Selektives Lasersintern vs. Stereolithografie

Stereolitografie vs. Lasersintern Cover

Stereolithografie (SLA) und Lasersintern (SLS) sind zurzeit die wichtigsten professionellen 3D-Druck Verfahren für Kunststoffe im Rapid Prototyping. Weit verbreitet sind noch FDM und Polyjet, beide sind aber weder so universell einsetzbar, noch schaffen sie einen derart hohen Durchsatz. Im Privatsektor sieht die Verteilung natürlich ganz anders aus, dort ist FDM das beliebteste Verfahren.

Im Kunststoff 3D-Druck kommt man somit sehr häufig zu der wichtigen Frage, was für den jeweiligen Prototypen das beste Verfahren ist: Lasersintern oder Stereolithografie?

Lasersintern vs. Stereolithografie: Die wichtigsten Unterschiede im Überblick

Lasersintern (SLS)

Stereolithografie (SLA)

Lasersintern

  • PA12 Pulver (z.B. PA2200)
  • PA12 + Zusatzstoffe (z.B. Glas- oder Karbonfasern, Aluminiumstaub)
  • PA6
  • TPU (Weichplaste)
  • Exoten (z.B. PEEK)
  • Metalle werden hier nicht berücksichtigt

Stereolithografie

  • Kunstharze auf Acryl- oder Epoxydbasis

Lasersintern

  • PA12 ist flexibel bei dünnen Strukturen und stabil bei stärkeren Wandstärken.
  • PA12 ist eines der hitze-, mechanisch- und chemisch-stabilsten Materialien.
  • Zugaben von Carbonfasern, Glasfasern oder Alu-Staub können die mechanischen/thermischen Eigenschaften verbessern.
  • Insgesamt eher porös und nicht wasserdicht.

Stereolithografie

  • Im Allgemeinen leichter brüchig und weniger hitzestabil.
  • Hitzeresistente und hochstabile Materialien sind erhältlich aber i.d.R. mit Einschränkungen verbunden (z.B. geringere Oberflächenqualität).

Lasersintern

  • PA12 mit Grundfarbe Weiß.
  • Das Material kann problemfrei eingefärbt werden.
  • Transparente Materialien sind nicht erhältlich.

Stereolithografie

  • Am verbreitetsten sind Transparent, Schwarz, Weiß und Grau.

Lasersintern

  • Verfahrensbasiert eher rau.
  • Durch Gleitschliff können die Oberflächen geglättet werden.

Stereolithografie

  • Flächen ohne Supportstrukturen sehr glatt.
  • Flächen mit Supportstrukturen mit Einschränkungen (Schleifspuren, etc.).

Lasersintern

  • ± 0,15 mm (Grundtoleranz) plus ± 0,15 % der längsten Achse

Stereolithografie

  • ± 0,2 mm

Lasersintern

  • 0,2 – 0,5 mm Details können dargestellt werden.

Stereolithografie

  • 0,2 – 0,3 mm Details können dargestellt werden.

Lasersintern

  • Wandstärken ab ca. 0,7 mm.
  • Geometrisch kaum Einschränkungen, da keine Supportstrukturen notwendig sind.

Stereolithografie

  • Wandstärken ab ca. 0,7 mm.
  • Geometrisch sehr komplexe Teile können nicht oder nur in schlechterer Qualität gedruckt werden, da Supportstrukturen die Oberfläche beeinträchtigen.

Lasersintern

  • Die Bauteile sind anisotrop, d.h. die Ausrichtung in der die Bauteile gedruckt werden, spielt eine entscheidende Rolle (Erklärung siehe unten).

Stereolithografie

  • Die Bauteile sind (weitgehend) isotrop, d.h. es spielt keine Rolle in welcher Ausrichtung die Bauteile gedruckt werden.

Lasersintern

  • PA12 ca. EUR 1,00 – 1,50 / cm³ bei 3Faktur (inkl. 19% MwSt.).

Stereolithografie

  • Standard Kunstharz ca. EUR 2,00 – 2,40 / cm³ bei 3Faktur (inkl. 19% MwSt.).

Zusammenfassung:

  • Bei Bauteilen mit mechanischem, thermischem oder chemischem Stress ist Lasersintern i.d.R. die erste Wahl.
  • Je komplexer die Geometrie eines Bauteils ist, desto besser ist Lasersintern.
  • Bei höheren Toleranzanforderungen, Bauteilen mit hohen Anforderungen an die Oberflächen und/oder transparenten Bauteilen ist Stereolithografie in aller Regel vorzuziehen.

Die Unterschiede erklären sich durch die Verfahren

Beim Lasersintern wird ein Kunststoffpulver auf eine Bauplattform aufgezogen und verfestigt. Ein Laser fährt das Modell schichtweise ab. Dabei wird das Pulver lokal soweit erhitzt, dass es sich verbindet (‚sintern‘).

Bei der Stereolithografie wiederum, ist das Ausgangsmaterial flüssig. Es handelt sich dabei um ein fotosensitives Polymer, d.h. das flüssige Material polymerisiert (es wird fest), wenn es UV-Strahlung ausgesetzt wird. Und genau darauf basiert das Prinzip: ähnlich wie beim Lasersintern fährt ein Laserstrahl das Modell schichtweise ab. Bei der Stereolithografie wird das Material aber nicht erhitzt, sondern durch den Laserstrahl (UV-Laser) verfestigt es sich an den Stellen an den es mit dem UV-Laser in Berührung kommt.

Dadurch erklären sich die o.g. Unterschiede:

Lasersintern

  • Oberfläche: Das Pulver wird quasi verschmolzen, daher ist die Oberfläche immer so rau wie die Korngröße des Pulvers (~ 100 µm).
  • Toleranzen: Immer, wenn mit Hitze gearbeitet wird, kommt es zum Verzug bzw. Schrumpfung. Dieser Effekt verursacht die (relativ) hohen Toleranzen beim Lasersintern.
  • Stützstrukturen / Geometrien: Das Bauteil wird durch das Pulverbett abgestützt. Es sind folglich keine Stützstrukturen notwendig.
  • Isotropie: Das Material wird gesintert und zwar schichtweise – eine Schicht wird verbunden, die nächsten Schicht wird darauf gesintert, etc. Dadurch sind die Verbindungen innerhalb einer Schicht (d.h. in X-Y-Richtung) deutlich stärker als in Z Richtung. Praktisch heißt das, ein dünner Stab, der aufrecht gedruckt wird, bricht wesentlich schneller als wenn er längs gedruckt wird.
  • Kosten: Materialpreise sind eher niedrig im Vergleich zur Stereolithografie. Außerdem können Bauteile übereinander gedruckt werden, so dass der Output aus einem Druckzyklus in der Regel deutlich höher ist als bei der Stereolithografie – folglich sind die Stückkosten meist niedriger.

Stereolithografie

  • Oberfläche: Dadurch, dass das Rohmaterial flüssig ist, tritt der Effekt der ‚Körnung‘ nicht auf und die Oberflächen sind weitgehend glatt.
  • Toleranzen: Auch hier kommt es zu Schrumpfungen, allerdings im wesentlich geringerem Ausmaß.
  • Stützstrukturen / Geometrien: Es gibt kein Pulverbett welches Überhänge abstützen könnte. Um zu vermeiden, dass genau das passiert, sind zusätzliche Supportstrukturen notwendig.
  • Isotropie: Anders als beim Lasersintern wird hier nichts miteinander verschmolzen bzw. gesintert, sondern durch das UV-Licht geht das Material in alle Richtungen chemische Verbindungen ein (Polymerisation). Dadurch spielt die Druckausrichtung eine eher untergeordnete Rolle. 100% isotrop sind die Werkstücke bei der Stereolithografie nicht, aber in deutlich höherem Ausmaß, verglichen mit dem Lasersintern.
  • Kosten: Die Materialpreise sind höher. Weiterhin erhöhen Supportstrukturen den Materialeinsatz im Schnitt um ca. 50%. Übereinander kann nicht gedruckt werden, daher ist die Anzahl der gedruckten Teile je Druckzyklus i.d.R. geringer. Folglich ist diese Technologie meist um den Faktor 1,5 – 2 teurer als das Lasersintern.

 

Der Teufel steckt natürlich immer im Detail. Durch die Vielfalt an Systemen und Materialien, sind die Unterschiede im Einzelfall ggf. weniger ausgeprägt oder sogar umgekehrt, als hier verallgemeinert aufgeführt. Sollten Sie Fragen zu Ihrem speziellen Projekt bzw. Bauteil haben, können Sie uns gern kontaktieren. 


Weiterführende Informationen:

Verfahren

  • Das Stereolithografie-Verfahren im Detail erklärt.
  • Das Lasersinter-Verfahren im Detail erklärt.

Materialien

Externe Informationen


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Über 3Faktur: 3Faktur ist Spezialist für 3D-Druck von Kleinserien und Rapid Prototyping. Wir bieten Ihnen einen 3D-Druck Service sowohl für Stereolithografie als auch für Lasersintern an. Nehmen Sie mit uns Kontakt auf, gern Beraten wir Sie zu Ihren Möglichkeiten.