3D-Druckverfahren: FDM, SLA und SLS

• Die folgenden Informationen behandeln drei Hauptverfahren des 3D-Drucks: FDM, SLA und SLS.
• Jedes Verfahren wird in Bezug auf Funktionsweise, Vor- und Nachteile, typische Anwendungen sowie mögliche Fehler und deren Ursachen erläutert.

FDM (Fused Deposition Modeling) – Schmelzschichtverfahren

• Kunststofffilament (PLA, ABS, PETG, TPU) wird durch eine Extruderdüse geschmolzen.
• Der Extruder bewegt sich entlang der X- und Y-Achse und trägt das Material schichtweise auf ein Druckbett auf.
• Nach jeder Schicht bewegt sich die Z-Achse nach oben.
• Kühlventilatoren härten den Kunststoff.
• Es können große Bauteile erstellt werden.
• Sichtbare Schichtlinien und geringe Detailgenauigkeit sind Nachteile.
• Mechanische Schwachstellen können in Z-Richtung auftreten.
• Warping kann bei großen Objekten ohne beheiztes Druckbett entstehen.
• Das Verfahren ist geeignet für Prototypenbau, Gehäuse für Elektronik, funktionale Bauteile mit mittlerer Belastung, Modellbau und Architekturmodelle.
• Mögliche Fehler sind verstopfte Extruderdüse, Warping, Schichtablösung, Fadenbildung (Stringing), Unterextrusion und Elefantenfuß.

SLA (Stereolithografie) – Harzdruck

• Ein UV-Laser oder ein DLP-Projektor härtet flüssiges Kunstharz (Resin) schichtweise aus.
• Das Druckbett hebt sich nach jeder Schicht leicht an.
• Das fertige Bauteil wird mit Isopropanol gereinigt und unter UV-Licht nachgehärtet.
• Es lassen sich Extrem hohe Detailgenauigkeit und glatte Oberflächen erzielen.
• Das Verfahren ist ideal für feine Strukturen und filigrane Objekte.
• Harz ist gesundheitsschädlich, daher ist Schutzausrüstung erforderlich.
• Die Teile müssen nachbearbeitet (gewaschen und gehärtet) werden.
• Die Teile sind mechanisch weniger belastbar als FDM- oder SLS-Drucke.
• Typische Anwendungen sind Schmuck- und Zahntechnik, Miniaturen, medizinische Anwendungen und Gussformen für Metallgussverfahren.
• Mögliche Fehler sind, dass der Druck nicht am Druckbett haftet; verzogene Teile; Risse oder Blasen; fehlende Details und Harzreste auf der Oberfläche.

SLS (Selektives Lasersintern) – Pulverdruck

• Ein CO₂-Laser verschmilzt feines Kunststoffpulver (meist Nylon, PA12) schichtweise.
• Ungesintertes Pulver dient als Stützmaterial.
• Nach dem Druck wird das Bauteil aus dem Pulverbett entnommen und gereinigt.
• Komplexe Geometrien sind möglich, da keine Stützstrukturen nötig sind.
• Es entstehen sehr stabile und belastbare Teile.
• Die mechanischen Eigenschaften ähneln Spritzgussteilen.
• Drucker sind sehr teuer.
• Pulver muss nachbearbeitet (gesiebt und aufbereitet) werden.
• Ungleichmäßige Oberflächen sind möglich, weshalb Nachbearbeitung nötig ist.
• Das Verfahren findet Anwendung in Funktionsprototypen und Kleinserienproduktion, Leichtbaukomponenten, komplexen mechanischen Bauteilen und medizinischen Anwendungen.
• Mögliche Fehler sind poröse oder brüchige Teile, ungleichmäßige Oberfläche, Bauteilverzug und verbackenes Pulver an den Kanten.