SLA vs DLP: Ein Vergleich der beiden Technologien

Seit Charles Hulls Erfindung der Stereolithografie (SLA) im Jahr 1984 sind zahlreiche weitere Technologien wie z. B. FDM, SLS, MJF usw. entstanden. Einige leiten sich sogar vom SLA-Verfahren ab – darunter auch das Digital Light Processing (DLP). Wie Sie vermutlich wissen, eignet sich jedes Verfahren für unterschiedliche Branchen und Anwendungen. In diesem Artikel werden wir Ihnen die spezifischen Charakteristika der SLA- und DLP-Technologien vorstellen und diese miteinander vergleichen. Und obwohl die beiden Technologien viele Gemeinsamkeiten haben, gibt es doch einige bemerkenswerte Unterschiede. Wie funktionieren die Technologien? Welche Materialien können verwendet werden? Wer sind die wichtigsten Hersteller? Wir haben die wichtigsten Merkmale für Sie zusammengefasst!

SLA und DLP – Technologie

Obwohl die SLA- und DLP-Druckverfahren einige Unterschiede aufweisen, bestehen auch viele Ähnlichkeiten zwischen beiden. Beispielsweise werden in beiden Verfahren flüssige Photopolymere durch eine Lichtquelle ausgehärtet. Beide nutzen Harz, sogenanntes Resin, als Filament und eignen sich für den Druck kleiner, fein detaillierter Modelle. Die Verfahren sind mit weichen oder harten Materialien kompatibel und können etwa Verbundwerkstoffe, z. B. gefüllt mit Glas oder Keramik, drucken. Es gilt zu beachten, dass die gedruckten Teile relativ zerbrechlich sein können und sich bei zu viel Sonneneinstrahlung zersetzen beziehungsweise verformen können.

Die Stereolithografie war die erste 3D-Drucktechnologie, die 1984 entwickelt wurde, und gilt bis heute als eines der präzisesten 3D-Druckverfahren auf dem Markt. Das SLA-Verfahren nutzt einen Laser als Lichtquelle. Der Laserstrahl tastet die sich auf der horizontalen Achse bewegende Harzschale ab und verfestigt das Material Schicht für Schicht. Heutzutage gibt es dabei zwei Arten von Maschinen: Solche, bei denen der Laser von oben nach unten wirkt, mit einer Plattform, welche sich mit jeder neuen Schicht nach unten bewegt; und solche, bei denen der Laser von unten nach oben wirkt, mit einer Plattform, welche sich schrittweise nach oben bewegt. Mit SLA lassen sich glatte Oberflächen und eine Schichtdicke zwischen 0,05 und 0,01 mm erzielen, sodass Objekte mit extrem dünnen Schichten gedruckt werden können.

In beiden Verfahren wird Flüssigharz verwendet.

Das Digital Light Processing (DLP) stammt aus der Bildprojektionstechnik (entstanden in den 1980er Jahren) und verwendet im Gegensatz zu SLA einen Projektor als Lichtquelle. Auf diese Weise wird die gesamte Harzschale durch eine einzige Projektion beleuchtet. Das Herzstück dieses Prozesses bildet eine digitale Mikrospiegelvorrichtung (DMD), welche sich zwischen dem Projektor und dem Harz befindet. Diese besteht aus mehreren, einzeln gesteuerten und aktivierten, mikroskopischen Spiegeln: Diese werden genutzt, um das Licht in Richtung des Harzes zu reflektieren, was dazu führt, das dieses photopolymerisiert wird. Damit wird eine Art Maske erzeugt, welche das Harz entsprechend dem gewünschten Modell Schicht für Schicht härtet. Einige 3D-Drucker haben DMD inzwischen durch einen LCD-Bildschirm ersetzt, was den Preis der Maschinen erheblich senkt. Diese Technologie werden wir in diesem Artikel jedoch nicht näher bestimmen.

Erklärung der beiden Druckprozesse: SLA und DLP (Quellen: 3D Hubs / bitfab)

Das DLP-Verfahren ist dafür bekannt, schneller als die Stereolithographie drucken zu können, weil DLP nicht Punkt für Punkt arbeitet, sondern eine gesamte Schicht auf einmal aushärtet. DLP-Drucker sind aufgrund des Projektors jedoch größer und auch die Harzschale ist meist flacher als jene, die beim SLA-Verfahren verwendet werden.

Ein weiterer Unterschied zwischen den beiden Technologie zeigt sich in der Wartung. DLP-Drucker sind wartungsarm und oft einfacher zu reparieren – im Gegensatz dazu macht der integrierte Laser in den SLA-Maschinen eine Reparatur oft aufwändiger.

Druck-Qualität

Die Druckqualität kann bei der Wahl zwischen zwei Technologien entscheidend sein. Insbesondere, wenn der 3D-Druck zur Herstellung von Endprodukten genutzt werden soll und deshalb dem Detailgrad, der Struktur sowie der Oberfläche eine besonders bedeutende Rolle zukommt. Prinzipiell kann festgehalten werden, dass beide Technologien den Druck präziser, hochauflösender Modelle mit feinstem Detaillierungsgrad ermöglichen. Entscheidend über die Druckqualität ist dabei jedoch nicht nur das Verfahren selbst, sondern auch die Wahl des Materials. Dabei gilt es zu beachten, dass die Auswahl und Kompatibilität der Materialien vom Hersteller abhängig ist. 

Weil im SLA-Verfahren das Kunstharz Punkt für Punkt auf der Bauplattform ausgehärtet wird, spielt die Länge des Modells eine untergeordnete Rolle im Druckprozess. Das bedeutet, dass sich SLA zum Druck von Objekten, welche von wenigen Millimetern bis zu einer Länge von 1,50 m reichen können, sehr gut eignet. Es entsteht kein Qualitätsverlust auf Grund der Baulänge und es kann zudem eine Z-Resolution bis zu 25 Mikron erzielt werden, unabhängig von der Größe des Modells. 

Mit der hohen Präzision der X, Y und Z Achsen im DLP-Druck können viele SLA-Drucker nicht mehr mithalten. So kann DLP beispielsweise eine Schichtdicke von bis zu 5 Mikron erzielen. Hierbei gilt es jedoch zu beachten, dass DLP-3D-Drucker durch die Projektion der Pixel sogenannte “staircase steps” am Endprodukt erzeugen können, welche das Oberflächenfinish negativ beeinträchtigen. Beim Druck langer Bauteile gilt es im Vergleich zu SLA anzumerken, dass durch die Projektion, welche vom Zentrum ausgehend auf die Bauplattform trifft, zum Rand hin Qualitätsverluste auftreten können.

Im DLP-Verfahren können sogenannte „staircase steps“ sichtbar sein. (Quelle: Formlabs)

Technische Merkmale

Druckgeschwindigkeit

In Sachen Druckgeschwindigkeit führt die DLP-Technologie das Rennen ganz klar an. Weil DLP den Druck einer gesamten Schicht auf einmal ermöglicht, kann im Druckprozess teilweise viel Zeit eingespart werden. Im Gegensatz zu SLA, bei welchem das Kunstharz Punkt für Punkt ausgehärtet wird, beeinträchtigt im DLP-Verfahren nur die Höhe des Bauteils die Druckgeschwindigkeit. Dieser Vorteil kann daher insbesondere bei der Fertigung von langen Bauteilen genutzt werden.

Bauvolumen

Die Stereolithografie wird aufgrund von höheren Materialkosten im Vergleich zu anderen Verfahren wie FDM nicht unbedingt zur Fertigung von großen Bauteilen eingesetzt. Außerdem ist das Bauvolumen auf die Größe des Tanks, in welchem sich das flüssige Harz befindet, limitiert. 

Bei den SLA-Maschinen bedeutet dies ein maximales Bauvolumen von 335 × 200 × 300 mm im Formlabs 3L sowie 1500 x 750 x 550 mm im 3D Systems Pro X 950. 

Das Bauvolumen der DLP-Drucker beschränkt sich im Vergleich auf ein Bauvolumen von 450 x 371 x 399 mm im EnvisionTEC Xtrem 8K sowie 400 x 330 x 500 mm im Modell DM400A von Carima.

Der Form 3L verfügt über ein großes Bauvolumen. (Quelle: Formlabs)

Nachbearbeitung

Bei allen 3D-Druck-Verfahren mit Resin ist eine Nachbearbeitung der Teile zwingend notwendig. Dies kommt daher, dass für den Druck der teilweise sehr feinen Modelle, Stützstrukturen notwendig sind, welche nach der Aushärtung entfernt werden müssen. Diese Nachbearbeitung kann sehr aufwendig sein und ist wohl einer der größten Nachteile der Technologie an sich. Unterschiede in der Nachbearbeitung ergeben sich dabei mehrheitlich aus dem verwendeten Material, sowohl im SLA- als auch im DLP-Verfahren. Neben dem Reinigen der Teile von flüssigem Harz mit Isopropylalkohol (IPA) oder Tripropylenglykolmonomethylether (TPM), umfasst die Nachbearbeitung auch das Trocknen, eventuelles Nachhärten, das Entfernen der Stützstrukturen sowie gegebenenfalls Schleifen, Grundieren und Lackieren der Teile.

Prinzipiell kann dabei festgehalten werden, dass die Nachbearbeitung im SLA- und DLP-Prozess nicht nur zeitaufwändig sein kann, sondern auch einen gewissen Grad an Expertise des Nutzers voraussetzt – beziehungsweise dieser Schritt von Spezialisten übernommen werden muss. Die Nachbearbeitung im 3D-Druck stellt häufig eine Herausforderung für Anwender dar, weshalb sich bereits einige Unternehmen darauf spezialisiert haben, diesen Prozessschritt zu optimieren bzw. zu automatisieren.

Das Entfernen der Stützstruktur in der Nachbearbeitung kann viel Zeit in Anspruch nehmen.

Anwendung

Was die Anwendung betrifft, so werden sowohl die SLA- als auch die DLP-Technologie in den selben beziehungsweise in ähnlichen Branchen eingesetzt. Der Harz-3D-Druck eignet sich insbesondere für die Schmuck- und Dentalindustrie. Formlabs bietet zum Beispiel verschiedene Harze für medizinische Fachkräfte an. Viele Unternehmen verwenden diese, um unterschiedliche Arten von medizinischen Applikationen, wie z. B. chirurgische Implantate, zu erstellen. Aufgrund der großen Vielfalt an verfügbaren Materialien ist der Harz-3D-Druck aber auch in anderen Branchen beliebt. Ob für den Prototypenbau, zur Herstellung von Spritzgussformen oder zur Fertigung von Endteilen für die Luft- und Raumfahrt, es gibt vielfach bereits lichtempfindliche Spezialharze.

Die wichtigsten Hersteller

Im Laufe der Zeit haben sich einige 3D-Druckerhersteller der SLA-Technologie zugewandt. Einer der wichtigsten Hersteller ist jedoch nach wie vor 3D Systems – das Unternehmen, welches vom Erfinder Charles Hull gegründet wurde. Im Laufe der Zeit sind aber auch andere Unternehmen entstanden. Formlabs beispielsweise konnte sich zum Marktführer für SLA-3D-Drucker etablieren. Neben den SLA-Maschinen selbst, bietet das amerikanische Unternehmen auch Harze und andere Materialien an, wie z. B. das Castable Wax 40 Resin für den Dentalbereich. Zudem bietet DWS mit seiner XFAB-Druckerreihe Maschinen an, welche auf der Stereolithographie basieren.

Bei den DLP-3D-Druckern gilt die 2002 gegründete Firma EnvisionTEC als Pionier. Unternehmen wie B9 Creator und Asiga haben darauf folgend das DLP-Verfahren für die Entwicklung ihrer Drucker aufgegriffen. Es gibt aber auch Hersteller, welche das DLP-Verfahren genutzt haben, um daraus eine noch schnellere Technologie abzuleiten. Dazu gehört z. B. Carbon 3D mit der Digital Light Synthesis (DLS), bei welcher der Sauerstofffluss gesteuert werden kann, oder Photocentric mit dem Daylight Polymer Printing (DPP). Außerdem hat auch die französische Firma Prodways ein DLP-ähnliches Verfahren patentiert, die MOVINGLight-Technologie.

EnvisionTEC gilt als Pionier des DLP-Verfahrens im 3D-Druck (Quelle: EnvisionTEC) 

Preis

In den meisten Fällen sind DLP-Drucker günstiger als SLA-Drucker. Aber wie bei allen 3D-Druck-Verfahren ist es erforderlich, zwischen Desktop- und Industriedruckern zu unterscheiden.

Für SLA-Drucker der Einstiegsklasse ist das günstigste Gerät der Form 2 von Formlabs. Mit einem Druckvolumen von 145 x 145 x 175 cm hat der Form 2 eine Punktgenauigkeit von ca. 145 Mikrometern. Erhältlich ist dieser ab 2.400 US-Dollar, wobei die Maschine seit 2015 auf dem Markt ist, heute aber nur noch über die „Refurbished“ Plattform des Anbieters erworben werden kann. Der amerikanische Hersteller hat jedoch mittlerweile eine neue Serie auf den Markt gebracht, den Form 3 und den Form 3L.

Im Durchschnitt liegen die Preise für SLA-3D-Drucker zwischen 3.000 und 4.000 US-Dollar. Für Industriemaschinen schießen die Preise jedoch relativ schnell in die Höhe. So bietet beispielsweise 3D Systems SLA-Industrielösungen zu Preisen von bis zu 500.000 US-Dollar. Zu beachten ist, dass Maschinen, welche mit einem Top-Down-Laser ausgestattet sind, im Allgemeinen teurer sind.

Erschwinglicher sind die DLP-3D-Drucker definitiv und somit attraktiv für Einsteiger und Hobbynutzer des 3D-Drucks. Die Firma Anycubic vertreibt DLP-Geräte zu Preisen von rund 200 US-Dollar, wie zum Beispiel den Photon Zero-Drucker. Profimaschinen, welche unter anderem von EnvisionTEC für die Dental- und Schmuckindustrie angeboten werden, sind für rund 15.000 US-Dollar erhältlich. Aber auch hier variieren die Preise je nach Hersteller. Der Hersteller Asiga bietet professionelle Maschinen bereits ab 1.000 US-Dollar.

Ein Überblick der SLA und DLP Charakteristika (*Eigenschaften beziehen sich auf eine Desktop-Lösung)

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