3D-Drucktechnologien erklärt: FDM, DLP/SLA und SLS

3D-Drucktechnologien

3D-Druck ist keine einzelne Technologie, sondern ein Sammelbegriff für verschiedene Fertigungsmethoden, die jeweils auf ihre eigene Weise ein Produkt oder Bauteil Schicht für Schicht aufbauen. Die Wahl der Technologie bestimmt maßgeblich die Materialeigenschaften, Maßgenauigkeit, Oberflächenqualität und Kosten eines Bauteils. Im Folgenden erläutern wir die drei Technologien, die wir am häufigsten einsetzen: FDM, DLP/SLA und SLS.

FDM (Fused Deposition Modeling)

Beim FDM-Druck, auch als FFF-Druck bezeichnet, wird ein thermoplastischer Draht, das sogenannte Filament, durch eine beheizte Düse geführt und geschmolzen. Der Druckkopf trägt das geschmolzene Material entsprechend dem digitalen Modell, häufig im STL-, OBJ- oder STEP-Format, Schicht für Schicht auf. Anschließend kühlt jede Schicht ab und verbindet sich mit der darunterliegenden. Zu den häufig verwendeten Materialien gehören PLA, PETG, ABS, ASA, PC, Nylon und flexible TPUs. Jedes Material verfügt über spezifische Eigenschaften hinsichtlich Festigkeit, Temperaturbeständigkeit und chemischer Beständigkeit.

Auch verschiedene andere Filamenttypen können eingesetzt werden, beispielsweise kohlefaserverstärktes PA6-Filament. Dieses bietet eine hohe Steifigkeit, hohe Festigkeit und gute thermische Beständigkeit bei gleichzeitig geringem Gewicht.

Auch glasfaserverstärkte Filamente sind verfügbar. Sie bieten eine gute chemische Beständigkeit und eine glattere Oberfläche bei mittlerer thermischer Beständigkeit. Sie eignen sich ideal für robuste Endprodukte, Gehäuse für den Einsatz unter Außenbedingungen und Kleinserien.

DLP/SLA (Resin-Druck)

DLP und SLA gehören zu den Resin- bzw. Photopolymerisationstechnologien. Dabei wird ein flüssiges, lichtempfindliches Harz, sogenanntes Resin, Schicht für Schicht gezielt mit UV-Licht ausgehärtet. Der Unterschied liegt in der Lichtquelle: SLA verwendet einen Laserpunkt, der die Kontur „zeichnet“, während DLP und die verwandte mSLA/LCD-Technologie eine vollständige Schicht auf einmal mit einem Projektor oder LCD-Bildschirm belichten. Dadurch ist DLP häufig schneller und konsistenter.

Diese Technologie bietet die höchste Detailgenauigkeit und die glattesten Oberflächen der drei Verfahren, mit feinen Details und scharfen Kanten. Daher wird sie häufig für Urmodelle, beispielsweise für Silikon- und PU-Gussverfahren, für präzise Prototypen sowie für zahntechnische und Schmuckanwendungen eingesetzt. Zu beachten ist die Nachbearbeitung: Gedruckte Bauteile müssen gewaschen, in der Regel mit IPA, und anschließend unter UV-Licht nachgehärtet werden. Auch die Materialeigenschaften sind ein wichtiger Faktor: Standard-Resins sind relativ spröde, inzwischen sind jedoch auch zähe und temperaturbeständige Engineering-Resins erhältlich.

SLS (Selective Laser Sintering)

Beim SLS wird eine dünne Schicht Polymerpulver, meist Nylon wie PA12 oder PA11, auf einem beheizten Baubett verteilt. Anschließend verschmilzt bzw. versintert ein Laser das Pulver genau an den Stellen, an denen das Bauteil entstehen soll. Das Baubett senkt sich ab, eine neue Pulverschicht wird aufgetragen und der Prozess wiederholt sich. Das unverarbeitete Pulver rund um das Bauteil dient als natürliche Stütze. Dadurch sind keine zusätzlichen Stützstrukturen erforderlich und komplexe Formen, Hohlräume und bewegliche Bauteile können in einem Arbeitsgang gedruckt werden.

Dadurch eignet sich der SLS-Druck besonders für funktionale Endprodukte und Kleinserien, da die Bauteile robust sind und weitgehend richtungsunabhängige, also isotrope, Eigenschaften aufweisen. Die Oberfläche hat eine charakteristische, leicht körnige und matte Struktur. Die Nachbearbeitung besteht hauptsächlich aus dem Entfernen des überschüssigen Pulvers; das Entfernen von Stützstrukturen ist NICHT erforderlich.