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SLA vs. DLP: 3D-Drucktechnologien für Kunstharze im Vergleich (Leitfaden 2020)

Auf dem Markt sind viele 3D-Druckverfahren verfügbar. Wenn Sie sich mit den verschiedenen Eigenschaften vertraut machen, wissen Sie genauer, was Sie von den endgültigen Teilen erwarten können. Das hilft Ihnen bei der Entscheidung für eine Drucktechnologie, die für Ihren speziellen Anwendungsbereich geeignet ist.

Stereolithografie (SLA) und digitale Lichtverarbeitungs-Technologie (DLP) sind zwei der am häufigsten eingesetzten 3D-Druckprozesse für Kunstharze. Kunstharz-3D-Drucker sind dank Ihrer Fähigkeit, hochgenaue, isotrope, wasserdichte Prototypen und Teile in verschiedenen fortschrittlichen Materialien mit feinen Details und einer glatten Oberfläche zu liefern, äußerst beliebt geworden. 

Diese einst so komplexen und unerschwinglichen Technologien haben einen großen Wandel durchlaufen. Die heutigen kleinformatigen Desktop SLA und DLP 3D-Drucker sorgen für Teile mit Industriequalität zu einem erschwinglichen Preispunkt und – dank der Vielzahl an Materialien – mit einer unvergleichlichen Vielseitigkeit.

Bei beiden Prozessen wird flüssiges Kunstharz selektiv einer Lichtquelle (bei SLA einem Laser, bei DLP einem Projektor) ausgesetzt, um sehr dünne feste Schichte aus Kunststoff zu bilden, die aufeinander aufbauen und so zu einem festen Gegenstand werden. Wenngleich die beiden Technologien grundlegend sehr ähnlich sind, weichen die Ergebnisse stark voneinander ab.

In diesem detaillierten Leitfaden erklären wir Ihnen die Details der beiden Technologien und vergleichen sie im Hinblick auf Auflösung, Genauigkeit, Fertigungsvolumen, Geschwindigkeit, Arbeitsprozess und mehr.

Wie funktionieren SLA 3D-Drucker?

Bei Desktop SLA 3D-Druckern kommt ein Harztank mit durchsichtigem Boden und nicht haftender Oberfläche zum Einsatz. Sie dient als Substrat, an dem das flüssige Kunstharz aushärtet. Auf diese Weise können neu gebildete Schichten behutsam abgelöst werden.

Während des Druckvorgangs wird eine Konstruktionsplattform nach und nach in einen Harztank abgesenkt. Der dabei frei gelassene Platz entspricht jeweils der Schichthöhe zwischen der Fertigungsplattform (bzw. der letzten fertiggestellten Schicht) und dem Tankboden. Ein Laser ist auf zwei Spiegelgalvanometer gerichtet, die das Licht zu den richtigen Koordinaten auf einer Reihe von Spiegeln weiterleiten, wobei das Licht durch den Boden des Tanks nach oben fokussiert wird und eine Schicht Kunstharz am Boden des Tanks aushärtet.

Die gehärtete Schicht wird anschließend vom Tankboden abgelöst und die Konstruktionsplattform bewegt sich nach oben, damit neues Kunstharz nachfließen kann. Dieser Vorgang wird wiederholt, bis der Druck abgeschlossen ist.

Low Force Stereolithography (LFS) Technologie, die beim Form 3 und Form 3L zum Einsatz kommt, ist die neueste Entwicklung beim SLA 3D-Druck.

Bei LFS 3D-Druckern befindet sich die Optik in einer Light Processing Unit (LPU). Ein Galvanometer in der LPU positioniert den hochdichten Laserstrahl in der Y-Richtung, führt ihn durch einen Raumfilter und lenkt ihn dann über einen Faltspiegel und einen Parabolspiegel, um einen Strahl zu erzeugen, der stets senkrecht auf die Druckebene fällt. Dadurch werden genaue, wiederholbare Drucke ermöglicht. 

Durch die Bewegung der LPU in X-Richtung wird das Druckteil sanft vom flexiblen Tankboden gelöst, wodurch die Kräfte, die während des Drucks auf die Teile wirken, deutlich reduziert werden.

Beim LFS 3D-Druck kommen ein flexibler Tank und lineare Beleuchtung zum Einsatz, wodurch die auf die Teile wirkenden Kräfte deutlich reduziert und eine unglaubliche Oberflächenqualität und Druckgenauigkeit erzielt werden.

Diese fortschrittliche Form von Stereolithografie ermöglicht eine deutlich bessere Oberflächenqualität und Druckgenauigkeit. Durch die geringeren Druckkräfte lassen sich auch berührungsempfindliche Stützstrukturen einsetzen, die leicht abgelöst werden können. Zusätzlich eröffnet der Prozess eine Vielzahl von Möglichkeiten bei der Entwicklung fortschrittlicher, produktionsreifer Materialien.

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Wie funktionieren DLP 3D-Drucker?

Genau wie ihre SLA-Konterparts sind DLP 3D-Drucker um einen Harztank mit einem transparenten Boden und eine Fertigungsplattform aufgebaut, die sich in einen Harztank absenkt, um Schicht für Schicht auf dem Kopf stehende Teile zu fertigen.

Der Unterschied ist die Lichtquelle. DLP setzt eine digitale Leinwand ein, um ein Bild einer Schicht auf die gesamte Plattform zu projizieren, wodurch alle Punkte gleichzeitig gehärtet werden.  

Das Licht wird auf ein Digital Micromirror Device (DMD) geworfen, eine dynamische Maske, die aus mikroskopisch kleinen Spiegeln besteht, die auf einem Halbleiterchip matrixförmig angeordnet sind. Wenn diese winzigen Spiegel schnell zwischen Linsen umgeschaltet werden, die das Licht auf den Tankboden oder einen Kühlkörper lenken, werden die Koordinaten der jeweiligen Schicht definiert, an denen das flüssige Kunstharz ausgehärtet wird. 

Da der Projektor eine digitale Leinwand ist, besteht das Bild jeder Schicht aus quadratischen Pixeln, wodurch eine dreidimensionale Schicht aus kleinen rechteckigen Blöcken namens Voxel entsteht.


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SLA vs. DLP: der direkte Vergleich

Auflösung

Die Auflösung taucht häufiger als jeder andere Wert in den Spezifikationen von 3D-Druckern auf. Sie gibt allerdings auch Anlass zu vielen Missverständnissen. Die Tatsache, dass die Basiseinheiten der beiden Prozesse aus unterschiedlichen Formen bestehen, macht es schwierig, die beiden Maschinen alleinig aufgrund der numerische Angaben zu vergleichen.

Beim 3D-Druck müssen sowohl die beiden zweidimensionalen Flächendimensionen (X und Y) als auch die für den 3D-Druck ausschlaggebende Z-Dimension berücksichtigt werden.

Die Z-Auflösung wird durch die Schichtdicke bestimmt, die ein 3D-Drucker erzielen kann. SLA und DLP bieten beide mitunter die feinsten Z-Auflösungen – sprich, die dünnsten Schichten – aller 3D-Druckverfahren. Nutzer können gewöhnlich aus einem Schichtdickebereich zwischen 25 und 300 Mikrometern auswählen, wodurch Designer ein gutes Gleichgewicht zwischen Detail und Geschwindigkeit erzielen können.

Im DLP 3D-Druck wird die XY-Auflösung von der Pixelgröße bestimmt, dem kleinsten Merkmal, das der Projektor in einer einzelnen Schicht reproduzieren kann. Dies hängt von der Auflösung des Projektors – Full-HD (1080p) ist die häufigste – sowie vom Abstand zum optischen Fenster ab. Darum haben die meisten Desktop DLP 3D-Drucker eine feste X-Y-Auflösung, die im Allgemeinen zwischen 35 und 100 Mikrometern liegt.

Bei SLA 3D-Druckern ist die X-Y-Auflösung eine Kombination aus der Laserpunktgröße und den Schrittweiten für die Steuerung des Laserstrahls. Beim Form 3 LFS 3D-Drucker beispielsweise beträgt die Laserpunktgröße 85 Mikrometer. Aufgrund des konstanten Linienscanprozesses kann sich der Laser allerdings in kleineren Schrittweiten bewegen und der Drucker durchgehend Teile mit einer XY-Auflösung von 25 Mikrometern liefern.

Häufig dient die Auflösung an sich aber nur als Aushängeschild. Sie bietet gewisse Anhaltspunkte, steht aber nicht notwendig in direktem Verhältnis zu Genauigkeit, Präzision und Druckqualität.

Weitere Informationen über die Auflösung beim 3D-Druck in unserem detaillierten Leitfaden.

Genauigkeit und Präzision

Da 3D-Druck ein additives Verfahren ist, kann es bei jeder Schicht zu Ungenauigkeiten kommen, und der Prozess, mit dem die Schichten aufgebaut werden, beeinflusst die Präzision, die als die Wiederholbarkeit der Genauigkeit der einzelnen Schichten definiert ist. Genauigkeit und Präzision hängen von vielen verschiedenen Faktoren ab: 3D-Druckverfahren, Materialien, Softwareeinstellungen, Nachbearbeitung usw. 

Im Allgemeinen gehören SLA und DLP 3D-Druck mit Kunstharz zu den genauesten und präzisesten 3D-Druckverfahren. Die Unterschiede bei Genauigkeit und Präzision lassen sich häufig besser durch die Unterschiede zwischen Geräten verschiedener Hersteller als durch die Unterschiede zwischen den Technologien selbst erklären.

Beispielsweise können bei SLA und DLP-Druckern im Einstiegssegment serienmäßig gefertigte Projektoren, Laser oder Galvanometer eingesetzt werden, und die Hersteller versuchen, das Beste aus diesen Bauteilen herauszuholen. Professionelle SLA und DLP 3D-Drucker wie der Formlabs Form 3, verfügen über ein maßgefertigtes optisches System, das auf die Spezifikationen von professionellen Kundenanwendungen angepasst ist.

Genauigkeit und Präzision sind von grundlegender Bedeutung bei Teilen wie Splints (links) und Bohrschablonen (rechts) in der Zahnmedizin.

Auch die Kalibrierung ist wichtig. Bei DLP-Projektoren haben es die Hersteller mit der ungleichmäßigen Lichtverteilung auf der Fertigungsebene und der Distorsion der Linsen zu tun. Das bedeutet, dass die Pixel in der Mitte nicht dieselbe Größe und Form aufweisen wie die Pixel an den Kanten. SLA 3D-Drucker nutzen dieselbe Lichtquelle für jeden Teil des Drucks, wodurch sie an sich einheitlich sind. Dennoch ist umfassende Kalibrierung erforderlich, um Distorsionen auszugleichen.

Selbst ein 3D-Drucker mit den hochwertigsten Bauteilen und der besten Kalibrierung kann je nach Material stark abweichende Ergebnisse erzielen. Unterschiedliche Kunstharze benötigen optimierte Materialeinstellungen für die gewünschten Ergebnisse, die für serienmäßig hergestellte Materialien oder Kunstharze, die nicht ausführlich mit einem bestimmten 3D-Druckermodell getestet werden, möglicherweise nicht verfügbar sind.

Was lernen wir daraus? Genauigkeit und Präzision lassen sich allein auf Grundlage der technischen Spezifikationen kaum nachvollziehen. Die beste Möglichkeit zur Bewertung eines 3D-Druckers ist die  Prüfung echter Teile. Alternativ können Sie bei einem Hersteller einen Probedruck eines Ihrer Designs in Auftrag geben.

Fertigungsvolumen

Bei DLP 3D-Druckern begrenzen Auflösung und Fertigungsvolumen einander direkt. DLP-Auflösung ist vom Projektor abhängig, wodurch die Anzahl der verfügbaren Pixel/Voxel definiert wird. Wenn der Projektor näher am optischen Fenster positioniert wird, werden die Pixel kleiner und die Auflösung steigt somit, doch der verfügbare Konstruktionsbereich wird eingeschränkt. 

Manche Hersteller positionieren mehrere Projektoren nebeneinander oder verwenden einen HD-4K-Projektor, um das Fertigungsvolumen zu vergrößern, doch dies führt zu deutlich höheren Kosten, wodurch die Geräte vom Kostenpunkt nicht mehr mit anderen Druckern aus dem Desktop-Segment konkurrieren können.

Darum werden DLP 3D-Drucker gewöhnlich für spezifische Anwendungsfälle optimiert. Manche verfügen über ein kleineres Fertigungsvolumen und bieten eine hohe Auflösung zur Fertigung kleiner, detaillierter Teile wie Schmuckstücke, während andere größere Teile mit einer entsprechend niedrigeren Auflösung drucken können. 

SLA-Systeme sind von sich aus skalierbarer, da das Fertigungsvolumen eines SLA 3D-Druckers vollständig unabhängig von der Druckauflösung ist. Ein einzelner Druck kann bei beliebiger Größe und Auflösung sowie an einem beliebigen Ort innerhalb des Konstruktionsbereichs ausgeführt werden. Dadurch können große Teile mit hoher Auflösung gedruckt werden oder eine große Serie an kleinen, detaillierten Teilen, um den Durchsatz mit demselben Drucker zu erhöhen.

Die andere Einschränkung bei der Vergrößerung des Fertigungsvolumens bei SLA und DLP 3D-Druckern ist die Abzugskraft. Beim Drucken größerer Teile nehmen die bei der Ablösung der gehärteten Schicht vom Tank wirkenden Kräfte exponentiell zu. 

Beim LFS 3D-Druck löst sich der flexible Film auf dem Boden des Harztanks schonend ab, wenn das Teil von der Konstruktionsplattform nach oben gezogen wird, wodurch die Spannung im Teil deutlich verringert wird. Durch dieses einzigartige Merkmal lässt sich das Fertigungsvolumen erheblich vergrößern. So wurde die Produktion des ersten erschwinglichen großformatigen SLA 3D-Druckers, des Form 3L, möglich.

Der Form 3L ist der erste erschwingliche großformatige SLA 3D-Drucker und verfügt über ein Fertigungsvolumen von 30 cm × 33,5 cm × 20 cm.

Oberflächengüte

SLA und DLP 3D-Drucker sind beide für Teile mit der höchsten Oberflächengüte unter allen 3D-Druckverfahren bekannt. Wenn wir die Unterschiede beschreiben, sind diese meist nur an winzigen Teilen oder Modellen mit hohem Detailgrad erkennbar.

Da Objekte im 3D-Druck aus Schichten bestehen, haben 3D-Drucke oftmals sichtbare horizontale Schichtlinien. Da DLP jedoch Bilder unter Einsatz von rechteckigen Voxels gerendert werden, wirkt sich dies ebenfalls auf vertikale Voxelzeilen aus.

DLP 3D-Drucker rendern Bilder unter Einsatz von rechteckigen Voxels, was sich in vertikalen Voxelzeilen auswirken kann. Beachten Sie in diesem Bild die vertikalen Voxelzeilen, da diese natürlich auf der linken Seite auftreten, sowie anschließend für einfachere Identifikation rechts hervorgehoben

Da das Gerät rechteckig ist, wirken sich Voxel ebenfalls auf gebogene Kanten aus. Stellen Sie sich hierzu einfach die Konstruktion einer runden Form mit Lego-Steinen vor – die Kanten auf Z- und X-Y-Achse wirken abgestuft.

Die rechteckige Form der Voxel lässt abgerundete Ecken abgestuft erscheinen. Vorhandene Voxel und Schichtlinien erfordern Nachbearbeitung, beispielsweise durch Schleifen.

Beim LFS 3D-Druck sind Schichtlinien nahezu unsichtbar. Dadurch wird die Oberflächenrauigkeit verringert, was zu einer glatten Oberfläche und bei transparenten Materialien zu lichtdurchlässigeren Teilen führt.

Geschwindigkeit und Durchsatz

Wenn man die Geschwindigkeit beim 3D-Druck betrachtet, sollte man nicht nur die bloße Druckgeschwindigkeit, sondern auch den Durchsatz berücksichtigen.

Die bloße Druckgeschwindigkeit bei SLA und DLP 3D-Druckern für Kunstharz sind im Allgemeinen vergleichbar. Da der Projektor jede Schicht auf einmal beleuchtet, ist die Druckgeschwindigkeit beim DLP 3D-Druck einheitlich und hängt nur von der Schichthöhe ab, während beim SLA 3D-Druck jedes Teil mit dem Laser abgefahren wird. Für gewöhnlich führt dies dazu, dass SLA 3D-Drucker genauso schnell oder schneller beim Druck kleiner oder mittelgroßer Einzelteile sind, während DLP 3D-Drucker große, volldichte Teile oder Chargen, bei denen mehrere Teile einen großen Teil der Plattform ausfüllen, schneller drucken können. 

Allerdings müssen wir hier erneut auf die Kompromisse zwischen Auflösung und Fertigungsvolumen bei DLP-Druckern zu sprechen kommen. Ein kleiner DLP 3D-Drucker kann ein kleines Teil oder eine (kleine) Charge aus kleineren Teilen schnell und mit hoher Auflösung drucken, doch das Fertigungsvolumen begrenzt die Teilegröße und den Durchsatz. Ein anderer Drucker mit einem größeren Fertigungsvolumen kann größere Teile oder eine Charge aus kleineren Teilen schneller drucken, aber mit einer geringeren Auflösung als ein SLA-Drucker

SLA 3D-Drucker bieten alle diese Optionen in einem Gerät und geben Nutzern die Freiheit, zu entscheiden, ob sie Auflösung, Geschwindigkeit oder Durchsatz optimieren möchten.

SLA 3D-Drucker bieten ein größeres Fertigungsvolumen, wodurch Nutzer Teile in einer Charge zusammenfassen und über Nacht drucken können, um den Durchsatz zu erhöhen. 

Arbeitsprozess und Materialien

Wie schon bei Genauigkeit und Präzision unterscheiden sich Arbeitsprozesse und verfügbare Materialien mehr von Drucker zu Drucker als von Technologie zu Technologie. 

Die meisten SLA- und DLP-Drucker sind sofort einsetzbar und verfügen über einfach austauschbare Konstruktionsplattformen und Harztanks. Einige fortschrittlichere Modelle verfügen auch über ein Kartuschensystem, das den Tank automatisch mit flüssigem Kunstharz auffüllt. So ist weniger Aufmerksamkeit erforderlich und Drucke über Nacht lassen sich problemloser durchführen. 

Manche Drucker verfügen über proprietäre Software, um 3D-Modelle für den Druck vorzubereiten. Ein Beispiel ist PreForm für SLA 3D-Drucker von Formlabs. Andere Hersteller hingegen greifen auf Standardlösungen zurück. Die Funktionen unterscheiden sich je nach Software-Tool. PreForm bietet beispielsweise Ein-Klick-Druck, leistungsstarke manuelle Steuerung zur Optimierung der Stützstrukturendichte und -größe, anpassbare Schichtdicke oder Funktionen zum Einsparen von Material und Zeit. Zum Glück kann die Software vor dem Kauf eines 3D-Druckers einfach heruntergeladen und getestet werden.

3D-Drucker für Kunstharz ermöglichen den Einsatz vielfältiger Materialien für eine breite Anwendungspalette.

Einer der größten Vorteile beim 3D-Druck mit Kunstharz ist die Vielfalt der Materialien, die die Herstellung von Teilen für unterschiedliche Anwendungsbereiche ermöglichen. Kunstharze bieten eine große Anzahl an Formulierungskonfigurationen: Die Materialien können weich oder hart, stark mit sekundären Materialien wie Glas oder Keramik gefüllt sein, oder über mechanische Eigenschaften wie eine hohe Wärmeformbeständigkeitstemperatur oder Schlagzähigkeit verfügen. 

Allerdings hängt die Bandbreite der unterstützten Materialoptionen vom 3D-Druckermodell ab. Darum empfehlen wir vor dem Kauf eine Anfrage beim Hersteller. 

Sowohl SLA- als auch DLP-Teile müssen nach dem Druck nachbearbeitet werden. Zunächst müssen die Teile in einem Lösungsmittel gewaschen werden, um überschüssiges Kunstharz zu entfernen. Bestimmte funktionelle Materialien, etwa für technische oder biokompatible Teile, erfordern zusätzliches Nachhärten. Für SLA 3D-Drucker bietet Formlabs Lösungen zur Automatisierung dieser Schritte, die Zeit und Aufwand sparen.

Abschließend müssen bei 3D-Druckteilen, die auf Stützstrukturen gedruckt wurden, die Stützstrukturen entfernt werden. Dieser manuelle Prozess ist bei SLA und DLP 3D-Druckern ähnlich. Beim LFS 3D-Druck wird dieser Schritt durch berührungsempfindliche Stützstrukturen vereinfacht. Sie verfügen über sehr kleine Berührungspunkte, wodurch sie leicht entfernt werden können und nur geringfügige Stützspuren hinterlassen.


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