Hochgeschwindigkeitsdruck mit Harz

Hochgeschwindigkeits-3D-Druck revolutionierte zuerst die FFF-Technologie (Fused Filament Fabrication) und breitet sich nun auch auf Resin-Druck (SLA/DLP/LCD) aus. Im FFF-Bereich gibt es spezialisierte Drucker und Kits (z. B. Raise3D Hyper FFF oder Prusa MK4), die Vibrationen mittels Input Shaping kompensieren, Hotends mit hohem Durchfluss (Volcano, CHT) verwenden und neue verstärkte Filamente nutzen, um reale Druckgeschwindigkeiten 3–5 mal höher zu erreichen, ohne Qualitätsverlust. Zum Beispiel enthält das Raise3D Hyper FFF Kit Firmware mit Resonanzkompensation, neu gestaltete Hotends (bis zu +200 % Durchfluss) und Hyperspeed-Filamente (+50 % Durchfluss), wodurch die ästhetische Qualität beibehalten und gleichzeitig die Produktivität gesteigert werden kann. Weitere Hersteller (Prusa, Creality, BambuLab) folgen diesem Trend mit Klipper-ähnlicher Firmware und ähnlichen Komponenten, wobei die tatsächlichen Grenzen weiterhin durch die Physik des Prozesses bestimmt werden (Hotend-Durchfluss, Trägheit etc.).

Video 1: Vergleich zwischen normalen und Hochgeschwindigkeits-Resinen. Quelle: Phrozen.

Parallel dazu entwickelt sich der Resin-Druck in Richtung höherer Geschwindigkeiten: Es werden Resine und Systeme gesucht, die Schichten schneller aushärten und sich leichter ablösen. Anders als beim Filament sind die Engpässe bei Resin die Belichtungszeit jeder Schicht (UV-Licht-Expositionszeit für die Aushärtung) und die Ablösungs-Kräfte (Haftung zwischen gehärtetem Bauteil und Membran). Daher umfassen die Fortschritte hochreaktive, niedrigviskose Resine (zur Reduzierung der Belichtungszeit) und spezielle Bodenfolien, die die Haftung verringern. Hochleistungsdrucker kombinieren z. B. intensive Lichtquellen (405 nm, >3000 µW/cm²) mit optimierter Firmware, während „Fast“, „Speed“ oder „Draft“ Resine (Anycubic High Speed, Phrozen Speed, Raise3D Draft etc.) in wenigen Sekunden aushärten und schnell fließen, um eine lokale Überhitzung und Druckfehler zu vermeiden.

Bild 1: Modelle mit Hochgeschwindigkeits-Resin gedruckt. Quelle: Anycubic.

Normale Resine vs. Hochgeschwindigkeits-Resine

Hochgeschwindigkeits-Resine werden so formuliert und entwickelt, dass sie unter sehr kurzer Belichtungszeit aushärten, was schnellere Druckzeiten ermöglicht. Dies erfordert meist zwei Ansätze: die Viskosität verringern, damit die Resine schnell fließt, und die chemische Aktivität erhöhen, wodurch Belichtungs- und Aushärtezeiten verkürzt werden.

Bild 2: Mit Hochgeschwindigkeits-Resin gedruckte Modelle ohne Qualitätsverlust. Quelle: Raise3D.

Dies ermöglicht die Fertigung großer Modelle in wenigen Stunden. Hochgeschwindigkeits-Resine haben typischerweise folgende Eigenschaften: niedrige Viskosität, hohe Steifigkeit nach dem Aushärten (für schnelles Schichtaufbauen) und hohe UV-Empfindlichkeit, mit Pigmenten optimiert für schnelles Aushärten. Besonders hervorzuheben ist die Raise3D Draft-Formulierung, die zudem die Wärmeableitung beim Z-Achsen-Bewegung verbessert, die Löslichkeit in Alkohol steigert und steife, detailreiche Bauteile liefert.

Bild 3: Die niedrigere Viskosität der Hochgeschwindigkeits-Resin ermöglicht besseren Fluss. Quelle: Anycubic.

Im Gegensatz dazu haben normale Resine höhere Viskosität und erfordern längere Belichtungszeiten, was sie für detaillierte oder weniger dringende Drucke geeignet macht. Für Hochgeschwindigkeits-Resin-Druck ist es entscheidend, die richtigen Materialien und Maschinen zu wählen: steife Resine für schnelles Aushärten, leistungsstarke Lichtquelle (405 nm LED/LCD mit hoher Intensität) und dickere Schichten (≥0,1 mm), die die gewünschte Geometrie schnell abdecken. Standard-Schichtdicke von 0,05 mm kann oft auf 0,1 mm oder mehr erhöht werden, was die Schichtanzahl drastisch reduziert, ohne zu viel Auflösung zu verlieren.

Trennfilme: FEP, nFEP (PFA) und ACF

Mit geeigneten Resinen bleibt als limitierender Faktor die Ablösungs-Kraft. Der Film am Boden des Harzbehälters (oft FEP) ist entscheidend: hier findet das Ablösen jeder Schicht statt. Es gibt mehrere Typen:

Bild 4: Unterschiede der Ablösekraft bei verschiedenen Filmen. Quelle: Phrozen.

FEP (Fluorinated Ethylene Propylene):

Am häufigsten verwendeter Film. Gute Transparenz, aber starke Haftung am gehärteten Harz. Beim Ablösen entstehen hohe Kräfte, wodurch die Plattform langsam und über eine gewisse Strecke gehoben werden muss, was Geschwindigkeit limitiert und Fehler verursachen kann (Streifen, Delamination).

Bild 5: FEP-Folien für 3D-Druck mit Resin. Quelle: Prusa3D.

nFEP oder PFA (Perfluoroalkoxy):

Ähnlich wie FEP, jedoch weniger haftend. Geringere Ablösekraft erleichtert das Trennen. PFA (manchmal nFEP) wird für schnelle Drucke empfohlen.

Bild 6: nFEP-Folien erleichtern das Ablösen der Schichten. Quelle: Elegoo.

ACF (Aorita Composite Film):

Neuere, fortschrittliche Folie, speziell für Hochgeschwindigkeit entwickelt. Extrem glatte, antihaftende Oberfläche reduziert die Ablösekraft im Vergleich zu FEP/PFA erheblich. Dadurch kann schneller gedruckt werden, die Plattform wird weniger gehoben und die Teile werden weniger belastet.

Bild 7: ACF-Folien reduzieren die Ablösekraft und ermöglichen schnelleres Drucken. Quelle: Phrozen.

Zusammenfassend: ACF übertrifft FEP und PFA (nFEP) in Geschwindigkeit und Zuverlässigkeit. Studien zeigen, dass ACF die Ablösekraft stark reduziert und „Luftblasen“ beim Druck vermeidet, wodurch höhere Geschwindigkeiten ohne Qualitätsverlust möglich sind. Hochreaktive Resine (z. B. AmeraLabs XVN-50) sollten nur mit FEP-, PFA/nFEP- oder ACF-Böden verwendet werden.

Je höher die Haftung, desto mehr Energie (Zeit) geht bei jeder Plattformhebung verloren, was die Maximalgeschwindigkeit direkt beeinflusst. Um dies zu vermeiden, zusätzlich zu Hochgeschwindigkeits-Resin und gering haftenden Filmen, können folgende Optimierungen angewendet werden:

• Höhe der Hebung anpassen: Schnelldrucker verwenden minimale Hebungen (z. B. 4–5 mm statt 6 mm Standard), ausreichend, um die Teile ohne Reibung zu lösen. Kürzere Strecke = weniger Bewegungszeit.
• Hebungs-/Rückzugsgeschwindigkeit erhöhen: Für steife, niedrigviskose Resine kann die Hebegeschwindigkeit maximal sein (ohne Supports zu beschädigen), beschleunigt den Schichtzyklus.
• Leerlaufzeiten optimieren: Pausen zwischen Belichtung/Heben/Rückzug reduzieren oder eliminieren spart Sekunden pro Schicht. Z. B. Ruhezeit vor Hebung ~0,5 s Minimum, nach Rückzug 0 s für flüssige Resine. Kleine Reduktionen summieren sich über viele Schichten.
• Permeable Membranen nutzen: Industrietechnologien wie Carbon DLS nutzen sauerstoffdurchlässige Membranen, um fast keine Haftung zu erzeugen (print peel-free). Auf Desktop-Druckern selten, zeigt aber den Trend: weniger Haftung = mehr Geschwindigkeit.

Die Wahl des richtigen Geräts ist entscheidend: Drucker mit schneller Firmware und präziser Steuerung (monochromes LCD oder leistungsstarkes 405 nm DLP) sowie Schnellwechsel-Systeme wie Raise3D DF2+ oder Heygears UltraCraft A2D HD.

Zusammenfassend identifiziert Liqcreate acht Schlüsselfaktoren für schnellen Resin-Druck:

• Schnelle Resine und Drucker: 3D-Drucker mit starker Lichtquelle (405 nm) und hochreaktiver Resin verwenden (z. B. Liqcreate Premium Model).
• Schichthöhe: Dickere Schichten (0,1–0,15 mm) reduzieren die Anzahl der Schichten erheblich.
• Weniger Basisschichten: 1–2 untere Schichten für minimale Haftung, zusätzliche „Burn-in“-Zeit vermeiden.
• Weniger Wartezeit: Pausen vor/nach Plattformhebung minimieren, besonders für flüssige Resine.
• Minimale Hebehöhe: Beobachten, wann das Teil sich löst, und Hebung darauf abstimmen (z. B. 4–5 mm).
• Hohe Hebegeschwindigkeit: Aufstieg beschleunigen, wenn Resine es zulässt; Supports ggf. verstärken.
• Hohe Rückzugsgeschwindigkeit: Plattform schnell zurück, um nächste Schicht zu drucken; für steife/glasklare Resine meist tolerierbar.
• Weniger haftender Film: PFA/nFEP oder ACF verwenden.

Mit diesen Maßnahmen lassen sich Druckgeschwindigkeiten deutlich steigern, ohne die Teilequalität zu gefährden. Beispielsweise wurden mit Hochgeschwindigkeits-Resin und leistungsstarkem LCD 20 cm lange Zahnvorlagen in ~20 Minuten gedruckt – ein Wert, der mit normaler Resin undenkbar wäre.