FDM vs. SLA 3D-Druck (2021) – Der Vergleich (Qualität/Kosten/Anwendungen)

FDM vs. SLA 3D-Druck (2021) – Der Vergleich (Qualität/Kosten/Anwendungen)

Mittlerweile gibt es im Bereich des 3D-Drucks (auch additive Fertigung genannt) etwa ein Dutzend verschiedener Technologien. Die zwei am weitesten verbreiteten Verfahren sind Fused Deposition Modeling (Schmelzschichtung, FDM) und die Stereolithographie (SLA). In diesem Blogartikel werden diese beiden Technologien erklärt und in Anbetracht der Kostenstruktur, der Qualität, der Eigenschaften der Materialien und anhand der möglichen Anwendungsbereiche zueinander verglichen. Falls Sie aktuell im Rechercheprozess für einen passenden 3D-Drucker für Ihr Projekt oder Ihr Unternehmen sind, sollten Sie sich auf jeden Fall die Zeit für den folgenden Artikel nehmen. Die Wahl des richtigen 3D-Druckverfahrens ist essentiell und kann über den Erfolg Ihrer Ambitionen mit Ihrem neuen 3D-Drucker entscheiden. 

Lesedauer: 7 min

Einleitung

Die Zugangshürden zur 3D-Druck Technologie wurden in den letzten Jahren deutlich reduziert. Durch die steigende Verbreitung von Desktop-3D-Druckern als Alternative zu Industriegeräten sinken einerseits die Kosten für die Hardware (sowohl bei FDM-Druckern, als auch bei SLA Druckern), andererseits werden die Geräte kontinuierlich verbessert und an die Bedürfnisse und Standards des Marktes angepasst. Die Arbeitsprozesse können mittlerweile auch bei Einsteigern reibungslos und effizient ablaufen.

Sowohl für die Prototypenfertigung als auch die Produktion von funktionalen Einzelteilen und Kleinserien ist 3D-Druck somit in zahlreichen Branchen eine Technologie mit der sehr hohe Zeit- und Ressourcen-Einsparungen erzielt werden können. Eine der ersten Fragen, die sich jede/r 3D-Druck Interessierte stellt, ist die Auswahl der richtigen 3D-Druck Technologie: FDM oder SLA?

Beide Technologien zeichnen sich durch besondere Vorteile aus, welche fallbezogen je nach Branche und Anwendungsbereich ein besserer Fit sind. Im folgenden Artikel werden wir die einzelnen Unterschiede und Vorteile schildern und Ihnen somit idealerweise die Entscheidung faktengestützt vereinfachen.

FDM Verfahren (Fused Deposition Modeling)

Beim FDM 3D-Druck (Fused Deposition Modeling) wird Kunststoff (auf einer Spule gewickelt) durch einen Extruder geschmolzen und in dünnen Schichten auf das Druckbett aufgetragen. Das digitale 3D-Modell wird vor dem Druck in diese Schichten “geschnitten” (Slicing, mit eigenen Slicing-Softwares wie Cura).

Die Teile werden nicht solide gedruckt, sondern haben innere Hohlräume, welche mit Stützstrukturen verstärkt werden. Die Dichte dieses so genannten Infills wird in Prozent angegeben und ist in verschiedenen Mustern verfügbar. Je höher das Infill ist, umso stabiler ist das Objekt. Die Druckzeit erhöht sich jedoch entsprechend.

Der Extruder wird mit Filament "gefüttert" und schmilzt es präzise ein.
Ein Objekt mit 20% Infill im "Grid"-Muster

Für stark überhängende Bereiche (ab 45 Grad) müssen Stützen gedruckt werden, da das Material nicht “in die Luft” gedruckt werden kann.

Manche FDM-Drucker haben zwei Extruder (Dual Extruder) und können somit zwei verschiedene Materialien in einem Teil kombinieren. Somit können die unterschiedlichen Kunststoff-Eigenschaften präzise ausgespielt werden. Dies ist zum Beispiel bei Teilen, welche sowohl feste als auch weiche Komponenten benötigen ein großer Vorteil gegenüber anderen 3D-Druck Verfahren. Hier ein Video von uns über den Multi-Material Druck

Ein weiterer spannender Anwendungsfall ist die Verwendung von PVA als Stützmaterial. Hierbei handelt es sich um wasserlöslichen Kunststoff, welcher die Nachbearbeitung der Teile deutlich vereinfacht und für sauberere Oberflächen sorgt.

An dieser Stelle ist es wichtig klarzustellen, was es mit den Begriffen FDM und FFF auf sich hat. Für diese Drucktechnologie hat sich die Bezeichnung FDM in der Branche im Alltagsgebrauch durchgesetzt, ist jedoch vom 3D-Drucker Hersteller Stratasys markenrechtlich geschützt worden. Da die anderen Hersteller Ihre Drucker mit FFF (Fused Filament Fabrication) bezeichnen, kann dies missverständlich dazu führen, dass man das FFF Verfahren für ein vom FDM-Druck abweichenden Druckverfahren hält.

Es handelt sich hierbei um zwei unterschiedliche Namen für das selbe Verfahren.

Eine Auswahl der verfügbaren Filamente und Materialien für FDM 3D-Druck sind:

PLA

  • Viele Farben
  • Druck einfach
  • Prototypen

PET-G

  • Lebensmittelecht
  • UV-beständig
  • Alltagsgebrauch

TPU

  • Elastisch
  • Shore Härte
  • Dichtungen

ABS

  • Oberfläche
  • Bis 95 °C 
  • Gehäuse

PEEK / PEI

  • Sehr robust
  • Bis 255 °C 
  • Industrie
  • ASA
  • PET
  • PVA
  • PC
  • PP
  • HIPS
  • PEKK
  • ULTEM
  • Komposit-Werkstoffe (z.B. mit Kohlenstofffasern verstärkt).

Für genauere Informationen über die einzelnen Materialien und deren Eigenschaften haben wir einen ausführlichen Filament Vergleich aufgestellt, welcher laufend von unserem Team erweitert wird.

SLA Verfahren (Stereolithographie) 

Das Stereolithographie-Verfahren (SLA) ist das erste und somit älteste 3D-Druck Verfahren. Hierbei werden flüssige Photopolymere (Resin/Epoxid-Harze) schichtweise von einer Laser-Einheit ausgehärtet. Das Resin wird in UV-beständigen Kartuschen gelagert und wird präzise dosiert im Drucker in die so genannte Wanne gegossen.

Das Teil selbst wird dann in diesem flüssigen Kunststoffbad konstruiert. Unter der Wanne befinden sich die Laser-Einheiten, welche von beweglichen Spiegeln gesteuert werden und pro Schicht die auszuhärtende Fläche anzielt.

Die Resin-Kartusche wird eingesetzt und Resin rinnt in die Wanne.
Das Objekt wird kopfüber aus der Wanne "gezogen" (© Formlabs)

Nach jeder Schicht löst sich das Teil durch die Bewegung der Bauplattform, welche um einige Millimeter auf und ab fährt und sich dann um eine Schichthöhe höher positioniert. So wird das Teil Schicht für Schicht konstruiert. Die Teile werden somit kopfüber aus dem Resin “gezogen”, wodurch die Schwerkraft auf das Objekt wirkt. Auch beim SLA-Druck werden Stützstrukturen benötigt. Da bei SLA-Druckern nur ein Material pro Druck möglich ist, sind die Stützen aus dem selben Resin und somit müssen sie nach dem Druck mechanisch entfernt werden (mit einer Zange weggezwickt). Um das Teil vom überschüssigen flüssigen Resin zu reinigen und zu härten kann die Bauplattform nach dem Druck in die Zubehör-Geräte Formlabs Form Wash und Formlabs Form Cure gelegt werden.

3D-Druck Service SLA Österreich Grey Resin Formlabs

Standard Resin

  • Günstig
  • 4 Farben
  • Für Figuren

3D-Druck Service SLA Österreich Tough Resin Formlabs

Tough 1500/2000

  • Fest & steif
  • Belastbar
  • Prototypen

Flexible / Elastic

  • Elastisch
  • Silikonartig
  • Dichtungen

3D-Druck Service SLA Österreich Durable Resin Formlabs

Durable Resin

  • Zäh & fest
  • Verformbar
  • Mechanik

High Temp Resin

  • Hitzefest
  • Bis 238 °C
  • Gussformen

Auch bei Formlabs gibt es noch zahlreiche weitere Resine. Das gesamte Sortiment finden Sie hier.

Ein ausführlich ausgearbeiteter Resin-Vergleich wie bei den FDM Filamenten folgt in Kürze.

Kostenvergleich

Da wir auch unseren eigenen Druckservice anbieten und somit fast 24/7 mit fast allen 3D-Drucker-Modellen arbeiten, verfügen wir intern über eine eigens angefertigte, genaue Kosten-Kalkulation zu den einzelnen Modellen und Technologien. Einfach gefasst fallen für die Produktion eines Teiles folgende Kosten an:

  • Maschinenkosten (Pro Stunde)
  • Materialkosten (Pro Gramm)
  • Lohnkosten (Pro Stunde)

Unter die Maschinenkosten fallen alle Anschaffungskosten und Nebenkosten wie Strom und Wartung. Auf den gesamten Lebenszyklus der Geräte runtergerechnet ergeben sich je nach Modell Stundenkosten in der Höhe von 0,70 – 1,30 €. Hier lässt sich sagen, dass SLA Drucker einen tendenziell niedrigeren Stundensatz aufweisen können.

Beim Material hängen die Kosten stark vom spezifischen Material ab. Bei FDM gibt es ein breites Preisspektrum von günstigem Material wie PLA bis zu Hochtemperatur-Materialien wie PEEK. Auch bei SLA gibt es zwischen dem Standard Resin und den Materialen für Dental-Anwendungen große Preisunterschiede.
Grundsätzlich sind im Schnitt gesehen die SLA Resine am Gramm gerechnet deutlich kostspieliger als die FDM Filamente.

Unter die Lohnkosten fallen folgende Arbeitszeiten:

  • Vorbereitung der Druckdateien (Konstruktion und Slicing). Je nach Modell 10min – 2+h.
  • Einrichtung und Start vom Drucker (FDM: 5-10 min / SLA: bis zu 15 min. Resin Tank und Plattform einlegen, bei Bedarf Kartuschenwechsel)
  • Nachbearbeitung (z.B. Entfernen von Stützmaterial)
Grafik Kostenvergleich FDM & SLA

Zusammenfassend sind SLA Drucker trotz günstigeren Maschinenkosten insgesamt fast ausnahmslos kostspieliger als FDM Drucker. Im Bezug auf den finanziellen Aufwand geht der Punkt somit an die FDM Drucker.

Falls Sie Interesse an einer präzisen ROI-Berechnung für ein bestimmtes 3D-Drucker Modell haben, können Sie sich gerne jederzeit bei unserem Vertrieb melden. Wir können für jedes Modell die genaue Kostenstruktur aufschlüsseln.

Qualitätsvergleich

FDM

  • Bei FDM gibt es mehr Materialien mit unterschiedlichen Eigenschaften, Zugfestigkeiten und Hitzebeständigkeiten.
  • Auch Kompositdruck möglich (zB mit Kohlenstofffasern verstärkt)
  • 2 Materialien pro Teil möglich. Dadurch unterschiedliche Eigenschaften ausspielbar, bzw. mit wasserlöslichem PVA erspart man sich die manuelle Entfernung des Stützmaterials.
Raise3D multi-filament 3D Druck
FDM gedrucktes Modell mit wasserlöslichem PVA als Stützmaterial.
Die hohe Oberflächenqualität und Präzision von SLA lässt sich zum Beispiel im Dentalbereich gut ausspielen.

SLA

  • Beim SLA Druck erkennt man keine Schichten.
  • Bestmögliche und homogene Oberflächenqualität – Nahe an Spritzgussqualität.
  • Kann auch komplett Transparent gedruckt werden – mit Aufpolierung.
  • Bessere Auflösung – deutlich mehr Details.

In Bezug auf die Oberflächenqualität ist SLA eindeutig die bessere Wahl. Falls andere Eigenschaften wie Hitzebeständigkeit oder Zugfestigkeit das Hauptaugenmerk sind, sollte man sich die hochwertigen Kunststoffe für FDM Druck ansehen.

Anwendungsempfehlung

FDM

  • Für simple Teile, bei welchen es nicht auf die Sauberkeit der Oberfläche ankommt.
  • Für große Teile – 200 mm +
  • Für Teile aus robusten Materialien – HT-PLA / PC-ABS / PET-G
  • Für Teile, die eine hohe Zugfestigkeit haben sollen – Kompositmaterialien mit Kohlenstofffasern haben höhere als Aluminium
  • Für Teile mit besonders hohe Temperaturbeständigkeit – PEEK

SLA

  • Für Teile mit besonders homogener Oberflächenqualität
  • Für kleine Teile oder Teile mit kleinen Details
  • Für Prototyp-Spritzgussformen
  • Für Teile zum ausbrennen – Castable Wax Resin
  • Für Rapid Prototyping – Draft Resin sogar schneller als FDM
  • Für biokompatible Teile – Operations-Schienen oder Dentalbereich

Fazit

Bei der Wahl der richtigen 3D-Drucktechnologie und des richtigen 3D-Drucker Modells gilt der Grundsatz immer Anwendungsorientiert zu entscheiden. Hier sind die Modellgeometrie und der Zweck des Teils von höchster Relevanz.

Sind die mechanischen Eigenschaften essentiell? Oder doch das optische Ergebnis? Welcher Drucker passt am besten zum Budget?
Unser Team hilft Ihnen sehr gerne bei der Wahl des richtigen 3D-Drucker Modells für Sie.

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