Wie Sie zwischen SLA- und FDM-3D-Druck wählen

Eine der wichtigsten Überlegungen bei der Entscheidung zwischen FDM- und SLA-3D-Druck sind die Materialkosten. FDM-Materialien wie PLA oder PETG sind wesentlich günstiger als SLA-Harze: Die Preise für Filamente liegen oft zwischen 20 und 50 Euro pro Kilogramm, während die Kosten für SLA-Kunstharze je nach Art und Qualität des Harzes bei etwa 50 Euro pro Kilogramm beginnen und weit darüber hinausgehen. Bei Projekten mit hohem Materialverbrauch kann FDM aufgrund der niedrigeren Kilogrammpreise die budgetfreundlichere Wahl darstellen.

Zusätzliche Einsparungen bei den Materialkosten können bei FDM-Drucken durch die Anpassung der Fülldichte (Infill) erzielt werden, denn FDM-Teile werden nur sehr selten zu 100 % massiv gedruckt. Das bedeutet, dass sich Teile erstellen lassen, die teilweise hohl sind, was Material spart und das Gewicht reduziert, allerdings mit einigen Abstrichen bei der Strukturfestigkeit einhergeht. Der SLA-Druck erzeugt dagegen in der Regel vollständig massive Teile, was die Materialeffizienz für Anwendungen verringert, bei denen die Festigkeit nicht im Vordergrund steht.

Es ist zu beachten, dass einige Programme zur SLA-Druckvorbereitung, wie z. B. PreForm, über ein integriertes Aushöhlungs-Tool verfügen, mit dem ähnliche Materialkosteneinsparungen erzielt werden können wie mit spärlicherer Fülldichte.

FDM bietet weitaus mehr Flexibilität als SLA, wenn es um die Farbvielfalt geht. Insbesondere PLA-Filament gibt es in einer riesigen Auswahl an Farben, darunter auch mehrfarbige Filamente. Außerdem sind spezielle Oberflächenbeschaffenheiten wie seidenglatt und matt verfügbar, oder sogar Flächen, die im Dunkeln leuchten. Diese Vielfalt macht das Lackieren in vielen Fällen überflüssig.

Die Farbpalette der SLA-Kunstharze ist begrenzter als die von PLA, zum Teil, weil die fotoreaktiven Komponenten in 3D-Druck-Kunstharzen empfindlich auf Pigmentkonzentrationen reagieren können. SLA-3D-Drucke können lackiert oder beschichtet werden, und es gibt einige Spezialprodukte zum Mischen eines eigenen farbigen Harzes – doch generell bietet FDM mehr Farboptionen als SLA.

Ein weiterer Vorteil von FDM ist die einfache Nachbearbeitung der Druckteile. Beim FDM-Verfahren kommen die Teile gebrauchsfertig aus dem Drucker – es ist kein Waschen oder Nachhärten erforderlich, wie es bei SLA-Drucken der Fall ist.

SLA-Drucke müssen mit Isopropylalkohol (IPA) oder anderen speziellen Reinigungslösungen, wie Formlabs Resin Washing Solution, abgespült werden. IPA ist äußerst effektiv bei der Reinigung harzbeschichteter Teile, hat aber einen starken Geruch und erzeugt entzündliche Gase, weshalb es für manche Umgebungen wie Wohnräume oder Schulen ungeeignet ist. Formlabs Resin Washing Solution ist eine nicht entzündbare Alternative zu IPA, die für den erforderlichen Waschvorgang von Kunstharz-3D-Drucken verwendet werden kann.

SLA-Teile können außerdem eine Nachhärtung unter UV-Licht und Hitze erfordern, um ihre endgültige Festigkeit oder, falls gewünscht, Biokompatibilität zu erreichen. Erfahren Sie hier mehr über die Nachbearbeitung von Kunstharz-3D-Drucken.

Dabei ist jedoch wichtig zu beachten, dass die Nachbearbeitung von FDM-Teilen nicht zwangsläufig schneller geht. Das Entfernen der Stützstrukturen von FDM-Drucken kann schwierig sein, und es kann langwieriges manuelles Schleifen nötig sein, um glatte Oberflächen zu erzielen – insbesondere bei komplexen Geometrien. Aber für alle, die den Komfort schätzen, ein Teil direkt aus dem Drucker zu nehmen und den chemieintensiven Arbeitsablauf zu überspringen, ist FDM oft die bessere Wahl.

Für Projekte, bei denen es auf feine Details, glatte Oberflächen und exzellente Genauigkeit ankommt, ist SLA oft die beste Wahl, auch wenn höhere Materialkosten und zusätzliche Nachbearbeitungsschritte erforderlich sind. Die Fähigkeit, Druckteile in professioneller Qualität zu liefern, macht den SLA-Druck zu einem wertvollen Werkzeug für Spezialanwendungen, bei denen FDM möglicherweise nicht ausreicht.

SLA ist oft die erste Wahl, wenn es auf Genauigkeit ankommt. SLA-Drucker verwenden eine Lichtquelle wie einen Laser oder LEDs, um flüssiges Kunstharz Schicht für Schicht auszuhärten, was hochpräzise und einheitliche Drucke zum Ergebnis hat. Das Verfahren ermöglicht die Herstellung von Teilen mit engen Toleranzen und ist daher ideal für Anwendungen wie zahnmedizinische Modelle, Schmuckprototypen und technische Bauteile, die eine hohe Maßgenauigkeit erfordern. Beim FDM-Druck hingegen wird geschmolzenes Filament extrudiert, wobei aufgrund der Düsenbewegung, der Haftung der Schichten und der Schrumpfung des Materials leichte Unregelmäßigkeiten entstehen können. Wenn Präzision ein Muss ist, ist der SLA-Druck FDM deutlich voraus.

Der Automobil-Zulieferer Dorman Products verwendet SLA-3D-Drucker von Formlabs für die Prototypenentwicklung und die Qualitätskontrolle, da sie eine hohe Genauigkeit bieten. Bevor die Produkte in den Handel gelangen und in Kundenfahrzeugen installiert werden können, muss das Team von Dorman genau herausfinden, wieviel Maßabweichungen die Teile tolerieren können. Hierzu führt das Team eine Maßanalyse durch, mit der es Teile entweder als „Go“ oder „No-Go“ beurteilt. In einigen Fällen können hierfür enge Toleranzen erforderlich sein – ob sich diese in einer 3D-gedruckten Lehre einhalten ließen, dessen war sich das Team vor dem Erhalt der Drucker Form 3+ und Form 3L nicht sicher.  Heute erreicht das Unternehmen bei seinen 3D-Druckteilen beeindruckende Toleranzen von 0,025 mm.

Mit den Druckern Form 4 und Form 4L sind sogar noch engere Toleranzen möglich, mit ±0,15 % Maßtoleranz bei Merkmalen von 1 bis 30 mm (Untergrenze: ±0,02 mm) und ±0,3 % bei Merkmalen von 81 bis 150 mm (Untergrenze: ±0,15 mm).

Ein weiterer wesentlicher Vorteil von SLA ist die hervorragende Oberflächenqualität. SLA-gedruckte Teile haben direkt nach dem Druck eine glatte, halbmatte Oberflächenbeschaffenheit. Diese Glätte ist besonders vorteilhaft für ästhetische Teile, wie z. B. Produktprototypen, und für Teile wie Medizinprodukte, bei denen die Oberflächenqualität die Funktionalität beeinflussen kann. FDM-Drucke hingegen neigen zur Produktion sichtbarer Schichtlinien, insbesondere auf gekrümmten Oberflächen, und erfordern oft umfangreiche Schleif- oder Nachbearbeiten, um vergleichbare Ergebnisse zu erzielen wie SLA.

Glatte Oberflächen können bei einigen Anwendungen von entscheidender Bedeutung sein, z. B. bei Silikongussformen und Windkanaltests. Die Oberflächenqualität kann sich auch positiv auf den 3D-Druck-Workflow auswirken, wie es bei Archer Aviation der Fall ist. Wie Konstruktionsleiter Julien Thiebaud erklärt: „Ich finde es toll, dass wir alle Stützstrukturen mit einem Finger und ganz ohne Werkzeug ablösen können. Die Teile werden gewaschen, nachgehärtet und im Prototypen verbaut. Es muss, wenn überhaupt, nur sehr wenig von Hand fertiggestellt werden. Die Gesamtqualität ist unglaublich.“

SLA eignet sich hervorragend zur Umsetzung kleiner, filigraner Merkmale. Die XY-Auflösung von SLA-Druckern ermöglicht die Wiedergabe extrem feiner Details, wie dünne Wände, scharfe Kanten und komplexe Geometrien. Auch mit FDM lassen sich kleine Details drucken, das Verfahren ist aber durch die Größe der Düse und das Verhalten des geschmolzenen Filaments eingeschränkt, wodurch es zu schlecht aufgelösten oder übergangenen Details kommen kann.

Das Advanced Prototyping Center von Microsoft hat zahlreiche 3D-Drucker im Einsatz, darunter SLA- und SLS-Drucker von Formlabs, um sowohl iterative Design-Prototypen als auch Kleinserien von Konzeptmodellen herzustellen. Die Teile können groß sein, wie die Gehäuse für Surface-Laptops, oder klein, wie die unten abgebildeten elektrischen Verbinder. Während FDM theoretisch eine Option für große Teile darstellt, hätten selbst die fortschrittlichsten FDM-Drucker Schwierigkeiten, die winzigen Vertiefungen und Erhebungen in einem Teil wie diesem Verbinder aufzulösen.

SLA erstellt vollkommen dichte Teile, was mit FDM nicht möglich ist. Selbst bei 100 % Fülldichte und selbst bei Druckeinstellungen, die so konfiguriert sind, dass das Material überextrudiert wird, weisen FDM-Druckteile winzige Hohlräume auf, da der extrudierte Kunststoff nicht überall einfließt. Daher können mit FDM keine wasserdichten, isotropen oder optisch transparenten Teile erstellt werden – mit SLA hingegen schon.

Viele Teile mit Kontakt zu Flüssigkeiten und Gasen, von Krümmern bis zu Tiefseerobotern, müssen hohem Druck standhalten, ohne auszulaufen. Die vollkommen dichten Teile, die mit SLA-3D-Druckern erstellt werden, können wasserdicht sein – im Gegensatz zu FDM-Druckteilen, welche Lücken aufweisen, die ausgefüllt oder anderweitig abgedichtet werden müssen, um ein Auslaufen zu verhindern.

Forschende der University of Rhode Island haben 3D-gedruckte Behälter aus verschiedenen Materialien getestet und festgestellt, dass die mit SLA gedruckten Teile mehr als 100 bar (1500 psi) standhielten. Das glasgefüllte technische Material Rigid 10K Resin hielt mehr als 379 bar (5500 psi) stand, bevor es implodierte. Ausführliche Details über das Experiment und die Ergebnisse finden Sie in unserem Whitepaper.

Das Atlantic Oceanographic and Meteorological Laboratory (AOML) der US-amerikanischen National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA) wollte mit 3D-Druck schnell und kostengünstig individuelle Forschungswerkzeuge fertigen. Einige Teile, wie z. B. Elektronikgehäuse, mussten vor Wasser geschützt werden, während andere, wie z. B. Systeme zur Wasserprobennahme, Wasser im Inneren halten mussten. Das Team startete mit einem FDM-3D-Drucker, stellte aber schnell fest, dass Flüssigkeit in die Druckteile eindrang oder aus ihnen herauslief. Sie stiegen auf SLA-3D-Drucker von Formlabs um und sind seitdem in der Lage, 3D-Druckteile mit handelsüblichen Bauteilen wie PVC-Rohren einzusetzen, um kostengünstige, individuelle wasserdichte Probennahmesysteme zu erstellen.

FDM-Druckteile sind zum einen nicht vollkommen dicht, zum anderen sind sie aber auch in der Z-Achse deutlich schwächer als in der X- und Y-Achse. SLA-Drucke hingegen sind isotrop, d. h. sie weisen in allen Dimensionen die gleiche Festigkeit auf.

Das australische Unternehmen Foil Drive, das elektrische Foiling-Ausrüstung für den Einsatz im Wasser herstellt, setzt seine 3D-gedruckten Propeller extremen Belastungen aus. Die Propeller drehen sich mit 3000 Umdrehungen pro Minute und sind einem zusätzlichen Drehmoment ausgesetzt, wenn sie ins Wasser eintauchen und wieder auftauchen. „Da verlangt man dem Propeller Gewaltiges ab, mit solchen Kräften umzugehen“, so Gründer und Geschäftsführer Paul Martin.

Nach Versuchen mit FDM-Druckern, bei denen die Teile unter den starken Scherkräften zerbrachen, und preiswerten SLA-Druckern, bei denen eine schlechte Materialcharge zum Versagen von Teilen führte, stieg Martin zur Fertigung der Propeller auf einen großformatigen Formlabs-SLA-Drucker und ein glasgefülltes Hochleistungsharz um. „Erst als wir Rigid 4000 Resin ausprobierten, lief alles glatt“, berichtet Martin. „Damit konnten wir Tausende herstellen und als Endverwendungspropeller an Leute auf der ganzen Welt versenden.“

Für den FDM-Druck sind zwar transparente Filamente erhältlich, aber die kleinen Hohlräume zwischen dem extrudierten Filament in den Druckteilen lassen diese trüb oder matt aussehen. Nutzererfahrungen haben gezeigt, dass eine geringere Kühlung und eine langsamere Extrusion die Lichtdurchlässigkeit erhöhen können, aber es verbleiben dennoch Lufteinschlüsse zwischen den Schichten, die die Transparenz der Teile einschränken.

Transparente Teile sind in vielen praktischen Anwendungen gefragt, da sie es ermöglichen, Bereiche einzusehen, die bei einem lichtundurchlässigen Teil verdeckt wären. Der Drohnenhersteller Skydio verwendet Clear Resin für die Herstellung durchsichtiger Prototypen, die es dem Ingenieurteam ermöglichen, elektrische Leitungen durch komplexe Geometrien zu verlegen, und das Neurotechnologie-Unternehmen OpenBCI verwendet Clear Resin für das Prototyping von Produktionswerkzeugen. Dies erlaubt es dem Konstruktionsteam, den Materialfluss während des Gussprozesses zu beobachten, um die Position der Entlüftung zu optimieren.

Nach dem Druck können transparente Teile abgeschliffen, beschichtet oder anderweitig behandelt werden, um ihre Klarheit zu erhöhen und sie vor dem Vergilben durch UV-Strahlung zu schützen. Lesen Sie unseren Leitfaden zum transparenten 3D-Druck, um bewährte Praktiken und Beispiele kennenzulernen.

Alle FDM-Drucke, auch wenn sie mit speziellem Hochtemperatur-Filament gedruckt wurden, beginnen ab einer bestimmten Temperatur zu schmelzen. Bei den meisten FDM-Materialien handelt es sich um amorphe Thermoplaste, d. h. sie verformen sich allmählich, da ihre Viskosität nach Erreichen der Glasübergangstemperatur (oft als Tg bezeichnet) abnimmt. Einige FDM-Materialien wie Nylon und TPU sind teilkristalline Thermoplaste, d. h. sie behalten ihre Form bis nahe an den Schmelzpunkt bei und verformen sich dann schnell und stark. So oder so – alle FDM-Druckteile schmelzen.

Bei SLA-Materialien handelt es sich hingegen um Duroplaste, die selbst bei hohen Temperaturen nicht schmelzen. Sie können sich unter Belastung bei hohen Temperaturen zwar verformen, schmelzen tun sie jedoch nicht. Für Anwendungen bei hohen Temperaturen eignen sich SLA-Teile daher besser als FDM- oder sogar SLS-Teile. Lesen Sie unseren Leitfaden zum 3D-Druck bei hohen Temperaturen für weitere Informationen.

Formstabilität bei hohen Temperaturen, wenn auch nur kurzzeitig, kann es Ingenieuren ermöglichen, Verbrennungsreaktionen für Bauteile von Triebwerken und Raketen auf 3D-gedruckten Prototypen aus Kunststoff zu testen, was im Vergleich zu Metallteilen eine erhebliche Zeit- und Kostenersparnis bedeutet.

Luft- und Raumfahrt-Ingenieur Sam Rogers druckte mit SLA-3D-Druck den Prototyp des Zünders für ein Raketentriebwerk mit Wirbelrohr. Selbst mit dem Wirbelrohr zur Kühlung hätten sich FDM-Druckteile zu sehr verformt, als dass der Test brauchbare Ergebnisse erbracht hätte. Mit Clear Resin konnte er nicht nur das Zündmuster beobachten, sondern auch feststellen, dass die Geometrie pro Testfeuerung zumindest einige Sekunden lang stabil war.

Sehen Sie sich das Video an, um Rogers' Arbeit mit dem Prototyp aus Clear Resin im Detail kennenzulernen.

Aufgrund ihrer Hitzebeständigkeit können SLA-Teile auch für den Einsatz in der Medizin und Zahnmedizin sterilisiert werden. SLA-gedruckte Teile halten sowohl Gammasterilisation als auch Dampfsterilisation in einem Autoklav stand.

Der Medizinprodukte-Hersteller restor3D fertigt mit Formlabs-SLA-3D-Druckern chirurgische Instrumente für die Endverwendung. Chirurgische Instrumente werden in der Regel nicht aus Kunststoffen produziert, da diese unter der Hitze und dem Druck des Autoklavierens schmelzen würden. Die von restor3D hergestellten Instrumente bestehen aus einer Kombination von Metall- und Polymerteilen, wodurch sie kostengünstiger sind als herkömmliche Metallinstrumente, aber dem Autoklavieren dennoch standhalten.

Beachten Sie, dass die Fähigkeit, den Sterilisationsbedingungen standzuhalten, nur eine der Anforderungen ist, die an Materialien für den medizinischen Einsatz gestellt werden. Biokompatibilität ist ein komplexes Thema; lesen Sie Formlabs' Leitfaden zu biokompatiblen Kunstharzen für den 3D-Druck für eine ausführliche Erläuterung.

Viele Fertigungsverfahren, darunter Spritzgießen, Blasformen und Thermoformen, setzen hohe Temperaturen ein. Fertigungswerkzeuge für diese Verfahren werden in der Regel aus Metallen wie Aluminium hergestellt, um eine hohe Festigkeit und Hitzebeständigkeit zu gewährleisten, doch maschinell bearbeitete Formwerkzeuge aus Metall können mit unerschwinglichen Kosten einhergehen. 3D-Druck kann die Durchlaufzeiten und Kosten für Produktionswerkzeuge reduzieren, insbesondere bei der Prototypenentwicklung oder bei Kleinserien – sofern die Materialien den jeweiligen Prozessbedingungen standhalten.

Fertigungshilfsmittel wie Halterungen und Vorrichtungen sind in der Metallverarbeitung von entscheidender Bedeutung, um Präzision, Wiederholbarkeit und Effizienz zu gewährleisten. Die Herstellung von Halterungen und Vorrichtungen mit herkömmlichen Methoden kann jedoch mehrere Wochen beanspruchen, vierstellige Beträge kosten und die Gestaltungsfreiheit einschränken. Red Oak Fabrication ist eine Metallwerkstatt im Südwesten von Iowa, die mit SLA-3D-Druck kundenspezifische Vorrichtungen in wenigen Stunden herstellt, zu einem Zehntel des Preises der CNC-Bearbeitung, und das in komplexen Geometrien und organischen Formen.

Beim Schweißen werden in der Regel Temperaturen von einigen tausend Grad Celsius erreicht – doch die Vorrichtungen kommen nicht in direkten Kontakt mit der Schweißnaht und der Vorgang dauert nur etwa 10 Sekunden. Das Team von Red Oak druckt seine Vorrichtungen mit Rigid 10K Resin, einem harten, glasgefüllten Material mit einer Wärmeformbeständigkeitstemperatur (HDT) von 238 °C bei 0,45 MPa. Das weiße Material weist eine gewisse Schwärzung auf, seine Leistung wird jedoch nicht beeinträchtigt.