezielle Vorzüge, vor allem in Bezug auf Kosten, Benutzerfreundlichkeit und die Vielfalt der umsetzbaren Anwendungen.

Formlabs bietet zwei hochpräzise SLA-Drucksysteme, eine wachsende Bibliothek an spezialisierten Materialien, intuitive Druckvorbereitungs- und -verwaltungssoftware und professionelle Dienstleistungen – und das alles in einem Paket. Möchten Sie sich selbst von der Qualität überzeugen? Lassen Sie sich einen Probedruck direkt an Ihrem Arbeitsplatz liefern.