SLS vs. FDM: Ein Vergleich zweier 3D-Druck-Technologien

Der 3D-Druck hat in den letzten Jahren bemerkenswerte Fortschritte gemacht und die Art und Weise revolutioniert, wie wir Prototypen, Produkte und komplexe Designs herstellen, die mit herkömmlichen Fertigungsmethoden nicht realisierbar wären. In diesem Artikel vergleichen wir die beiden additiven Fertigungstechnologien Selektives Lasersintern (SLS) und Fused Deposition Modeling (FDM) und gehen auf ihre Verfahren, Anwendungen, Vorteile und Grenzen ein.

Das SLS-Verfahren

Beim Selektiven Lasersintern (SLS) werden thermoplastische Kunststoffpulver durch einen Laser schichtweise miteinander verschmolzen. Nachdem eine dünne Schicht des Materials auf eine Bauplattform aufgetragen wurde, folgt die präzise Anwendung des Lasers, der die Partikel selektiv sintert und zur gewünschten Form verfestigt. Weitere Informationen zum SLS-Verfahren können Sie diesem Artikel entnehmen.

Das FDM-Verfahren

Fused Deposition Modeling (FDM), auch bekannt als Fused Filament Fabrication (FFF), ist ein 3D-Druckverfahren, das vor allem im privaten Bereich weit verbreitet ist. Beim FDM-Prozess werden thermoplastische Filamente wie PLA, ABS, TPU oder andere Verbundwerkstoffe bis zum Schmelzpunkt erhitzt und schichtweise durch eine Düse auf eine Bauplattform extrudiert, so dass sich das Objekt nach und nach aufbaut.

Materialvielfalt

FDM bietet eine breite Palette an Filamenten, bei denen besonders die Farbvielfalt im Vergleich zu SLS-Materialien heraussticht. Vor allem Hobbyisten freuen sich über die grosse Auswahl, mit der sie ihre farbenfrohen 3D-Drucke herstellen können. Die meisten Filamente sind zudem preislich sehr attraktiv für den Privatbereich und kleine Unternehmen. Die Materialien sind einfach zu handhaben und zu lagern und die Anwendungsmöglichkeiten sind vielfältig. Allerdings sind die mechanischen Eigenschaften der FDM-Materialien im Vergleich zu pulverbasierten Verfahren eher eingeschränkt. So benötigen FDM-Drucker eine vergleichsweise niedrigere Temperatur, um das Material an den Schmelzpunkt zu bringen, was sich wiederum negativ auf die Temperaturbeständigkeit des gedruckten Bauteils auswirkt.

Mechanische Eigenschaften

Im Vergleich zu FDM punktet das SLS-Verfahren auf der Materialebene. Die höhere Schmelztemperatur der Polymere (185°C bei PA12) macht die gedruckten Bauteile hitzebeständiger. Dies wiederum öffnet die Tür zu einer Vielzahl von Anwendungen mit thermischer Belastung. Generell bieten die SLS-Pulver ein grösseres Spektrum an mechanischen Eigenschaften, wie z.B. hohe Zug- und Druckfestigkeit, die im FDM-Prozess schwerer zu erreichen sind. Diese überlegenen Materialeigenschaften sind definitiv ein Pluspunkt für das selektive Lasersintern, mit dem sogar Metallpulver durch innovative Verfahren wie den Cold Metal Fusion-Prozess verarbeitet werden können.

Detailgrad

Ein wesentlicher Vorteil des SLS-Verfahrens ist der hohe Detailgrad, der durch die Präzision des Lasers und die geringe Schichtdicke beim Materialauftrag erreicht wird. Bauteile weisen dadurch eine bessere Oberflächenqualität auf, lassen sich deutlich filigraner gestalten und durch geringe Toleranzen genauer reproduzieren. Hingegen ist die Düse, durch die das Filament extrudiert wird, im kleinstmöglichen Durchmesser begrenzt und bietet nicht die Präzision des Lasers in Verbindung mit der dünnen Schichtdicke und führt zu einer gröberen und raueren Oberflächengüte.

Stützstrukturen

Im Gegensatz zum FDM-Druck erfordert das SLS-Verfahren keine Stützstrukturen, da das ungesinterte Material selbst als Stützstruktur dient. Ausserdem ist das ungebrauchte Pulver (je nach Material) bis zu 90 % recyclebar und kann durch Zugabe von Frischpulver zu neuem Druckpulver aufbereitet werden. Die Stützstrukturen, die für den FDM-Druck benötigt werden, um Überhänge und filigrane Geometrien zu erzeugen, können dagegen nach dem Druck nicht wiederverwendet werden und landen im Abfall. Die Stellen, an denen die Stützstrukturen abgelöst werden müssen, reduzieren zudem die Oberflächenbeschaffenheit der Teile.

Anwendungsbereiche für SLS

Sowohl SLS als auch FDM bieten einzigartige Möglichkeiten für eine breite Palette von Anwendungen. Die überlegenen Materialeigenschaften ermöglichen es SLS, komplexe und funktionale Komponenten herzustellen, die in Branchen wie der Luft- und Raumfahrt, der Automobilindustrie, dem Maschinenbau und dem Gesundheitswesen verwendet werden. Die Möglichkeit, mehrere Werkstücke in einem einzigen Durchgang herzustellen, macht SLS ideal für das Rapid Prototyping komplexer Designs sowie für kleine bis mittelgrosse Produktionsserien von Konsumgütern und kundenspezifischen Artikeln wie orthopädischen Einlagen. Beim Fused Deposition Modeling kann nur eine begrenzte Anzahl von Teilen gleichzeitig hergestellt werden, was die Serienproduktion deutlich langsamer und in der Regel unwirtschaftlich macht.

Anwendungsbereiche für FDM

Aufgrund der einfachen Anwendung und des niedrigeren Preises ist FDM für Bastler und kleine Unternehmen, die ihre Konzepte schnell und kostengünstig umsetzen wollen, viel leichter zugänglich. Die Technologie eignet sich gut für erste Iterationen im Rapid Prototyping und wird in den Bereichen Produktdesign, Architektur, Kunst und Design eingesetzt. Neben den genannten Branchen bietet FDM auch eine hervorragende Plattform für Ausbildungszwecke und als Einstieg in die Welt des 3D-Drucks. Ausserdem kann FDM als Brückentechnologie dienen, um Konstruktionen zu überprüfen, bevor diese mit kostenintensiven Methoden wie SLS gedruckt werden.

Zusammenfassung

Sowohl SLS als auch FDM sind leistungsstarke 3D-Drucktechnologien mit ihren eigenen Stärken und Schwächen. Die Wahl zwischen beiden hängt von den spezifischen Anforderungen des Projekts ab.

Wenn der Schwerpunkt auf den Materialeigenschaften liegt, ist SLS die richtige Technologie, um Prototypen, Endprodukte und sogar kleine bis mittelgrosse Serien mit hoher Qualität und Funktionalität herzustellen. Für den Hobbydrucker sind SLS-Systeme aufgrund der hohen Anschaffungskosten und Materialpreise in der Regel keine Option. Für kleinere Unternehmen bietet die Technologie jedoch Vorteile, die wir in diesem Artikel erläutert haben.

Wenn die Materialeigenschaften nicht im Vordergrund stehen, bietet FDM mit seiner grossen Auswahl an farbenfrohen Filamenten und dem niedrigen Investitionspreis eine hervorragende Plattform für Privatpersonen, kleine Unternehmen in verschiedenen Branchen und Bildungseinrichtungen.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass alle 3D-Druck-Technologien, insbesondere SLS und FDM, weiterhin Innovationen vorantreiben und ihre Anwendungsbereiche ausweiten werden. Es wird erwartet, dass zukünftige Entwicklungen die bereits beeindruckende Leistung dieser Verfahren noch steigern und neue Horizonte in der Fertigungsindustrie eröffnen werden.