FDM vs. SLA im 3D-Druck: Die wichtigsten Unterschiede verstehen

3D-Druck ist keine so neue Technologie, wie es scheint – er existiert bereits seit vielen Jahren, genauer seit 1986, als Chuck Hull, Gründer von 3D Systems, den ersten 3D-Drucker patentierte. Es handelte sich um einen SLA-Drucker (Stereolithografie), der ein Harz verwendet, das durch Photopolymerisation aushärtet, wenn ein Laserstrahl darauf trifft. Erst zwei Jahre später brachte Scott Crump, Gründer von Stratasys, den ersten FDM-3D-Drucker (Fused Deposition Modeling) auf den Markt, der heute die im privaten Bereich bekannteste 3D-Drucktechnologie ist.

Das Funktionsprinzip beider Verfahren ist ähnlich: Beide fertigen Bauteile Schicht für Schicht. Der FDM-Drucker legt Material über die gesamte Fläche der aktuellen Schicht ab, während beim SLA das Harz direkt durch einen Laserstrahl ausgehärtet wird.

Hauptunterschiede zwischen FDM- und SLA-3D-Druckern

Materialien und Farben

Die häufigsten Materialien für FDM-Drucker sind PLA und ABS, zunehmend kommen jedoch fortgeschrittene Materialien wie PETG, Nylon und Materialmischungen wie PC-ABS oder faserverstärktes PLA zum Einsatz. Die Vielfalt an Materialien und Farben wächst stetig.

Die meisten FDM-Drucker nutzen Standardspulen mit Filamentdurchmessern von 1,75 mm oder 2,85 mm. Der Durchmesser wird vom Druckerhersteller je nach Bewegungsart (Cartesian oder Delta) und Extrudertyp festgelegt.

Bild 1: 1,75 mm und 2,85 mm Filament

Bei SLA ist die Vielfalt sowohl bei Materialien als auch bei Farben deutlich begrenzter. Der Haupt-Hersteller von Harzen (FormLabs) bietet die größte Auswahl (Standard Harz, Engineering Harz, Dental Harz und Castable Harz) und seit Kurzem das Color Kit – ein Basisharz mit Farbstoffen, um den gewünschten Farbton selbst zu mischen.

Bild 2: Color Kit. Quelle: Formlabs

Oberflächenqualität und Präzision

Mit FDM-Druckern lassen sich bei Schichthöhen von 0,1 mm gute Oberflächen erzielen, solange die Bauteile keine extrem komplexen Geometrien oder sehr kleine Details aufweisen. In diesen Fällen ist die Technologie durch den Düsendurchmesser limitiert, was die minimal erreichbare Wandstärke betrifft. Werden Stützmaterialien aus demselben Werkstoff wie das Bauteil verwendet, ist die Oberflächenqualität an den Kontaktstellen meist ungleichmäßig und erfordert Nachbearbeitung. Eine Lösung sind lösliche Stützmaterialien wie PVA oder HIPS.

Bild 3: FDM exzellentes Finish. Quelle: Fillamentum

Bei Druckern mit SLA-Technologie ist die Druckpräzision extrem hoch, selbst bei komplexen Formen, da der Laserstrahl, der das Harz aushärtet, einen sehr kleinen Durchmesser hat. Der Form 2 SLA-Drucker beispielsweise fertigt Bauteile mit Schichthöhen von 0,025 mm und liefert direkt fertige, funktionsfähige Teile. Die Präzision reicht aus, um Schmuck- und Dentalmodelle in voller Detailtreue herzustellen.

Bild 4: SLA exzellentes Finish. Quelle: FormLabs

Haftung / Entfernung von Stützstrukturen

Obwohl es für FDM-Drucker eine große Materialvielfalt gibt, ist die Haftung auf dem Druckbett meist kein Problem – besonders dank effektiver Haftvermittler (Magigoo, PrintFix, DimaFix...). Selbst für zum Warping neigende Materialien wie PP gibt es mit dem Smart Stick eine Lösung ohne PP-Klebeband. Das Entfernen beliebiger Materialien vom Druckbett ist sehr einfach und kann in den allermeisten Fällen von Hand erfolgen.

Bild 5: Magigoo

Für Stützstrukturen beim FDM-Druck werden üblicherweise lösliche Materialien (HIPS oder PVA) verwendet, die sich sehr leicht entfernen lassen. HIPS löst sich in D-Limonen, PVA in Wasser. Diese Materialien sind besonders praktisch bei Objekten mit komplexen Geometrien oder internen Kanälen, wo manuelle Nachbearbeitung nicht hinkommt.

Bild 6: D-Limonen

Bei der SLA-Drucktechnologie ist Haftung nie ein Problem, aber das Entfernen der Bauteile vom Druckbett erfordert mehr Aufwand. Diese haften oft so stark, dass ein spezieller Spatel nötig ist. Zudem ist das Druckbett nach dem Druck mit Harz benetzt, was Reinigungszeit erfordert.

Da SLA-Drucker nicht mit zwei verschiedenen Materialien drucken können, müssen Stützstrukturen manuell mit Zangen entfernt und oft nachbearbeitet werden, um sie vollständig zu beseitigen.

Nachbearbeitung

Nach dem Druck auf einem FDM-Drucker ist nur die Entfernung der Stützstrukturen nötig (wie im vorherigen Abschnitt beschrieben). Materialien wie ABS, Smartfil E.P. und viele mehr können geschliffen werden, um die Oberflächenqualität zu verbessern.

Nach dem Druck auf einem SLA-Drucker muss hingegen die oberflächliche Schicht unausgehärteten Harzes in einem Isopropylalkohol-Bad oder in einer Waschstation wie dem Form Wash entfernt werden. Die meisten Harze lassen sich nach vollständiger Aushärtung schleifen und lackieren.

Bild 7: Form Wash. Quelle: FormLabs

Fazit

Der Einsatzzweck jeder 3D-Drucktechnologie ist klar definiert: FDM-Drucker eignen sich ideal für kostengünstige und schnelle Prototypen, die keine exzellente Oberflächenqualität oder maßliche Höchstpräzision erfordern – obwohl es auch hochpräzise FDM-Drucker gibt.

FDM-Drucker sind dank der großen Materialvielfalt auch hervorragend für direkte Funktionsbauteile geeignet. SLA-Drucker hingegen werden für Bauteile empfohlen, die eine exzellente Oberflächenqualität mit exakten Maßen auf Endbauteil-Niveau benötigen, aber Prototypencharakter haben und keinen mechanischen Belastungen ausgesetzt sind.

Aktuell haben FormLabs und UniZ 3D-Drucker und Harze entwickelt, die den Markt revolutioniert haben. Formlabs bietet die neuen Form 3 und Form 3L mit LFS (Low Force Stereolithography) Betriebstechnologie, die Fertigungszeiten und Anzahl der Stützstrukturen reduziert. UniZ bietet die SLASH- und zSLTV-Reihe mit LED-LCD-Betrieb, die extrem schnelle Fertigungen bis zu 600 mm/h bei beeindruckenden Oberflächen ermöglicht. Beide Hersteller verfügen über technische Harze für funktionsfähige Endbauteile höchster Qualität.