Was ist der Unterschied zwischen selektivem Lasersintern (SLS) und Multi Jet Fusion (MJF) 3D-Druck?

Mehrstrahlfusion (MJF) und Selektives Lasersintern (SLS) sind industrieller 3D-Druck Technologien, die zur Familie der Pulverbettfusion gehören. Bei beiden Verfahren werden Teile durch thermisches Verschmelzen (oder Sintern) von Polymerpulverpartikeln Schicht für Schicht hergestellt.

Der Hauptunterschied zwischen diesen beiden Technologien ist ihre Wärmequelle. SLS verwendet einen Laser, um jeden Querschnitt zu scannen und zu sintern. MJF hingegen verteilt eine Tinte (Schmelzmittel) auf dem Pulver, um Infrarotlicht zu absorbieren. Der Drucker führt dann eine Infrarotenergiequelle über die Konstruktionsplattform, um die eingefärbten Bereiche zu verschmelzen. Im Wesentlichen kombiniert MJF SLS und Binder Jetting Technologien.

Da SLS und MJF sehr ähnliche Teile erstellen, ist es für einen Designer wichtig, die Unterschiede zwischen den beiden Prozessen zu verstehen. In diesem Artikel vergleichen wir SLS und MJF in Bezug auf Arbeitsablauf, Genauigkeit, Materialien, Kosten und Vorlaufzeit.

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Wie funktionieren SLS- und MJF-3D-Druckverfahren?

SLS- und MJF-3D-Druck haben ähnliche Herstellungsprozesse und Arbeitsabläufe, es gibt jedoch einige wesentliche Unterschiede zwischen den beiden Technologien. Beginnen wir mit dem Herstellungsprozess.

Selektives Lasersintern (SLS)

Ein SLS-Drucker verteilt zunächst eine dünne Pulverschicht auf der Bauplattform. Ein CO2-Laser scannt dann jeden Querschnitt und sintert das Pulver. Die Plattform senkt sich dann um eine Schicht ab und der Vorgang wiederholt sich, bis der Bau abgeschlossen ist. Der gesamte Behälter muss abkühlen, bevor Sie das Teil aus dem Pulver entfernen können.

Für eine detailliertere Erklärung dieser Mechanismen lesen Sie unseren ausführlichen Artikel Was ist SLS-3D-Druck? .

Ein SLS-Teil, gedruckt in Nylon

Multi-Jet-Fusion

Um mit MJF zu drucken, verteilt die Maschine zunächst eine dünne Pulverschicht auf der Bauplattform. Der Drucker erhitzt diese Schicht auf eine nahe Sintertemperatur. Ein Wagen mit Tintenstrahldüsen (ähnlich den Düsen, die in Desktop-2D-Druckern verwendet werden) fährt über das Bett und trägt ein Schmelzmittel auf das Pulver auf. Gleichzeitig druckt die Maschine ein Detaillierungsmittel, das ein Sintern nahe der Kante des Teils verhindert.

Eine leistungsstarke IR-Energiequelle fährt dann über das Baubett und sintert die Bereiche, in denen das Schmelzmittel abgeschieden wurde, wobei der Rest des Pulvers unverändert bleibt. Der Vorgang wiederholt sich, bis alle Teile vollständig sind.

Ähnlich wie beim SLS werden die gedruckten Teile in Pulver eingebettet und müssen abkühlen, bevor sie zur Weiterverarbeitung entnommen werden können. Weitere Einzelheiten zu MJF finden Sie in unserer Aufschlüsselung der Technologie unter Was ist Multi Jet Fusion (MJF)? Erklärt von Hubs .

Ein MJF-Teil, in Nylon gedruckt

Vergleich von Workflows für SLS und MJF

Beim Drucken mit SLS verschmelzen Sie jeden Querschnitt Punkt für Punkt, während das Verschmelzen in MJF linearer ist. Die Druckzeit ändert sich dadurch jedoch nicht wesentlich, da der Nachbeschichtungsschritt (und die Gesamtzahl der Schichten) hauptsächlich die Gesamtdruckzeit bestimmt. Dieser Schritt dauert bei SLS und MJF gleich lange.

Die Kühlung des Behälters und die Nachbearbeitung sind jedoch viel schneller, wenn Sie mit MJF arbeiten. HP bietet eine dedizierte Nachbearbeitungsstation an, die die Abkühlrate des bedruckten Behälters beschleunigt und bei der Pulverentfernung hilft. Mit MJF können Sie 80-85 % des Pulvers nach jedem Aufbau recyceln und zurückgewinnen, während nur 50 % des Pulvers aus jedem SLS-Aufbau recycelbar sind.

Schnellere Kühlzeiten und erweiterte Änderungen beim Recyceln und Wiederverwenden von Pulver sorgen dafür, dass MJF-Bediener weniger zögern, Aufträge zu beginnen, selbst wenn der Behälter teilweise voll ist. Im Gegensatz dazu warten SLS-Maschinenbediener häufig, bis der Behälter gefüllt ist, bevor sie einen Druckauftrag starten. Dieser wesentliche Unterschied im Arbeitsablauf führt zu kürzeren Vorlaufzeiten.

Wie hoch ist die dimensionale Genauigkeit von SLS und MJF?

SLS und MJF sind beides industrielle Technologien, die eine hohe Maßgenauigkeit bieten für Sonderteile. Allerdings hat MJF einen kleinen Vorteil gegenüber SLS.

Dies liegt hauptsächlich daran, dass MJF-Druckköpfe Material mit 1200 DPI (oder ungefähr 1 Punkt alle 0,022 mm) auftragen, während die typische SLS-Laserfleckgröße ungefähr 0,3 und 0,4 mm im Durchmesser beträgt. Außerdem hilft das in MJF verwendete Detaillierungsmittel beim Drucken kleiner Merkmale und scharfer Kanten.

Es ist wichtig zu beachten, dass SLS und MJF keine Unterstützungsstrukturen erfordern. Auf diese Weise können Sie Freiformmodelle ohne Support-Entfernungsmarkierungen erstellen. Beide Technologien sind jedoch anfällig für Verformungen, vermeiden Sie daher große flache Bereiche in Ihrem Design. Bei ausgiebigen Tests beider Technologien stellten wir fest, dass MJF-gedruckte Teile anfälliger für Verformungen waren als SLS-gedruckte.

	MJF	SLS
Maßgenauigkeit	± 0,3 % (mit Untergrenze bei ± 0,2 mm)	± 0,3 % (Untergrenze von ± 0,3 mm)
Typische Baugröße	380 x 285 x 380	300 x 300 x 300 mm (bis zu 750 x 550 x 550 mm)
Gemeinsame Schichtdicke	70–100 Mikrometer	100–120 Mikrometer
Mindestwandstärke *	0,6 mm	0,7 mm
Mindestdetails	0,25 mm	0,30 mm

Denken Sie daran, dass die empfohlene Mindestwandstärke von Strukturbereichen für beide Technologien 1 mm beträgt.

Welche Oberflächenqualität können Sie mit SLS- und MJF-3D-Druck erzielen?

Der 3D-Druck von Teilen mit SLS- und MJF-Technologie führt zu körnigen Oberflächen, die auf hohem Niveau nachbearbeitet werden können. Wenn eine Ihrer Hauptanforderungen an Ihr Teil die Ästhetik ist, empfehlen wir das Färben als Teil Ihrer Nachbearbeitung.

In Bezug auf die Farbe verwenden MJF-Systeme derzeit ein schwarzes Schmelzmittel, da dunkle Materialien Strahlung effektiver absorbieren. Infolgedessen haben mit MJF bedruckte Teile ein hellgraues Aussehen. Sie können sich für einen zusätzlichen Färbeschritt entscheiden, um ein einheitliches schwarzes Finish zu erzielen.

SLS-Teile hingegen werden in der Regel weiß bedruckt und können beliebig eingefärbt werden . Graues SLS-Nylonpulver ist ebenfalls erhältlich, und aus diesem Material gedruckte Teile sehen MJF-Teilen ähnlich, fühlen sich aber weicher an.

Ein MJF-Teil, wie gedruckt

Ein MJF-Teil nach dem Schwarzfärben

Ein SLS-Teil, gedruckt in weißem Nylon

Ein SLS-Teil aus grauem Nylon

Was sind die Materialeigenschaften von SLS und MJF?

PA 12 (Nylon) ist das Hauptmaterial, das sowohl für SLS als auch für MJF verwendet wird. Beim Drucken mit diesem Material weisen MJF-Teile im Vergleich zu SLS-Teilen eine überlegene Festigkeit und Flexibilität sowie homogenere mechanische Eigenschaften auf. Aber obwohl MJF mit Nylon eine bessere Druckqualität bietet, bieten SLS-Drucker mehr Materialoptionen, wie z. B. kohlenstoffgefülltes PA , aluminiumgefülltesPA (Alumid) und flexibles TPU .

Die Materialbeschränkung von MJF ist definitiv ein Nachteil bei der Wahl zwischen den beiden Technologien. MJF ist jedoch eine offene Materialplattform und eine schnell reifende Technologie, die eine schnelle Materialentwicklung einleiten wird, wenn immer mehr Designer und Ingenieure ihre unzähligen Vorteile entdecken.

	HP PA 12	SLS PA 12
Zugfestigkeit	XY:48 MPa Z:48 MPa	XY:48 MPa Z:42 MPa
Zugmodul	XY:1700 MPa Z:1800 MPa	XY:1650 MPa Z:1650 MPa
Bruchdehnung	XY:20 % Z:15 %	XY:18 % Z:4 %

Wie hoch sind die Kosten und Vorlaufzeiten für den SLS- und MJF-3D-Druck?

Kosten und Vorlaufzeit sind zwei wesentliche Faktoren für die Wahl zwischen SLS und MJF. Um beide Elemente zu bewerten, haben wir ein kleines Experiment auf der Hubs-Plattform durchgeführt für jede dieser beiden 3D-Drucktechnologien.

Unter Verwendung eines Halterungsdesigns (siehe Abbildung unten) als Testmodell haben wir für jede Technologie zwei Angebote von 3D-Druckdiensten in den Vereinigten Staaten angefordert. Ein Angebot bezog sich auf einen Prototyping-Auftrag (ein Teil), das andere auf eine Kleinserienproduktion (zehn bis 100 Teile).

Das von uns verwendete Modell hat ein Volumen von 28,8 cm3 und Abmessungen des Begrenzungsrahmens von 101,9 x 45,0 x 18,0 mm.

Die mit grauem SLS-Nylon bedruckte Testhalterung

In Bezug auf die Preisgestaltung war das Drucken mit MJF durchweg um etwa 15 % bis 30 % kosteneffizienter als mit SLS. Der Preisunterschied war bei größeren Teilemengen geringer, wahrscheinlich aufgrund des optimierten Nachbearbeitungs-Workflows der Technologie (Kühlung, Pulverentfernung usw.). Außerdem hat MJF tendenziell eine um etwa drei Tage kürzere Lieferzeit als SLS.

Das bedeutet nicht, dass MJF allgemein der überlegene Prozess ist. Obwohl es weniger kosteneffizient ist, bietet SLS eine weitaus größere Auswahl an Materialien, darunter kohlenstoff- und glasfaserverstärktes Nylon sowie TPU und PP.

Um die Preise und Lieferzeiten für SLS und MJF weiter einzuschätzen, wenden Sie sich an [email protected] und ein Vertreter wird weiter ins Detail gehen.

	HP PA 12	SLS PA 12
Zugfestigkeit	XY:48 MPa Z:48 MPa	XY:48 MPa Z:42 MPa
Zugmodul	XY:1700 MPa Z:1800 MPa	XY:1650 MPa Z:1650 MPa
Bruchdehnung	XY:20 % Z:15 %	XY:18 % Z:4 %

Wie werden sich SLS und MJF in Zukunft entwickeln?

Während SLS-Maschinen immer nur in der Lage sein werden, Teile aus einem einzigen Material pro Bau zu produzieren, können MJF-Teile unterschiedliche Materialeigenschaften haben. Sie können dies erreichen, indem Sie die Art oder Konzentration des Fusionsagens ändern. HP hat behauptet, dass MJF es Ihnen ermöglicht, die mechanischen, thermischen, optischen und sogar elektrischen Eigenschaften eines Teils zu steuern.

Diese Funktionalität ist jedoch bei den MJF-Druckern der ersten Generation noch nicht verfügbar. Die HP-Drucker der zweiten Generation sollen Multimaterial- und Mehrfarbendruck unterstützen.

Auf der SLS-Seite ist ein bemerkenswertes Update die Entwicklung einer preisgünstigen Desktop-Lösung für den SLS-Druck zu Hause oder im Büro. Diese Systeme sind sehr vielversprechend, obwohl brauchbare Maschinen für genau diese Anwendung noch nicht auf den Markt gekommen sind.

Häufig gestellte Fragen

Ist MJF stärker als SLS?

Mit MJF hergestellte Teile sind stärker und flexibler als SLS-Teile. Sie haben auch homogenere mechanische Eigenschaften im Vergleich zu SLS-Teilen, die entlang der Druckrichtung schwächer sind.

Ist MJF kosteneffizienter als SLS?

Im Allgemeinen kostet MJF weniger für Teile mit geringerer Dichte und SLS ist eine bessere Option für festere Teile. MJF ist eine kostengünstigere Wahl für den Druck einzelner Artikel, während SLS für verschachtelte Artikel billiger ist.

Ist MJF genauer als SLS?

SLS- und MJF-Druckteile mit ähnlicher Genauigkeit. Dies hängt oft mehr von der Erfahrung der Hersteller mit den einzelnen Technologien ab als von den Systemen selbst.

Ist SLS für Materialien und Farben besser als MJF?

Mit SLS erhalten Sie eine größere Auswahl an Materialoptionen mit mehreren Nylons und einem elastomeren Prototyping-TPU. SLS bietet auch mehr Farbvielfalt. MJF druckt graue Teile, die beim Herauskommen schwarz gefärbt werden können, während SLS-Teile weiß herauskommen und in jeder Farbe gefärbt werden können. Für beide Verfahren stehen als Materialien Nylon 12 (PA 12) und glasfaserverstärktes Nylon (PA 12 GF) zur Verfügung.

Ist MJF bei größeren Teilemengen besser als SLS?

Insgesamt erstellt MJF Teile schneller als SLS, sodass Sie mehr Teile in kürzerer Zeit erstellen können.

Haben MJF-Teile bessere mechanische Eigenschaften als SLS-Teile?

MJF-gedruckte Teile haben im Allgemeinen konsistentere mechanische Eigenschaften über ihre gesamte Geometrie.