Fortschrittliche Harztechnologien revolutionieren den 3D-Druck

Eine Hauptbarriere für industriellen 3D-Harzdruck war stets die begrenzte Materialvielfalt. Ursprünglich nur Acrylat-Oligomer-Harze (niedriges Molekulargewicht) – hoch spröde, schlechte mechanische und thermische Eigenschaften. Daher war Harzdruck für funktionale Komponenten/Prototypen zweitrangig hinter Thermoplast-basierten Verfahren (FDM, SLS).

Doch in den letzten Jahren hat sich das dramatisch gewandelt. Neue technische Harze mit fortgeschrittenen Eigenschaften für spezifische Profi-Anwendungen rücken die Technologie in den Fokus vieler Branchen. Gepaart mit neuen Harzdruck-Technologien wie LED-LCD, die Kosten senken und Druckgeschwindigkeit massiv steigern, ist Harzdruck eine echte Alternative – in manchen Bereichen sogar überlegen gegenüber FDM und SLS.

Technische Harze lassen sich in drei Gruppen einteilen:

• Schmuckharze
• Dentalharze
• Engineering-Harze

HARZE FÜR SCHMUCK

Die Schmuckindustrie war historisch der erste Anwender von 3D-Harzdruck – wegen hoher Auflösung für detailreiche 1:1-Modelle mit exzellenter Oberfläche.

Standardharze werden breit für Modellproduktion genutzt, aber der Durchbruch waren hochwertige Gussharze. Sie hinterlassen kaum Rückstände beim Ausbrennen – perfekter Wachsmodell-Ersatz im Guss.

Damit lässt sich der Gussbaum direkt drucken, ohne Formen für Wachsmodelle oder manuelle Baum-Montage – manuelle Schritte entfallen, Prozess wird automatisiert.

Diese Harze enthalten oft Flüssigwachsanteil zur Ascherückstandsvermeidung – saubere Form für Qualitätsguss. Höherer Wachsanteil = saubereres Ausbrennen, weniger Rückstand, aber potenziell geringere Druckpräzision. Zudem sehr niedriger thermischer Ausdehnungskoeffizient.

Aktuell viele hochwertige Gussharze am Markt, kompatibel mit SLA, DLP und LED-LCD. Herausragend: Formlabs „Castable Wax“ (20 % Wachs) und ZWax Purple (10 % Wachs, DLP/LED-LCD-kompatibel) – Kombination aus geringen Rückständen, niedriger Thermischer Ausdehnung, hoher Präzision.

DENTALHARZE

Neben Schmuck war der Dentalbereich frühester Anwender von Harzdruck – heute am schnellsten wachsender Sektor mit breitester Materialpalette.

Dentalharze lassen sich in vier Kategorien gliedern:

• Harze für Dentalmodelle
• Harze für Retainer und Schienen
• Harze für temporäre Kronen und Brücken
• Gussharze

Harze für Dentalmodelle

Nicht für Patientenkontakt gedacht. Dienen der Herstellung von Patientenmodellen für Behandlungsplanung oder Test von Kronen/Brücken. Zusammensetzung ähnlich Standardharzen – Fokus auf hohe Präzision, Auflösung, niedrige Produktionskosten.

Ästhetik relevant – zwei Gruppen:

• Mattes Finish (vermeidet Reflexionen bei Visualisierung/Fotografie) – z. B. Formlabs Dental Model Resin (gipsähnlich)
• Realistische Optik – z. B. Harzlabs Dental Pink

Harze für Retainer und Schienen

Für Retainer- und Schienenfertigung – Biokompatibilität mind. Klasse IIa, hohe Abrieb- und Bruchfestigkeit.

Meist hochtransparent (Ästhetik).

Auch für Bohrschablonen (Surgical Guides) weit verbreitet – gute Verträglichkeit, exzellente Mechanik. Formlabs bietet spezifisches Dental Surgical Guide-Harz mit erhöhter Flexibilität.

Harze für Schienen/Retainer gibt es für SLA (z. B. Formlabs Dental LT) und DLP/LED-LCD (z. B. Harzlabs Dental Clear).

Harze für temporäre Kronen und Brücken

Für Brücken, Kronen, Restaurationen, temporäre Veneers – biokompatibel, finish wie echte Zähne.

Dafür Keramikkomponenten und Farbstoffe im VITA-Farbschema.

Nach Druck polierbar und mit lichthärtenden Verblendmassen individuell anpassbar.

Formlabs Temporary CB in vier VITA-Farben (A2, A3, B1, C2), Harzlabs Dental Sand in A1, A2.

Gussharze (Dental)

Ähnlich wie Schmuckgussharze, aber noch kritischere Rückstandsminimierung.

Hauptanwendung: Modelle für Dentalimplantat-Guss. Herausragend: Harzlabs Dental Cast – Rückstand < 0,1 %.

ENGINEERING-HARZE

Der industrielle/Engineering-Sektor war am zögerlichsten bei Harzdruck – mechanisch/thermisch konnten Harze mit FDM-Engineering-Materialien oder SLS-Polyamiden nicht mithalten.

Das gilt zwar noch, aber Fortschritte und neue Engineering-Harze schließen die Lücke. Drei Gruppen:

• Harze mit verbesserten mechanischen Eigenschaften
• Harze mit verbesserten thermischen Eigenschaften
• Flexible und elastische Harze

Harze mit verbesserten mechanischen Eigenschaften

Ziel: Geringere Sprödigkeit, höherer Modul als Standardharze. Standardharz (z. B. Harzlabs Basic): Zugfestigkeit ~20 MPa. Neue Engineering-Harze (z. B. BASF Ultracur3D RG50): bis 68 MPa Zugfestigkeit – dreifach. Übertrifft ABS-Filamente, nähert sich lastverstärktem Nylon.

Auch harze mit hoher Verschleißfestigkeit oder Schlagzähigkeit.

Herausragend bei hoher Schlagzähigkeit: BASF Ultracur3D High Impact – Zugfestigkeit 50 MPa, Bruchdehnung 56 %, Biegemodul 1700 MPa, Schlagzähigkeit 1,39 J/m². Ideal für mechanische Komponenten und funktionale Prototypen.

Harze mit verbesserten thermischen Eigenschaften

Temperaturbeständigkeit war immer Schwachstelle von Harzen – Erweichung meist 50–80 °C.

Wenige Harze für Hochtemperaturanwendungen – Formlabs High Temp Resin führend. Hält bis 142 °C nach Aushärtung (0,45 MPa Last). Hauptvorteil: Durch Wärmebehandlung (1 h 60 °C + 1,5 h 160 °C) steigerbar auf 238 °C.

Flexible und elastische Harze

Hohe Sprödigkeit war Haupthindernis für Engineering-Einsatz – flexible/elastische Harze sind revolutionär.

Heute viele Optionen für SLA und LED-LCD. SLA: Flexible 80A (120 % Bruchdehnung, 80 Shore A) und Elastic 50A (160 % Bruchdehnung, 50 Shore A).

Größter Sprung: BASFs neue flexible/elastische Harzlinie – Urethanacrylat-Oligomer-Basis, höchste Flexibilität/Elastizität am Markt. Beispiel: BASF Ultracur3D FL300 (37 Shore A, 306 % Bruchdehnung).

In den letzten Jahren ist das Harzmaterialspektrum exponentiell gewachsen – neue Materialien erreichen und übertreffen teils Thermoplast-Eigenschaften für FDM. Gepaart mit überlegener Isotropie gegenüber FDM wird Harzdruck zur echten Option für industrielle und Engineering-Anwendungen.