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3D-Drucktechnologie: SLA vs. SLS

Einleitung

Bei Sculpteo werden wir oft gefragt: Was ist der Unterschied zwischen der SLA-Technologie und der SLS-Technologie? Heute möchten wir Ihnen die Gemeinsamkeiten und Unterschiede dieser 3D-Drucktechnologien und -materialien erläutern, um Ihnen zu helfen, herauszufinden, welche Technologie sich für Ihre 3D-Druckprojekt am besten eignet.

SLS, SLA, FDM, FFF, ABS, PA, PLA… Heute ist es mehr denn je eine Herausforderung, mit all den Abkürzungen für die verschiedenen Technologien, Materialien oder Verfahren Schritt zu halten. Noch schwieriger ist es, nicht nur zu wissen, was sie bedeuten, sondern auch genau zu wissen, was man von ihnen hat. Deshalb möchten wir Ihnen einen schnellen, aber gründlichen Vergleich von zwei der wichtigsten Technologien anbieten, die derzeit auf dem Markt sind. Danach werden Sie genau wissen, wann und warum Sie für Ihr nächstes 3D-Druckprojekt entweder die SLS- oder die SLA-Technologie einsetzen sollten.

Einführung: SLA- und SLS-Technologien

Die Abkürzung SLS steht für Selective Laser Sintering (Selektives Lasersintern) und genau das ist das Herzstück dieser Art von 3D-Druckern. Das Schlüsselwort ist Sinterung, d. h. der Prozess, bei dem eine feste Materialmasse durch Hitze und/oder Druck verdichtet und geformt wird, ohne dass sie bis zum Punkt der Verflüssigung schmilzt.

In diesen SLS-3D-Druckern wird eine dünne Schicht von Materialpulver auf die Bauoberfläche aufgetragen und zwar in einer heißen Kammer, deren Temperatur knapp unter dem Sinterpunkt des Materials liegt. Unmittelbar danach “zeichnet” ein starker Laserstrahl einen 2D-Abschnitt des Objekts auf diese Oberfläche, wodurch die Temperatur an einem winzigen Punkt (wo er fokussiert ist) über die Sintertemperatur steigt und die Pulverpartikel somit zusammensintern.

SLS 3D printing

Anschließend wird eine neue Schicht auf die erste aufgetragen und der Prozess wiederholt sich, bis der letzte 2D-Abschnitt des Objekts hergestellt ist. Dieses SLS-Verfahren ist ein schichtweises Verfahren. Der letzte Schritt besteht lediglich darin, das feste Objekt, das nun im ungesinterten Pulver vergraben ist, freizulegen, zu reinigen und fertig zu machen.

SLA oder SL hingegen steht für Stereolithografie und war die erste additive Fertigungstechnologie, die in den 80er Jahren theoretisch entwickelt und patentiert wurde. Heute gibt es mehrere leichte Variationen des ursprünglichen Konzepts, aber die Grundidee bleibt dieselbe: Ein Nah-UV-Laserstrahl wird auf eine dünne Schicht flüssigen Photopolymerharzes fokussiert und zeichnet schnell einen 2D-Abschnitt des gewünschten Objekts (gleichwertig zu jeder anderen 3D-Drucktechnologie). Das lichtempfindliche Harz reagiert und verfestigt sich, so dass dank des UV-Lichts eine einzige 2D-Schicht des Objekts entsteht. Durch Auftragen einer neuen Harzschicht und Wiederholung des Prozesses für jeden Abschnitt des Objekts entsteht das vollständige 3D-Druckobjekt. Der letzte Schritt ist die Reinigung des fertigen Objekts, das in flüssigem Harz getränkt ist, und – in den meisten Fällen – das Entfernen von Stützstrukturen.

SLA 3D printing

Im Gegensatz zu SLS-Druckern, die vor allem in der Industrie eingesetzt werden und viel Platz benötigen, haben SLA-Drucker längst die Ebene der Verbraucher und Prosumer erreicht.

Auflösung dieser additiven Fertigungstechniken

Auch wenn es für keine dieser Technologien eine bestimmte Auflösung gibt, so gibt es doch physikalische Zwänge, die dazu führen, dass jede Art von Drucker eine Auflösung innerhalb eines bestimmten Bereichs bietet. Beide Systeme verwenden motorisierte Plattformen, die in der Lage sein müssen, die gewünschte Auflösung zu erreichen, was normalerweise kein großes technisches Problem darstellt. Abgesehen davon verwenden beide Systeme auch fokussierte Laserstrahlen, um das Baumaterial zu verfestigen, aber da sie völlig unterschiedliche Wellenlängen verwenden (Ultraviolett für SLA und Infrarot für SLS), kann auch die Größe des Fokus sehr unterschiedlich sein, wobei der UV-Fokuspunkt wesentlich kleiner ist als bei einem Infrarotlaser (oder IR-Laser). Ein kleinerer Fokus ist wie das Zeichnen mit einem spitzen Bleistift, man kann mehr auflösen als mit einem stumpfen Bleistift und folglich erreichen SLA-Drucker in der Regel sowohl horizontal als auch vertikal höhere Auflösungen!

Hinweis: Denken Sie daran, dass wir immer noch von einigen zehn bis einigen hundert Mikrometern sprechen! Mit der SLS-Technologie können Sie durchaus sehr detaillierte Modelle erstellen.

Unterschiedliche mechanische Eigenschaften für SLA- und SLS-Technologien

Ein weiterer wichtiger Unterschied zwischen mit SLS- und SLA-Druckern gedruckten Objekten ist ihr mechanisches Verhalten. Wie wir bereits bei der Auflösung erwähnt haben, können wir hier nur verallgemeinern und die am häufigsten verwendeten Materialien für jede Technologie beschreiben.

SLS-Drucker können eine breite Palette von Materialien verwenden, die immer pulverförmig sind, aber am häufigsten handelt es sich um Polyamide (typischerweise Nylon PA12), die mit Zusatzstoffen versehen werden können, um Eigenschaften wie Farbe, Festigkeit, Flexibilität, Steifigkeit usw. zu verändern. Sie denken vielleicht, dass Sie dieses Material nicht kennen, aber der Handelsname wird Ihnen mit Sicherheit ein Begriff sein: Es handelt sich um Nylon, ein fantastisches Allroundtalent, das sich unter anderem durch Haltbarkeit, Festigkeit und außergewöhnliche Abriebfestigkeit auszeichnet.

Für SLA-Drucker bietet der Hersteller in der Regel seine eigenen Harze an, aber es gibt eine breite Palette von Drittanbieteroptionen, die im Normalfall günstiger sind. Im Allgemeinen sind sie wesentlich starrer und damit spröder als Nylon, obwohl ständig neue Mischungen mit weicheren und flexibleren Eigenschaften auf den Markt kommen, die denen von Gummi sehr ähnlich sind.

Ein wesentlicher Unterschied zwischen Kunststoffen und Nylon ist ihr Verhalten unter Belastung. Starre Harze neigen dazu, gewaltsam zu versagen und in mehrere Teile zu zerbrechen, während Nylon unter Belastung einen breiten elastischen Bereich aufweist (in dem es noch in seine ursprüngliche Form zurückkehren kann), gefolgt von einer dauerhaften Verformung und schließlich dem Versagen. Die Entscheidung zwischen SLS- und SLA-3D-Druck hängt ganz von der Art Ihres Projekts ab.

Wie sieht es mit der Oberfläche aus?

Hier kommt einer der auf den ersten Blick auffälligsten Unterschiede zum Tragen. Bei der Verwendung eines SLS-Druckers entsteht durch den Sinterprozess ein poröses festes Material, da die Luft, die ursprünglich im Pulver enthalten war, mikroskopisch kleine Luftblasen auf dem gesinterten Material bildet.

Obwohl man dies mit bloßem Auge nicht sehen kann, fühlt es sich bei Berührung etwas “rau” an. Andererseits entsteht bei der Polymerisation einer flüssigen Substanz eine feste, homogene Materialmasse.

SLA printing

PreForm Stütze entworfen von Formlabs um seine Auswirkungen auf den Druck zu minimieren. Quelle: Formlabs.

Was die Farben betrifft, so bietet Polyamidpulver eine grundlegende Option: Schwarz und Weiß als Rohmaterialoptionen. Eine dritte Option könnte Grau sein, indem diese beiden gemischt werden, aber man könnte sagen, dass das Angebot eher begrenzt ist, da es keine Option für durchscheinende oder transparente SLS-Drucke gibt. Harze, die mit SLA-Maschinen gedruckt werden, lassen andere Optionen zu, wenn sie mit Farbpigmenten gemischt werden.

Hilfsmittel während des 3D-Druckprozesses

Für Objekte, die entweder keine eindeutige Standposition haben (z. B. ein Ball) oder aber Überhänge aufweisen (z. B. der Schirm einer Tischlampe), sind bei fast allen 3D-Drucktechnologien Stützmaterialien oder -strukturen erforderlich, wobei SLS-Drucker eine der wenigen Ausnahmen darstellen, da das ungesinterte Pulver während des SLS-Prozesses rund um das zu druckende Objekt als Stützmaterial dient.              

Je nach Einzelfall kann der Benutzer manchmal auf den Einsatz von Stützstrukturen verzichten oder diese auf Kosten der Qualität in den schwierigeren Bereichen minimieren, aber dies ist ein Kompromiss, der bei der Verwendung von SLA-Druckern immer gegeben ist. Wenn Stützstrukturen verwendet werden, muss das gedruckte Teil manuell gereinigt werden und selbst dann ist es nicht ungewöhnlich, dass an den Stellen, an denen sie entfernt wurden, “Narben” entstehen.

Leider ist die Verwendung eines sekundären Trägermaterials beim SLA-Verfahren keine Option, da das gesamte Baumaterial von einer einzigen Stelle stammt, was dazu führt, dass sowohl das Objekt als auch seine Trägerstruktur aus demselben Material bestehen.

Nachbearbeitung für die SLS- und SLA-Technologie

Obwohl es sowohl für SLS- als auch für SLA-Drucke Nachbearbeitungsoptionen gibt, sind diese in der Regel unterschiedlich, da die Drucke an sich verschieden sind, aber Sie erhalten einige wirklich gute Oberflächen.

  • Polieren: SLA-Drucke sind glatter und glänzender, so dass Polieren meist unnötig ist. Für SLS-Drucke kann es eine interessante Option sein, wenn ein glatteres, glänzenderes Aussehen erforderlich ist.
  • Farben: Der SLS-3D-Druck bietet eine breite Palette von Farbmöglichkeiten in unserem Online-3D-Druckservice.
  • Zuschneiden/Schneiden/Kleben: Sowohl Polyamide als auch Kunstharze eignen sich für einige manuelle Arbeiten, immer unter Verwendung der richtigen Werkzeuge. Mehr dazu erfahren Sie in unserem 3D-Druck-Blog.

Lebensmittel- und Chemikalienverträglichkeit

Lebensmittelbehälter stehen wahrscheinlich nicht auf der Top-10-Liste der 3D-gedruckten Objekte, aber wenn sie lebensmittelecht und biokompatibel sind, wie es bei unserem Kunststoff (Polyamid 12) der Fall ist, kann das definitiv nicht schaden (aber denken Sie daran, dass dies bei gefärbtem Polyamid möglicherweise nicht der Fall ist!) In der SLA-Welt sind biokompatible oder lebensmittelechte Harze nicht sehr verbreitet, vor allem nicht für Drucker der Verbraucherklasse, aber es ist immer noch möglich, sie bei spezialisierten Anbietern zu finden und zu kaufen (im Allgemeinen im Zusammenhang mit medizinischen Anwendungen).

SLS-Nylon-Objekte sind auch gegen einige Lösungsmittel wie Aceton, einige Arten von Alkoholen und andere beständig; Sie können die Liste auf unserer Seite über Kunststoffmaterialien einsehen. Bei Kunstharzmaterialien müssen Sie sich auf die Spezifikationen der einzelnen Produkte beziehen, da diese erheblich variieren können.

Kosten

Da SLA-Drucker im Vergleich zu professionellen SLS-Druckern “billig” sind, könnte man meinen, dass SLS-Drucke auch teurer sein müssten. In Wirklichkeit sind SLS-Drucke in der Regel billiger als SLA-Drucke, da Nylon ein außerhalb des 3D-Drucks weit verbreitetes Material ist und SLS-Drucker oft große Mengen in einem einzigen Durchgang herstellen können. Das heißt natürlich, wenn man den Drucker nicht kaufen muss, sonst wäre SLA höchstwahrscheinlich billiger, auch wenn die Verbrauchsmaterialien hinterher teuer sind.

Fazit: Lassen Sie uns rekapitulieren

Es ist Zeit für ein Fazit und es gibt hier keinen Gewinner, denn dieser Vergleich war nicht dazu gedacht, einen zu finden. Jede Technologie hat ihre Vor- und Nachteile und es wird von den Projektanforderungen abhängen, welche Option für die Aufgabe am besten geeignet ist. Für Teile oder Projekte, bei denen die Funktionalität im Vordergrund steht, ist ein SLS-Nylon-Druck möglicherweise die beste Wahl. Eines ist sicher: Diese Drucktechniken bieten viel mehr Vorteile als herkömmliche Herstellungsverfahren wie das Spritzgießen.

Sowohl SLS- als auch SLA-Qualitäten gehören ohnehin zu den besten auf dem Markt und die Robustheit von Nylon übertrifft sie in fast allen Fällen. Wenn höhere Qualität und ein besseres Erscheinungsbild erforderlich sind und/oder das Teil durchsichtig sein soll, ist ein SLA-Druck die richtige Wahl, wobei jedoch die mechanischen Grenzen zu berücksichtigen sind.

 SLASLS
MaterialPhotoempfindliche HarzeGewöhnlich Polyamid (Nylon)
Erreichbare QualitätHervorragendHoch
Oberflächenbeschaffenheit  Glatt, oft glänzendLeicht rau
Farben (keine Nachbearbeitung)Praktisch unbegrenzt Opak und transluzentWeiß, Grau, Schwarz Opak
Unterstützung (komplexe Formen)ErforderlichNicht erforderlich
MechanischStark und spröde, neue flexible VerbindungenStark und flexibel
Bei mechanischem VersagenFast keine Verformung bis zu einem plötzlichen BruchAllmähliche Verformung bis zum Bruch
AbriebfestigkeitVariabelÜberlegene
NachbearbeitungPolieren (selten erforderlich) StreichenPolieren Färben Malerei
EssenNur mit speziellen Harzen (kann teuer sein)Ja
ChemikalienNicht definiertÄußerst widerstandsfähig (Nylon)
KostenDrucker relativ preiswert, Harze können teuer seinDrucker sehr teuer Material preiswert

 

Hat Ihnen dieser Kampf der Technologien zwischen Stereolithografie und selektivem Lasersintern gefallen? Schauen Sie sich diesen Artikel über FDM vs. SLA vs. SLS an und entdecken Sie mehr Informationen über diese 3D-Druckverfahren.

Bei Sculpteo bieten wir Ihnen die Möglichkeit, mit dem SLS-Verfahren zu drucken und zwar mit unseren professionellen 3D-Druckern. Laden Sie Ihr 3D-Design jetzt hoch, wählen Sie Ihr 3D-Druckmaterial aus und erhalten Sie Ihre Teile in wenigen Tagen. Lassen Sie Ihre Prototypen und Kleinserien in bester Qualität drucken – dank unseres Service!

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