Der 3D-Druck ist keine neue Technologie, wie es scheint, sondern gibt es schon seit vielen Jahren. Es ist das Jahr 1986, als Chuck Hull, der Gründer von 3D Systems, den ersten 3D-Drucker registriert. Es handelte sich um einen 3D-Drucker SLA (StereoLithoGraphy), der ein Harz verwendet, das durch Photopolymerisation erstarrt, wenn ein Laserstrahl darauf trifft. Nur zwei Jahre später brachte Scott Crump, der Gründer von Stratasys, den ersten FDM (Fuse Desposition Modeling) 3D-Drucker auf den Markt, der heute der bekannteste Typ von 3D-Druckern im sozialen Bereich ist.
Die Funktionsweise von beiden ist ähnlich; beide Arten von 3D-Drucktechnologien stellen Teile schichtweise her. Bei FDM wird das Material über den gesamten Bereich der Schicht aufgetragen, in dem es sich befindet, während bei SLA das Harz dank eines Laserstrahls direkt verfestigt wird.
Hauptunterschiede zwischen FDM- und SLA-3D-Druckern
Materialien und Farben
Die am häufigsten verwendeten Materialien bei FDM-Druckern sind PLA und ABS, obwohl es immer häufiger vorkommt, dass moderne Materialien wie PETG, Nylon und Materialmischungen wie PC-ABS oder PLA mit Fasern verwendet werden. Die Materialvielfalt wird immer umfangreicher, sowohl was die Materialarten als auch die Farben angeht.
Die meisten FDM-Drucker verwenden Standardspulenmodelle, die von den Herstellern mit Filamentdurchmessern von 1,75 mm oder 2,85 mm geliefert werden. Der Durchmesser des Filaments wird vom Hersteller des FDM-Druckers in Abhängigkeit von der Art der Bewegung (kartesisch oder Delta) und dem Typ des Extruders festgelegt.
Bild 1: Filament 1,75 mm und 2,85 mm
Bei SLA ist die Vielfalt sowohl bei den Materialtypen als auch bei den Farben viel begrenzter. Der Hauptharzhersteller (FormLabs) hat die größte Auswahl an Materialien (Standardharz, Konstruktionsharz, Dentalharz und gießbares Harz) und bietet ganz aktuell das Color Kit an, ein Basisharz mit einer Reihe von Farbstoffen, um die vom Anwender gewünschte Farbe zu erhalten.
Bild 2: Color Kit. Quelle: Formlabs
Genauigkeit beim Schlichten
Bei FDM-Druckern ist es normal, mit Schichthöhen von 0,1 mm gute Ergebnisse zu erzielen, allerdings nur, wenn die gedruckten Teile keine sehr komplexen Formen oder geringe Größe aufweisen. In diesen Fällen ist diese Art von Technologie durch den Durchmesser der Düse begrenzt, um die Mindestdicke zu erreichen. Bei der Verwendung von Auflagern aus dem gleichen Material wie das Teil ist die Oberflächengüte in der Regel nicht sehr gleichmäßig, was eine Nachbearbeitung im Kontaktbereich der Auflager erfordert. Eine Lösung für dieses Problem ist die Verwendung von löslichen Trägermaterialien wie PVA oder HiPS.
Bild 3: Großes FDM-Finish. Quelle: Fillamentum
Bei Druckern mit SLA-Technologie ist die Druckpräzision sehr hoch, auch bei komplexen Formen, da der Durchmesser des Lasers, der das Harz verfestigt, sehr klein ist. Der SLA Form 2-Drucker kann zum Beispiel Teile mit Schichthöhen von 0,025 mm produzieren und so direkt finale und funktionale Teile erhalten. Die erreichte Präzision ist so hoch, dass die Form 2 in der Lage ist, Schmuck- und Zahnapplikationsmodelle mit absoluter Detailtreue herzustellen.
Bild 4: Großes SLA-Finish. Quelle: FormLabs
Kleben / Entfernen von Substraten
Obwohl es eine große Vielfalt an Materialtypen für FDM-Drucker gibt, ist die Haftung auf der Unterlage in der Regel kein Problem, zumal es sehr effektive Produkte (Magigoo, PrintFix, DimaFix...) gibt, die die Haftung unterstützen. Selbst für Materialien, die sehr verzugsanfällig sind, wie z. B. PP, gibt es bereits den Smart Stick, der das Problem löst, ohne dass PP-Dichtband verwendet werden muss. Das Entfernen jeglichen Materials von der Basis eines FDM-Druckers ist sehr einfach, so sehr, dass es in den meisten Fällen von Hand erfolgen kann.
Bild 5: Magigoo
Für Substrate im FDM-Druck werden in der Regel lösliche Materialien verwendet, die sehr leicht zu entfernen sind. Im Falle von HiPS wird es in D-Limonen und PVA in Wasser verdünnt. Diese Materialien sind sehr praktisch, vor allem, wenn Sie Objekte mit komplexen Formen oder internen Kanälen herstellen möchten, an die eine manuelle Nachbearbeitung nicht heranreicht.
Bild 6: D-Limonen
Die Haftung ist bei der SLA-Drucktechnologie nie ein Problem, aber es erfordert mehr Aufwand, die Teile von der Bauplatte zu entfernen. Die Teile sind oft so fest mit dem Untergrund verklebt, dass ein spezieller Spachtel zum Entfernen benötigt wird. Außerdem ist die Unterlage am Ende eines Drucks mit Harz imprägniert und benötigt einige Zeit, um sie zu reinigen.
Bei SLA-Druckern gibt es keine Möglichkeit, mit zwei verschiedenen Materialien zu drucken, was bedeutet, dass man die Stützen manuell mit einer Zange entfernen und sogar eine Nachbearbeitung durchführen muss, um sie vollständig loszuwerden.
Nachbearbeiten
Nach dem Druck auf einem FDM-Drucker ist nur eine Nachbearbeitung erforderlich, um die Stützen zu entfernen, wie im vorherigen Abschnitt erläutert. Materialien wie ABS, Smartfil E.P. und viele andere können geschliffen werden, um eine bessere Oberflächenqualität zu erhalten.
Wenn ein Teil jedoch auf einem SLA-Drucker fertig gedruckt ist, sollte die Oberflächenschicht aus nicht verfestigtem Harz in einem Isopropylalkoholbad oder in einem Waschzentrum wie Form Wash entfernt werden. Die meisten Harze können geschliffen und lackiert werden, sobald sie vollständig ausgehärtet sind.
Bild 7: Form Wash. Quelle: FormLabs
Fazit
In diesem Fall ist die Anwendung jeder 3D-Drucktechnologie sehr klar; FDM-Drucker sind ideal für billige und schnelle Prototypen, die keine große Oberflächengüte oder exakte Präzision in ihren Abmessungen haben müssen, obwohl es FDM-Drucker mit großer Präzision und Ausführung gibt.
Auch für direkte Funktionsteile sind FDM-Drucker dank der großen Vielfalt an verfügbaren Materialien sehr nützlich. Auf der anderen Seite werden SLA-Drucker für Teile oder Objekte empfohlen, die ein hohes Finish mit exakten Maßen erfordern, auf dem Niveau von Endteilen, aber für Prototyping-Zwecke, die keinen Belastungen ausgesetzt sind.
Derzeit haben FormLabs und UniZ 3D-Drucker und Harze entwickelt, die den Markt revolutioniert haben. Formlabs hat die neuen Form 3 und Form 3L, zwei Harz-3D-Drucker mit LFS (Low Force Stereolithography)-Betriebstechnologie, die die Herstellungszeit und die Anzahl der Stützen bei der Herstellung eines Teils reduzieren. Im Falle von UniZ handelt es sich um die SLASH- und zSLTV-Reihe, 3D-Drucker mit LED-LCD-Betrieb, die eine wirklich schnelle Fertigung ermöglichen, bis zu 600 mm/h mit wirklich spektakulären Oberflächen. Schließlich verfügen beide Hersteller über technische Harze, die den Druck von qualitativ hochwertigen funktionalen Endteilen ermöglichen.
