3D-Drucktechnologien im Vergleich: SLA vs. DLP vs. PµSL

22. Mai 2023

Prototype Projects Ltd schreibt ... im Gegensatz zu den meisten Rapid-Prototyping-Büros verfügen wir über fünf verschiedene 3D-Drucktechnologien. Man mag das für übertrieben halten, aber die Logik dahinter ist, dass keine einzelne Technologie die Anforderungen aller Teile erfüllen kann. Drei unserer Technologien, nämlich SLA, DLP und PµSL, nutzen Licht, um flüssige Photopolymerharze auszuhärten, was als Photopolymerisation bezeichnet wird. Obwohl dies den drei Technologien gemeinsam ist, unterscheiden sie sich erheblich. In diesem Artikel werfen wir einen Blick auf SLA, DLP und PµSL, um zu sehen, wie sie sich vergleichen und wann Sie sie jeweils für Prototypen oder Endverbrauchsteile auswählen sollten.

Der Begriff Stereolithographie wurde in den 1980er Jahren geprägt und wird von 3D Systems für seine SLA-Geräte verwendet, die einen UV-Laserlichtstrahl zum Aushärten eines Photopolymerharzes verwenden. Während das Harz aushärtet, verfestigt es sich und bildet eine dünne „Scheibe“ des Teils auf der Oberfläche des Harzes. Sobald die Schicht fertig ist, senkt sich das Bett der Maschine in den Bottich, sodass die nächste Schicht ausgehärtet werden kann. Wenn jede neue Schicht aushärtet, verschmilzt sie mit der darunter liegenden und bildet so ein dreidimensionales festes Teil.

Wenn die Teilegeometrie überhängende Merkmale aufweist, können diese mithilfe von 3D-gedruckten Stützstrukturen aufgebaut werden, die verhindern, dass sich die Überhänge unter dem Einfluss der Schwerkraft verbiegen. Hohlteile können gebaut werden, es müssen jedoch Abflusslöcher eingearbeitet werden, damit nicht ausgehärtetes Harz anschließend entfernt werden kann. Auch wenn ein Teil nicht vollständig massiv sein muss, kann der Innenraum mit einem dreidimensionalen Gitter ausgefüllt werden, um Gewicht und Materialkosten zu sparen.

Nachdem das Teil gebaut wurde, wird es aus dem Bottich genommen, überschüssiges Harz abgespült und dann zur endgültigen Aushärtung in einen UV-Ofen gelegt. Bei Bedarf können anschließend sekundäre Endbearbeitungen vorgenommen werden.

SLA ist schnell, fertigt Teile mit guter Genauigkeit und Oberflächengüte und kann mit einer Auswahl an Materialien arbeiten. Allerdings sind die Materialeigenschaften der fertigen Teile nicht perfekt isotrop und in der Z-Achse etwas schwächer, sodass bei der Auswahl der Bauausrichtung Vorsicht geboten ist. Auch wenn die Oberflächenbeschaffenheit für Funktionsteile oft gut genug ist, verbessern leichtes Perlenstrahlen oder Handbearbeiten die Ästhetik.

Wie bei SLA baut DLP Teile Schicht für Schicht aus Photopolymeren auf. Der Hauptunterschied besteht jedoch darin, dass eine gesamte Schicht mit einem einzigen Lichtblitz ausgehärtet wird, was viel schneller ist, als wenn mit einem Laserlichtpunkt die gesamte auszuhärtende Fläche nachgezeichnet wird. Die Belichtungsmaskierung wird mithilfe eines LCD erreicht, durch das das Licht auf die Oberfläche des Photopolymers projiziert wird.

Wie SLA kann DLP überhängende Strukturen mithilfe von 3D-gedruckten Stützstrukturen aufbauen, und hohle Teile oder gittergefüllte „massive“ Teile sind möglich. DLP-Teile müssen ebenso wie SLA-Teile gereinigt und UV-gehärtet werden.

Da jede Schicht mit einem einzigen Lichtblitz ausgehärtet wird, ist DLP schneller als SLA, obwohl Teile mit ähnlicher Auflösung, Genauigkeit und Oberflächenbeschaffenheit hergestellt werden. Darüber hinaus bieten wir für SLA eine Auswahl von drei Materialien an, für DLP haben wir sechs Materialien auf Lager und können bei Bedarf weitere 11 Spezialqualitäten bestellen. Folglich ist die Bandbreite der Materialeigenschaften für DLP-Teile viel größer als für SLA-Teile, sodass DLP häufiger für Endverbrauchsteile verwendet wird, während SLA normalerweise (aber nicht immer) für Prototypenteile gewählt wird.

Diese 3D-Drucktechnologie ähnelt DLP, da sie mithilfe der Maskierung Harzbereiche mit einem einzigen Lichtblitz aushärtet. Der Unterschied besteht jedoch darin, dass die Optik eine weitaus bessere Auflösung bietet und die Teile daher äußerst genau sind. Auch die Schichtdicke ist geringer, was in Verbindung mit der höheren Auflösung zu einer deutlich glatteren Oberfläche des Bauteils führt.

Jede Belichtung härtet einen relativ kleinen Bereich aus, größere Teile können jedoch mithilfe einer Step-and-Repeat-Bewegung auf dem Maschinenbett in 3D gedruckt werden. Die hohe Präzision der Bewegungen stellt sicher, dass jeder maskierte Bereich mit seinen Nachbarn übereinstimmt. Alternativ ermöglicht die Bettbewegung den gleichzeitigen Bau mehrerer Teile.

Wir betreiben unsere PµSL mit einer Auswahl von drei Materialien. Dabei handelt es sich allesamt um relativ steife, feste Materialien mit guter Dimensionsstabilität, die eine präzise Wiedergabe feiner Details ermöglichen. Darüber hinaus sind die fertigen Teile nicht porös und weisen aufgrund der guten Zwischenschichtverschmelzung Materialeigenschaften auf, die im Wesentlichen isotrop sind.

Wenn identische Teile mit DLP- und PµSL-3D-Druckern gedruckt würden, würde das DLP-Teil aufgrund der größeren freiliegenden Fläche und der dickeren Schichten schneller gebaut werden. Aufgrund der Fähigkeiten der PµSL-Technologie wird sie jedoch für kleinere Teile und andere Anwendungen als DLP eingesetzt, sodass der Geschwindigkeitsunterschied irrelevant ist. PµSL wird häufig zum Bau von Teilen verwendet, die auf andere Weise nicht hergestellt werden können, einschließlich alternativer 3D-Drucktechnologien und CNC-Bearbeitung.

PµSL-Teile müssen, wie auch SLA- und DLP-Teile, nach der Entnahme aus dem 3D-Drucker gereinigt und UV-gehärtet werden. Aufgrund der Größe der Merkmale und des Auftriebs des Harzes benötigen PµSL-Teile jedoch selten Stützstrukturen für überhängende Merkmale.

SLA-3D-Drucker können im UHD- oder XHD-Modus betrieben werden, wir betreiben unsere jedoch standardmäßig im UHD (Ultra High Definition) mit einer maximalen Auflösung von 4000 dpi. Die Schichtdicke beträgt standardmäßig 0,1 mm, bei Bedarf sind die 3D-Drucker jedoch in der Lage, Schichten von 0,05 mm aufzubauen. Wir geben eine allgemeine Toleranz von ±0,5 mm an, erreichen jedoch häufig engere Toleranzen, abhängig von der Betriebsart, der Bauausrichtung, dem Material und der Teilegeometrie.

Unser Figure 4 DLP 3D-Drucker hat eine horizontale Auflösung von 65 Mikrometern und die Schichtdicke beträgt je nach Bauteilanforderung und Material 10 bis 100 Mikrometer. Wie bei SLA geben wir eine allgemeine Toleranz von ±0,5 mm an, aber mehrere Faktoren wirken sich auf die erreichte Genauigkeit aus und wir erreichen oft engere Toleranzen.

Die Frage nach der Auflösung beim 3D-Druck kann irreführend sein. Wir empfehlen Designern dringend, mit unseren 3D-Druckspezialisten über die Anforderungen ihres Teils zu sprechen, damit wir ihnen bei der Entscheidung über die optimale 3D-Drucktechnologie, das optimale Material, die Bauausrichtung usw. helfen können, da dies der beste Weg ist, um sicherzustellen, dass das Teil geeignet ist seinen beabsichtigten Zweck.

PµSL spielt in puncto Auflösung und Teilegenauigkeit in einer eigenen Liga. Aufgrund der geringen Schichtdicke des 3D-Druckers (5–40 µm) und der Feinauflösung von 10 µm geben wir eine allgemeine Toleranz von ±25 µm an, abhängig von der Geometrie und der Bauausrichtung des Teils. Teile profitieren außerdem von außergewöhnlich glatten Oberflächen, typischerweise 0,4–0,8 µm Ra auf der Oberseite und 1,5–2,5 µm Ra an den Seiten, sodass keine Nachbearbeitung erforderlich ist. PµSL kann daher Teile mit sehr feinen Details, dünnen Wänden und scharfen Kanten herstellen, und das alles in einem Maßstab, der mit anderen 3D-Drucktechnologien nicht erreichbar ist.

Wir verfügen über insgesamt neun SLA-3D-Drucker mit Bauräumen (XYZ) von 250 x 250 x 250 mm bis 508 x 508 x 534 mm.

Unser Figure 4 DLP 3D-Drucker hat einen Bauraum von 124 x 70 x 196 mm.

Schließlich hat der 3D-Drucker microArch S240 PµSL von Boston Micro Fabrication (BMF) einen Bauraum von 100 x 100 x 75 mm, obwohl es unwahrscheinlich ist, dass wir ein einzelnes Teil bauen würden, das diesen Raum ausfüllt.

Die drei Materialien, die wir in unseren SLA-3D-Druckern verwenden, haben ähnliche Eigenschaften wie Polycarbonat, Polypropylen und ABS, wobei das erste davon von der USP-Klasse-VI-Fähigkeit für Anwendungen mit Patientenkontakt profitiert.

Wir führen eine größere Auswahl an Materialien für den DLP-3D-Druck, darunter die folgenden: eines mit hoher Festigkeit, Steifigkeit und Temperaturbeständigkeit (>300 °C); ein weiteres, das flammhemmend nach UL94 V0 ist; ein Elastomer in Produktionsqualität mit einer Shore-A-Härte von 65 und einer hohen Bruchdehnung; ein weißer Kunststoff für Langzeitgebrauchsteile, die Schlagfestigkeit, Dehnung und Zugfestigkeit erfordern; und ein klares Material in Produktionsqualität, das gegenüber UV-Strahlung und Feuchtigkeit stabil ist, mit einer Reihe von Chemikalien kompatibel ist und thermoplastische mechanische Eigenschaften aufweist.

Zusätzlich zu den Lagermaterialien können wir eine breite Palette an Spezialqualitäten für den DLP-3D-Druck beschaffen. Dazu gehören Materialien mit ähnlichen Eigenschaften wie Polypropylen, ABS, Elastomere, Hartkautschuk und Feingusswachs. Es gibt auch Materialien, die für Anwendungen geeignet sind, bei denen Biokompatibilität erforderlich ist.

Wir bieten drei Materialien für den PµSL 3D-Druck an. One ist ein leistungsstarker technischer Werkstoff mit hervorragender Festigkeit, Steifigkeit und Hitzebeständigkeit (bis 114 °C). Ein anderer ist biokompatibel und sterilisierbar für nicht implantierbare medizinische Anwendungen. Das dritte ist ein langlebiges technisches Material, das für Funktionstests und Endverbrauchsteile geeignet ist. Dieses Material nimmt keine Feuchtigkeit auf und ist biokompatibel.

Um mehr zu erfahren, besuchen Sie unsere spezielle Seite über Materialien für den 3D-Druck.

Wenn es um Endbearbeitungsoptionen für 3D-gedruckte Teile mit SLA, DLP und PµSL geht, ist zunächst zu sagen, dass PµSL-Teile selten eine Nachbearbeitung erfordern. In der Regel handelt es sich um hochdetaillierte, präzise Funktionsteile mit extrem glatten Oberflächen. Folglich sind Nachbearbeitungen nicht erforderlich, und wenn sie angewendet würden, könnten sie sich nachteilig auf die Details und Toleranzen der Merkmale auswirken.

Bei SLA- und DLP-Teilen hängt die Wahl der Oberfläche von den Anwendungsanforderungen und dem Material ab. Da es für DLP eine größere Auswahl an Materialien gibt, könnte man davon ausgehen, dass es mehr Veredelungsoptionen gibt. Viele der DLP-Materialien zielen jedoch auf funktionale Prototypen oder Endverbrauchsteile ab, für die seltener eine Sekundärveredelung vorgeschrieben ist.

Zu den typischen Endbearbeitungen für klare SLA-Teile gehören Polieren und Lackieren, um ein Teil mit hoher Klarheit zu erzeugen. Für Teile wie Prototypen von Autolichtlinsen können auch getönte Endbearbeitungen angewendet werden. Darüber hinaus sorgt die Vakuummetallisierung auf einer polierten Oberfläche für ein hohes Reflexionsvermögen, beispielsweise für die Innenseite von Leuchteinheiten.

SLA- und DLP-Teile können auch geschliffen, grundiert und lackiert werden, wenn eine gute Ästhetik erforderlich ist, und es kann eine gummierte Soft-Feel-Beschichtung aufgetragen werden.

Eine schnellere und kostengünstigere Endbearbeitung von Funktionsteilen ist das leichte Perlenstrahlen, das das Erscheinungsbild im Vergleich zur Endbearbeitung im Bauzustand verbessert.

Eine weitere bei Funktionsteilen beliebte Option ist eine Blackout-/RFI-/EMV-Beschichtung auf den inneren „B“-Oberflächen.

Um den Bedürfnissen von Kunden gerecht zu werden, deren Anforderungen durch Zeitdruck oder Budgets bestimmt werden, bieten wir eine Auswahl an Serviceniveaus an. SLA- und DLP-Teile sind mit Expressversand (Teileversand am nächsten Werktag), Standardversand (Teileversand innerhalb von drei Werktagen) und Economy-Lieferung (acht Werktage) erhältlich. PµSL ist eine speziellere 3D-Drucktechnologie, daher werden die Lieferanforderungen besprochen mit dem Kunden bei der Angebotserstellung.

SLA, DLP und PµSL eignen sich alle sowohl für das Prototyping als auch für die Kleinserienfertigung (Additive Prototyping und Additive Fertigung).

Die Eignung hängt natürlich vom Material und dem Verwendungszweck des Teils, einschließlich der Betriebsumgebung, ab. Obwohl SLA und DLP oft als 3D-Drucktechnologien für die Prototypenherstellung angesehen werden, können sie auch für die Fertigung kleiner Stückzahlen geeignet sein.

PµSL eignet sich für Prototyping und Kleinserienfertigung. Tatsächlich kann die Technologie zur Herstellung von Endverbrauchsteilen eingesetzt werden, die auf andere Weise einfach nicht hergestellt werden können – beispielsweise für Mikrofluidikanwendungen.

Für einige Teile, insbesondere solche mit sehr feinen Details oder bei denen die Einhaltung enger Toleranzen erforderlich ist, ist PµSL die einzig mögliche Option.

Aufgrund der Größe des Bauraums werden im Vergleich zu DLP tendenziell größere Teile mit SLA gebaut. DLP-Teile können jedoch aus einer breiteren Palette von Materialien hergestellt werden.

Wenn Sie sich nicht sicher sind, welche 3D-Drucktechnologie für Ihre Anwendung am besten geeignet ist, sprechen Sie mit unserem Team, das Sie aufgrund seiner langjährigen Erfahrung mit 3D-Druck unvoreingenommen beraten kann.

Wenn Sie Prototypen oder Endverbrauchsteile benötigen, die mit SLA, DLP oder PµSL in 3D gedruckt werden, wenden Sie sich an unsere Experten unter der Rufnummer 01763 249760.