Fused Deposition Modeling vs. Selektives Lasersintern

Eine häufige Frage ist, welche additive Fertigungstechnologie sich am besten eignet. Das gilt vor allem dann, wenn die Fertigungsverfahren einige grundlegende Ähnlichkeiten aufweisen, was beim Fused Deposition Modeling (FDM) der Fall ist, auch bekannt als Fused-Filament-Fertigung, Selektives Laser-Sintern (SLS)).

FDM und SLS gehören zu den beliebtesten 3D-Drucktechnologien auf dem Markt. Beide verwenden verschiedene Polymermaterialien und können alles von Prototypen bis hin zu Endverbrauchsteilen herstellen. Die entscheidenden Unterschiede zwischen den beiden Technologien bedeuten jedoch, dass sie unterschiedliche Anwendungen haben.

In diesem Artikel werden die Vor- und Nachteile der beiden Technologien erläutert, damit Sie genau wissen, welche Sie für Ihr nächstes Projekt wählen sollten.

Die wichtigsten Vorteile von SLS und FDM

• FDM ist in der Regel schneller, und die Grundmaterialien sind billiger als SLS - aber einige Hochleistungsmaterialien können teuer sein.

• SLS bietet eine höhere Festigkeit, ideal für Anwendungen mit hoher Beanspruchung oder hoher Belastung - wie z. B. Endverbrauchsteile und Funktionsprototypen

• SLS bietet eine bessere Maßgenauigkeit und eignet sich daher besser für komplexe Geometrien

• FDM bietet eine größere Materialauswahl

• Beim FDM-Druckverfahren wird geschmolzenes Material schichtweise aufgetragen, während beim SLS-Druckverfahren pulverförmiges Material mit einem Laser gesintert wird, so dass keine Stützstrukturen erforderlich sind.

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Wie FDM- und SLS-Technologien funktionieren

Der erste große Unterschied zwischen FDM und SLS ist die zugrundeliegende Basis der Technologie.

Kurz gesagt, SLS ist ein Pulverbett-basierte Technologie, bei der ein Laser zum Schmelzen der Teile verwendet wird. Alternativ dazu wird bei FDM ein thermoplastisches Filament verwendet, das geschmolzen und durch eine beheizte Düse extrudiert wird.

Diese beheizte Düse ist für den FDM-Prozess von entscheidender Bedeutung, da sie die Ablagerung von geschmolzenem Material auf der Bauplattform ermöglicht, um Teile Schicht für Schicht zu erzeugen. Die FDM-Technologie nutzt verschiedene Arten von thermoplastische Polymerewie PLA und ABS, die für die Herstellung präziser und komplizierter Teile unerlässlich sind.

Dieser bedeutende Unterschied wirkt sich auf die Materialien, die Genauigkeit und die mechanischen Eigenschaften der mit beiden Technologien hergestellten Teile aus.

Der FDM-Druckprozess

Der SLS-Druckprozess

FDM vs. SLS-Werkstoffe

Da SLS auf Pulver basiert und FDM auf Filamenten beruht, sind die verfügbaren Materialien unterschiedlich, obwohl es sich um Polymere handelt. Beim SLA-Verfahren hingegen wird ein digitaler Lichtprojektor verwendet, um flüssiges Harz Schicht für Schicht auszuhärten, wodurch hochauflösende Teile mit komplizierten Details und glatten Oberflächen entstehen.

Kostengünstige 3D-Drucker für den Heimgebrauch verwenden die FDM-Technologie, weshalb es ein Missverständnis gibt, dass die meisten Werkstofftechnik bietet eine geringe Leistung. Während FDM "einfache", kostengünstige Materialien bietet, gibt es starke und vielseitige Filamente, die für den industriellen Einsatz geeignet sind.

FDM-Teile werden aus Acrylnitril-Butadien-Styrol-Materialien (ABS) hergestellt.

Einige dieser Filamente sind:

• Acrylnitril-Butadien-Styrol (ABS)-basierte Polymere sind ziemlich vielseitig, mit Varianten, die sich für alles von Elektronik bis zu medizinischen Geräten eignen

• ULTEM 1010 und ULTEM 9085 sind Hochleistungsmaterialien, die auch flammhemmend sind. Beide bieten ein hohes Maß an Festigkeit, was sie ideal für anspruchsvolle Anwendungen macht

• Sehen Sie mehr von der verfügbare FDM-Materialien

SLS basiert auf pulverförmigen Polyamiden (PA). Es sind verschiedene Varianten erhältlich, die sich für zahlreiche industrielle Anwendungen eignen.

• PA 12 ist das Standard-SLS-Material, das hohe Festigkeit und Stabilität, chemische Beständigkeit und Biokompatibilität zu wettbewerbsfähigen Preisen bietet.

• PA 12 Aluminium-gefüllt: Die Zugabe von Aluminium t PA verleiht ihm eine ausgezeichnete Dimensionsstabilität bei hohen Temperaturen, aber mit dem geringen Gewicht eines Kunststoffs.

• PA 12 Flammhemmend: PA12 wird mit einem chemischen Flammschutzmittel versehen, wodurch sich das Material für elektronische Bauteile und Flugzeuginnenräume eignet.

• Sehen Sie mehr von den verfügbaren SLS-Materialien

Der SLA-3D-Druck bietet außerdem den Vorteil, dass sowohl für den Hauptdruck als auch für die Stützstrukturen das gleiche Material verwendet wird. Dieser Ansatz eliminiert die Notwendigkeit für separate HilfsmittelDer Druckprozess wird rationalisiert und die Nachbearbeitung vereinfacht, da der Träger ohne die Komplexität unterschiedlicher Materialeigenschaften entfernt werden kann.

FDM vs. SLS Festigkeit

Die Festigkeit eines gedruckten Teils hängt von verschiedenen Faktoren ab, wie z. B. dem verwendeten Material, der Druckausrichtung, der Schichtdicke und vielem mehr.

Sowohl SLS als auch FDM bieten hochfeste Materialien, aber SLS hat den Vorteil der Festigkeit.

Das SLS-Sinterverfahren macht Stützstrukturen überflüssig. Es schafft ein solideres Teil, während die hochfesten Materialien von FDM vergleichsweise teuer und anisotrop sind (was bedeutet, dass die Teile eine höhere Fehlerquote haben, wenn sie nicht optimal ausgerichtet sind).

Die SLS-Technologie vereinfacht die Nachbearbeitung und steigert die Effizienz durch die Verwendung von ungesintertem Pulver als Trägermaterial, wodurch sie sich sowohl für die Herstellung von Prototypen als auch für die Endproduktion eignet.

FDM vs. SLS Erscheinungsbild

SLS-Teile werden in Weiß (oder manchmal auch in Grau) gedruckt, damit sie leichter eingefärbt werden können. Das Druckbild ist nach dem Entfernen des Trägers und des überschüssigen Pulvers in der Regel körnig. Glätten, Taumeln und andere SLS-Nachbearbeitung Optionen können hier Abhilfe schaffen.

Ein SLS-Teil aus PA 12, das zur Glättung getrommelt wurde.

FDM-Teile können jedoch in einer Reihe von Farben gedruckt werden. Dies ist besonders nützlich für kosmetische Prototypen. Nachdem die Teile gedruckt wurden, sind die Drucklinien sichtbar. Aus diesem Grund ist es normal, dass man sich für eine Nachbearbeitung wie Schleifen oder Brüdenglättung.

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Eine Sache, die man bei FDM beachten sollte, ist, dass es besonders anfällig für den "Treppeneffekt" ist. In diesem Fall wird jede gedruckte Schicht sichtbar.

Anstelle der erwarteten glatten Oberfläche ähnelt die beschädigte Oberfläche einer Treppe. Dieser Effekt lässt sich abmildern, indem man nach oben statt zur Seite weisende Flächen verwendet. Dies ist auch bei SLS zu beachten, aber die Auswirkungen dieser Technologie sind weitaus geringer.

Der Treppeneffekt ist ein wesentlicher Faktor für FDM-Teile

Beim SLA-3D-Druck wird UV-Licht verwendet, um das Photopolymerharz nach dem Druck auszuhärten. Dieser Nachbearbeitungsschritt gewährleistet die vollständige Aushärtung, die für die endgültige Festigkeit und Haltbarkeit der gedruckten Komponenten entscheidend ist.

Prototyping und Produktionsanwendungen

Additive Fertigungstechnologien sind vielseitig und eignen sich sowohl für das Prototyping als auch für die Produktion.

FDM ist aufgrund seiner Schnelligkeit und Kosteneffizienz eine beliebte Wahl für das Prototyping, da es eine schnelle Iteration und Entwicklung von visuellen Modellen ermöglicht.

Im Gegensatz dazu werden SLA und SLS häufig für Produktionsanwendungen bevorzugt, bei denen es auf hohe Genauigkeit und hervorragende mechanische Eigenschaften ankommt. SLS wird insbesondere in anspruchsvollen Branchen wie der Luft- und Raumfahrt, der Automobilindustrie und dem Gesundheitswesen eingesetzt, wo die Leistung der Teile entscheidend ist.

SLA findet seine Nische auch in Bereichen wie der Dental- und Schmuckindustrie, wo Präzision und feine Details entscheidend sind. Jede Technologie hat ihre Stärken und eignet sich daher für verschiedene Phasen der Produktentwicklung und unterschiedliche Branchenanforderungen.

Kosten und ROI

Die Kosten für die Einführung additiver Fertigungstechnologien können je nach Art der Technologie, des Druckvolumens und der Materialeigenschaften erheblich variieren.

FDM-Drucker sind in der Regel am erschwinglichsten, wobei die Einstiegsmodelle für ein paar hundert Dollar erhältlich sind, so dass sie auch für kleine Unternehmen und Hobbyisten zugänglich sind.

Im Gegensatz dazu sind SLA- und SLS-Drucker mit einem höheren Preis verbunden, der von einigen Tausend bis zu Zehntausenden von Dollar reicht. Die Investition in diese Technologien lässt sich jedoch durch die Vorteile rechtfertigen, die sie bieten, z. B. weniger Materialabfall, höhere Produktivität und bessere Produktqualität.

Die Durchführung einer gründlichen Kosten-Nutzen-Analyse ist von entscheidender Bedeutung, um den Return on Investment (ROI) für jede Technologie zu ermitteln und sicherzustellen, dass die gewählte Lösung den spezifischen Anforderungen und dem Budget des Projekts entspricht.

Wann sollte man FDM und wann SLS verwenden?

Wann sollten Sie also SLS und wann FDM verwenden? Das hängt ganz von Ihrer Anwendung ab, denn beide Technologien haben Vorteile.

Für das kosmetische Prototyping: FDM

FDM hat vielleicht eine andere Maßgenauigkeit als SLS, aber für kosmetische Prototypen ist das in Ordnung. FDM ist die Technologie der Wahl für visuelle Darstellungen, die nicht funktional sein müssen.

Für kurze Vorlaufzeiten: FDM (mit einem leichten Vorteil)

Beide Technologien sorgen dafür, dass Sie die Teile schnell in Händen halten können. FDM hat jedoch einen kleinen Vorteil, wenn es um die Vorlaufzeit geht. Ein SLS-Teil mit Standardmaterialien benötigt auf der MakerVerse-Plattform sieben Tage. FDM hat eine Vorlaufzeit von sechs Tagen.

Für Funktionsprototypen: SLS

SLS bietet vitale Teile, was es ideal für funktionelle Anwendungen macht, die Stress, Verschleiß und Abnutzung ausgesetzt sind. Außerdem eignet es sich aufgrund seiner Maßgenauigkeit für solche Anwendungen. Der SLS-Druck ist besonders vorteilhaft für die Herstellung starker, funktioneller Teile und komplexer Geometrien.

Für Endverbraucherteile: SLS

Alle Gründe, warum SLS für Funktionsprototypen in der Regel besser ist, gelten auch für Endverbrauchsteile. Während FDM-Teile häufig für industrielle Zwecke verwendet werden, ist SLS viel häufiger anzutreffen.

Niedrigere Anfangskosten: FDM

Die Materialpreise sind sehr unterschiedlich, da die Hochleistungsmaterialien mit den Grundmaterialien vergleichbar sind. Die Herstellung von Teilen mit FDM-Basismaterialien ist jedoch in der Regel billiger. Dies ist einer der Gründe, warum diese Technologie für visuelle Prototypen so beliebt ist. Alternativ dazu bietet SLS einen wettbewerbsfähigen Preis für die Herstellung von Teilen mit guten mechanischen Eigenschaften.

Bei FDM sind Stützstrukturen erforderlich, um ein erfolgreiches 3D-Druckergebnis zu gewährleisten, während bei SLS durch die Verwendung von ungesintertem Pulver keine speziellen Stützstrukturen erforderlich sind.