Schmelzschichtung (FDM) und Stereolithografie (SLA) sind die beiden beliebtesten Arten von 3D-Druckern auf dem Markt. Beide Technologien wurden für den Desktop angepasst und verfeinert, wodurch sie günstiger, benutzerfreundlicher und leistungsstärker geworden sind. In diesem umfassenden Einkaufsführer werfen wir einen genaueren Blick auf FDM und SLA 3D-Drucker und vergleichen sie in Sachen Druckqualität, Materialien, Anwendungen, Arbeitsprozess, Geschwindigkeit, Kosten und mehr, damit Sie besser entscheiden können, welches Verfahren sich am besten für Ihr Unternehmen eignet.

Die Schmelzschichtung ist die von Verbrauchern am häufigsten angewendete Form des 3D-Drucks. Bei der Schmelzschichtung werden Thermoplaste wie ABS und PLA durch eine beheizte Düse extrudiert, wobei das Material schmilzt und der Kunststoff Schicht für Schicht auf der Konstruktionsplattform aufgebaut wird. Jede Schicht wird einzeln aufgetragen, bis das Teil fertiggestellt ist.

Diese 3D-Drucker eignen sich gut für einfache Proof-of-Concept-Modelle sowie für die schnelle und kostengünstige Prototypenfertigung einfacher Teile, so etwa für Teile, die für gewöhnlich mit Zerspanungsverfahren hergestellt werden.

Stereolithografie war die erste 3D-Drucktechnologie der Welt und wurde in den frühen 1980er Jahren erfunden. Sie ist nach wie vor eine der beliebtesten Technologien bei Profis. Bei der Stereolithografie härtet ein Laser flüssiges Kunstharz zu Kunststoff. Dieser Prozess wird als Photopolymerisation bezeichnet.

SLA 3D-Drucker sind dank Ihrer Fähigkeit, hochgenaue, isotrope, wasserdichte Prototypen in verschiedenen fortschrittlichen Materialien mit feinen Details und einer glatten Oberfläche zu liefern, äusserst beliebt geworden. SLA-Kunstharzformulierungen bieten unterschiedliche optische, mechanische und thermische Eigenschaften, die denen von Standard-, technischen und industriellen Thermoplasten in nichts nachstehen.

SLA eignet sich ideal für sehr detaillierte Prototypen mit engen Toleranzen und glatten Oberflächen wie Formen, Modelle und Funktionsteile. SLA ist in vielen Bereichen vom Maschinenbau und dem Produktdesign über die Fertigung, die Zahntechnik, die Schmuckherstellung, den Modellbau bis hin zur Bildung weit verbreitet.

Wenn 3D-Druckprozesse Teile Schicht für Schicht aufbauen, können bei jeder Schicht auch Ungenauigkeiten auftreten. Der Prozess, in dem die Schichten aufgebaut werden, beeinflusst die Oberflächenqualität, die Präzision und die Genauigkeit der einzelnen Schichten und somit auch die Qualität des gesamten Drucks.

FDM 3D-Drucker bilden Schichten, indem sie Linien aus geschmolzenem Kunststoff auftragen. Bei diesem Prozess wird die Auflösung des Teils durch die Grösse der Extruderdüse bestimmt und es gibt Hohlräume zwischen den abgerundeten Linien, wenn die Düse sie aufträgt. Dadurch haften Schichten möglicherweise nicht vollständig aneinander, sie sind im Allgemeinen deutlich an der Oberfläche sichtbar und der Prozess kann im Gegensatz zu anderen Technologien keine filigranen Details wiedergeben.

Beim SLA 3D-Druck wird flüssiges Kunstharz durch einen hochpräzisen Laser zu Schichten geformt, wodurch deutlich filigranere Details möglich sind. Zudem ist das Verfahren zuverlässiger bei der Wiederholbarkeit hochwertiger Druckergebnisse. Darum ist SLA 3D-Druck für feine Merkmale, glatte Oberflächen, vollendete Teilepräzision und -genauigkeit bekannt.

Die Nutzung von Licht anstelle von Wärme ist ein weiterer Aspekt, durch den SLA-Drucker für Zuverlässigkeit sorgen. Da nahezu bei Raumtemperatur gedruckt wird, kommt es bei den Druckteilen nicht zu Artefakten durch Wärmeausdehnung und Kontraktion, die beim FDM-Druckprozess auftreten können.

Während bei der Schmelzschichtung eine mechanische Verbindung zwischen den Schichten entsteht, erzeugen SLA 3D-Drucker chemische Verbindungen, indem Photopolymere über Schichten hinweg miteinander vernetzt werden, was zu vollständig dichten Teilen führt, die wasser- und luftdicht sind. Diese Verbindungen weisen eine hohe horizontale Festigkeit auf, wodurch isotrope Teile entstehen, d. h. die Festigkeit ist nicht von der Richtung abhängig. Dadurch eignet sich SLA besonders für Anwendungen im Maschinenbau und in der Fertigung, bei denen es auf die Materialeigenschaften ankommt.

FDM 3D-Drucker funktionieren mit verschiedenen Standardthermoplasten wie ABS, PLA und deren Mischungen. Die Beliebtheit von FDM in der Hobbyist-Szene hat zu einer Vielzahl von Farboptionen geführt. Es gibt auch zahlreiche experimentelle Filamentmischungen zur Herstellung von Teilen mit holz- oder metallartigen Oberflächen.

Technische Materialien wie Nylon, PETG, PA, oder TPU und Hochleistungsthermoplaste wie PEEK oder PEI sind ebenfalls verfügbar, jedoch häufig auf ausgewählte professionelle FDM-Drucker beschränkt, die diese unterstützen.

SLA-Kunstharze ermöglichen eine grosse Anzahl an Formulierungskonfigurationen: Die Materialien können weich oder hart, stark, mit Materialien wie Glas oder Keramik gefüllt sein, oder über mechanische Eigenschaften wie eine hohe Wärmeformbeständigkeitstemperatur oder Schlagzähigkeit verfügen. Diverse Kunstharzformulierungen bieten eine grosse Bandbreite an optischen, mechanischen und thermischen Eigenschaften, die denen von Standard-, technischen und industriellen Thermoplasten in nichts nachstehen.

Der Arbeitsprozess besteht sowohl beim FDM als auch beim SLA 3D-Druck aus drei Schritten: Design, 3D-Druck und Nachbearbeitung.

Konstruieren Sie zunächst Ihr Modell mit einer beliebigen CAD-Software oder 3D-Scandaten und exportieren Sie es dann in einem für den 3D-Druck geeigneten Dateiformat (STL oder OBJ). 3D-Drucker benötigen Software, um die Druckeinstellungen zu konfigurieren und das digitale Modell zum Druck in Schichten aufzuteilen.

Bei billigen FDM oder SLA 3D-Druckern sind häufig stundenlange Anpassungen und Experimente erforderlich, um die korrekten Druckeinstellungen festzulegen. Dennoch können sich die Ergebnisse mit jedem neuen Design oder Material ändern und die Möglichkeit von Fehldrucken bleibt hoch. Dadurch werden nicht nur Projekte verzögert; es kommt möglicherweise auch zu Fehldrucken, bei denen langwierige Reinigungsarbeiten erforderlich sind.

Professionelle SLA 3D-Drucker wie der Form 3 und einige professionelle FDM-Drucker verfügen über eine eigene Software und vordefinierte Einstellungen für jedes Material, die gründlich getestet wurden, um die höchstmögliche Druckerfolgsrate zu erzielen.

Sobald der Druckvorgang beginnt, können die meisten 3D-Drucker bis zu dessen Abschluss unbeaufsichtigt laufen – auch nachts. Fortschrittliche SLA 3D-Drucker wie der Form 3 haben ein Kartuschensystem, das das Material automatisch nachfüllt.

Der letzte Schritt im Arbeitsprozess ist die Nachbearbeitung. SLA-Druckteile müssen in Isopropylalkohol (IPA) oder alternativ in Lösungsmitteln gespült werden, um alle unausgehärteten Harzablagerungen von den Oberflächen zu entfernen. Beim Standardarbeitsprozess müssen zunächst die Teile von der Konstruktionsplattform entfernt und dann manuell in einem Lösungsmittel eingeweicht werden, um überschüssiges Kunstharz zu entfernen.

Professionelle Lösungen wie Form Wash automatisieren den Prozess. Teile können direkt vom Drucker zum Form Wash übertragen werden, der das Lösungsmittel um die Teile in Bewegung versetzt, um sie zu reinigen, und die Teile automatisch aus dem Bad hebt, wenn der Prozess abgeschlossen ist.

Nachdem die gespülten Teile getrocknet sind, müssen manche SLA-Materialien nachgehärtet werden. Bei diesem Prozess lässt sich die höchstmögliche Festigkeit und Stabilität erreichen.

Der Vorteil beim FDM-Prozess ist, dass die Teile nicht gereinigt werden müssen; ungestützte fertiggestellte Teile sind einsatzbereit oder können nachbearbeitet werden, sobald der Druckprozess abgeschlossen ist.

Sowohl beim FDM- als auch beim SLA-Prozess werden Stützstrukturen eingesetzt, um den 3D-Druck komplexerer Designs zu ermöglichen. Ihre Entfernung stellt den letzten Schritt in der Nachbearbeitung dar.

Stützstrukturen bei FDM-Teilen müssen abhängig vom Stützstrukturenmaterial manuell entfernt oder in Wasser aufgelöst werden.

Die Entfernung der Stützstrukturen bei SLA-Druckteilen umfasst das Abschneiden der Stützstrukturen und das leichten Schleifen der Teile, um die Stützspuren zu entfernen. Die Low Force Stereolithography (LFS)™ Technologie von Formlabs bietet berührungsempfindliche Stützstrukturen, wodurch das gesamte Teil innerhalb von Sekunden von der Stützstrukturbasis abgelöst werden kann. Es bleiben nur minimale Spuren zurück und die Nachbearbeitungszeit wird so reduziert.

Wenn eine weitere Nachbearbeitung erforderlich ist, können sowohl FDM- als auch SLA-Teile leicht für spezifische Anwendungen oder Oberflächengüten spanend bearbeitet, grundiert, lackiert und montiert werden. Bei FDM-Teilen ist jedoch vor dem Grundieren oder Lackieren zusätzliches Schleifen erforderlich. Sie müssen ausserdem höhere Infill-Werte aufweisen, damit sie spanend bearbeitet werden können.

Eines der hautpsächlichen Verkaufsargumente für FDM-Drucker sind die geringen Gerätepreise. Da Einstiegsdrucker für niedrige dreistellige Beträge zu haben sind, können Hobbyisten und kleine Unternehmen FDM ausprobieren und sehen, ob 3D-Druck etwas ist, womit sie arbeiten möchten. Für diejenigen, die sich nicht sicher sind, wo sie anfangen sollen, ist der geringe Preis eines Einstiegsdruckers häufig überzeugend genug, um den Kauf zu rechtfertigen. Jedoch können diese billigen FDM-Lösungen unzuverlässig sein und erfordern häufig einen Experten, um sie langfristig am Laufen zu halten.

Professionelle Desktop FDM-Drucker lassen sich leichter bedienen und sind besser auf Unternehmen zugeschnitten. Die Preise liegen zwischen CHF 2000 und CHF 8000. Diese 3D-Drucker bieten im Allgemeinen bessere Qualität, eine höhere Druckqualität und grössere Fertigungsvolumen. Wenngleich sich diese Geräte für die Herstellung von Funktionsteilen eignen, gibt es bei diesem Preispunkt viel Konkurrenz, da SLA-Drucker eine grössere Palette an Anwendungen und hochwertigere Drucke bieten.

SLA 3D-Drucker sind ab CHF 3000 verfügbar. Formlabs bietet die einzige zugängliche grossformatigen SLA 3D-Drucklösung mit etwas unter CHF 10 000.

Im Hinblick auf die Materialien sind FDM-Filaments ebenfalls sehr günstig, wenn man sie mit den Materialien für andere 3D-Druckverfahren vergleicht. Standard-ABS, PLA und ihre verschiedenen Mischungen sind ab CHF 50/kg verfügbar, während Spezialfilaments für technische Anwendungen CHF 100 bis CHF 150/kg kosten können. Lösbare Stützstrukturmaterialien für kompatible FDM 3D-Drucker kosten CHF 100 bis CHF 200/kg. Im Vergleich zahlt man CHF 149 bis CHF 200/l für die meisten Standard- und technischen Kunstharze für SLA 3D-Drucker. 

Arbeitskosten sind der letzte – und oft vernachlässigte – Teil der Gleichung. Bei einfachen Designs ohne Stützstrukturen sind bei der Schmelzschichtung fast keine Nachbearbeitungsschritte erforderlich. Gestützte FDM-Druckteile und Teile, bei denen eine hohe Oberflächengüte erforderlich ist, müssen jedoch zeitaufwändig nachbearbeitet werden.

SLA-Teile müssen gewaschen und abhängig vom Material auch nachgehärtet werden. Beide Prozesse können jedoch weitgehend mit Zubehör automatisiert werden, um die Arbeitszeit zu reduzieren. Gestützte SLA-Druckteile erfordern lediglich geringfügiges Schleifen, um die Stützspuren zu entfernen und eine hochwertige Oberflächengüte zu erzielen.