3D-Druckverfahren im Vergleich: FDM, Resin, SLS, MJF und Metalldruck einfach erklärt

FDM / FFF: Filamentdruck

Prinzip: Ein thermoplastischer Kunststofffaden (Filament, typisch 1,75 mm Durchmesser) wird durch eine beheizte Düse geführt, aufgeschmolzen und Schicht für Schicht auf eine Bauplattform aufgetragen. Die Düsentemperatur liegt je nach Material zwischen 180 und 300 °C, bei Hochleistungskunststoffen wie PEEK auch über 400 °C.

Materialien: Die Materialvielfalt ist der große Vorteil von FDM. Von einfachem PLA über PETG, ASA und TPU bis hin zu technischen Kunststoffen wie Nylon, Polycarbonat und carbonfaserverstärkten Filamenten ist fast alles verfügbar. Neue Hochleistungsmaterialien wie PPS-CF oder PEEK erweitern das Spektrum kontinuierlich in Richtung Industrie.

Genauigkeit: Typische Toleranzen liegen bei ±0,2 bis 0,5 mm. Schichthöhen von 0,1 bis 0,3 mm sind Standard. Die einzelnen Druckschichten sind bei FDM sichtbar, was zu einer leicht gerippten Oberfläche führt. Durch Nachbearbeitung (Schleifen, Grundieren) lässt sich das reduzieren.

Baugröße: FDM bietet unter allen Verfahren die größten Bauräume. Selbst im Desktop-Bereich sind Bauvolumen von 30 × 30 × 30 cm üblich, industrielle Systeme drucken Teile mit über einem Meter Kantenlänge.

Typische Anwendungen: Funktionsteile, Prototypen, Gehäuse, Halterungen, Ersatzteile, Vorrichtungen, Kleinserien, Modelle und kreative Projekte.

Einordnung: FDM ist das vielseitigste und am weitesten verbreitete 3D-Druckverfahren. Es deckt den breitesten Anwendungsbereich ab: von einfachen Modellen bis zu hochbelastbaren Funktionsteilen. Für die meisten Alltagsanwendungen, Ersatzteile und Kleinserien ist FDM die wirtschaftlichste Wahl.

Resin-Druck: SLA, DLP und MSLA

Prinzip: Ein flüssiges, lichtempfindliches Kunstharz (Resin) wird durch UV-Licht schichtweise ausgehärtet. Die drei Untervarianten unterscheiden sich darin, wie das Licht auf das Harz trifft:

• SLA (Stereolithografie): Ein UV-Laser zeichnet jede Schicht Punkt für Punkt nach. Das älteste 3D-Druckverfahren überhaupt (erfunden 1984 von Chuck Hull).
• DLP (Digital Light Processing): Ein Projektor belichtet die gesamte Schicht auf einmal. Dadurch schneller als SLA, besonders bei vielen kleinen Teilen gleichzeitig.
• MSLA (Masked SLA): Ein LCD-Bildschirm dient als Maske vor einer UV-LED-Fläche. Die günstigste und heute im Consumer-Bereich häufigste Resin-Variante.

Materialien: Standard-Resin, zähes (tough) Resin, flexibles Resin, hitzebeständiges Resin, gießfähiges Resin für Schmuckherstellung (Feinguss), zahnmedizinisches Resin und verschiedene Engineering-Resins mit verbesserten mechanischen Eigenschaften.

Genauigkeit: Resin-Drucker erreichen Schichthöhen von 0,025 bis 0,1 mm und Toleranzen von ±0,05 bis 0,15 mm. Die Oberflächenqualität ist deutlich glatter als bei FDM. Feine Details, scharfe Kanten und dünne Strukturen sind die große Stärke dieses Verfahrens.

Nachbearbeitung: Jeder Resin-Druck muss nach dem Drucken in Isopropanol (IPA) oder einer speziellen Reinigungsflüssigkeit gewaschen und anschließend unter UV-Licht nachgehärtet werden. Ohne diese Schritte sind die Teile nicht vollständig ausgehärtet und klebrig.

Sicherheit: Unausgehärtetes Resin ist hautreizend und sollte nicht eingeatmet werden. Handschuhe und eine gute Belüftung sind Pflicht. Ausgehärtete Teile sind unbedenklich.

Typische Anwendungen: Miniaturen, Figuren, Schmuckmodelle, Dentalmodelle, feinmechanische Prototypen, Modelle mit hohen Detailanforderungen, Gussformen.

Einordnung: Resin-Druck ist die erste Wahl, wenn es auf Oberflächenqualität und feine Details ankommt. Für mechanisch belastete Funktionsteile oder große Bauteile ist FDM in der Regel besser geeignet.

SLS: Selektives Lasersintern

Prinzip: Ein CO₂- oder Faserlaser schmilzt feines Kunststoffpulver schichtweise auf. Das umliegende, nicht verschmolzene Pulver stützt das Bauteil während des Drucks. Deshalb sind bei SLS keine Stützstrukturen nötig, was komplexe Geometrien und ineinander verschachtelte Bauteile ermöglicht.

Materialien: Überwiegend Polyamid (Nylon). PA12 ist der am häufigsten eingesetzte Werkstoff, gefolgt von PA11 (etwas zäher und flexibler). Auch glasgefülltes PA, TPU-Pulver und weitere Spezialwerkstoffe sind verfügbar.

Genauigkeit: Typische Schichthöhe 0,1 mm. Toleranzen liegen bei ±0,1 bis 0,3 mm. Die Oberfläche ist leicht körnig/porös (vom Pulver), aber deutlich gleichmäßiger als bei FDM. Durch Gleitschleifen, Färben oder Beschichten lässt sich die Oberfläche weiter verbessern.

Mechanische Eigenschaften: SLS-Teile aus Nylon sind nahezu isotrop, das heißt die Festigkeit ist in allen Richtungen ähnlich. Das ist ein wesentlicher Vorteil gegenüber FDM, wo Teile zwischen den Schichten schwächer sind. SLS-Nylonteile sind zäh, schlagfest und chemisch beständig.

Kosten: SLS-Maschinen beginnen im Desktop-Bereich bei ca. 15.000 bis 25.000 € (z. B. Formlabs Fuse 1, Sinterit Lisa). Industrielle Systeme kosten 100.000 € und mehr. Die Materialkosten pro Teil sind höher als bei FDM, aber das nicht verbrauchte Pulver kann teilweise wiederverwendet werden (Auffrischquote typisch 30 bis 50 % Neupulver).

Typische Anwendungen: Funktionsprototypen, Serienteile, Scharniere und Filmgelenke, komplexe Geometrien, Kleinserien für Endanwendungen, medizinische Hilfsmittel, Orthesen.

Einordnung: SLS schließt die Lücke zwischen Prototyping und Serienfertigung. Wer isotrope Nylon-Teile ohne Stützstrukturen braucht und bereit ist, mehr pro Teil zu investieren, bekommt mit SLS Ergebnisse, die FDM nicht liefern kann.

MJF: Multi Jet Fusion (HP)

Prinzip: MJF wurde von HP entwickelt und 2016 auf den Markt gebracht. Wie bei SLS wird ein Pulverbett verwendet, aber statt eines Lasers trägt ein Druckkopf (ähnlich einem Tintenstrahldrucker) zwei Mittel auf: einen Fusing Agent (Schmelzmittel) auf die Bauteilflächen und einen Detailing Agent (Kühlmittel) an die Konturen. Anschließend fährt eine Infrarotlampe über das Pulverbett. Der Fusing Agent absorbiert die Wärme und verschmilzt das Pulver, der Detailing Agent kühlt die Kanten für scharfe Konturen.

Materialien: PA12 (am häufigsten), PA11, PA12 mit Glasperlen (PA12 GB) für höhere Steifigkeit, und TPU für flexible Teile. Die Materialauswahl ist begrenzter als bei FDM oder SLS.

Genauigkeit: Toleranzen um ±0,2 mm. Die Oberflächenqualität ist gleichmäßig und etwas glatter als bei SLS. Die Teile sind von Natur aus dunkelgrau bis schwarz (durch den kohlenstoffhaltigen Fusing Agent) und können nachträglich eingefärbt werden.

Geschwindigkeit: Der größte Vorteil von MJF gegenüber SLS: Da der Druckkopf die gesamte Schicht in einem Durchgang bearbeitet (statt punkt für Punkt wie ein Laser), ist MJF bei vollen Bauräumen erheblich schneller. Das macht es besonders wirtschaftlich für mittlere bis hohe Stückzahlen.

Kosten: MJF-Maschinen (HP Jet Fusion 4200/5200 Serie) kosten ab ca. 250.000 € aufwärts. Für Einzelkunden ist MJF daher nur über Dienstleister zugänglich. Der Stückpreis pro Teil sinkt bei höheren Mengen deutlich und kann bei Serien unter dem SLS-Preis liegen.

Typische Anwendungen: Serienteile, funktionale Endprodukte, Gehäuse, Clips, Verbinder, Konsumgüter, medizinische Hilfsmittel, Kleinserien für die Industrie.

Einordnung: MJF ist dort stark, wo SLS an Geschwindigkeitsgrenzen stößt: bei mittleren Stückzahlen und vollen Bauräumen. Für Einzelstücke oder sehr kleine Mengen ist der Zugang über Dienstleister oft teurer als FDM oder SLS.

Metalldruck: SLM und DMLS

Prinzip: Beim selektiven Laserschmelzen (SLM) wird feines Metallpulver in einem Pulverbett Schicht für Schicht mit einem Hochleistungslaser vollständig aufgeschmolzen. DMLS (Direct Metal Laser Sintering) funktioniert nach dem gleichen Grundprinzip und wird in der Praxis oft synonym verwendet. Das Ergebnis sind vollständig dichte Metallbauteile mit Eigenschaften, die gegossenen oder geschmiedeten Teilen nahekommen.

Materialien: Edelstahl (316L, 17-4PH), Aluminium (AlSi10Mg), Titan (Ti6Al4V), Inconel, Werkzeugstahl, Kobalt-Chrom, Kupferlegierungen und Edelmetalle. Die Materialauswahl wächst stetig.

Genauigkeit: Toleranzen von ±0,05 bis 0,2 mm. Die Oberflächenqualität nach dem Druck ist rau (leicht körnig) und erfordert fast immer Nachbearbeitung: Stützstrukturen entfernen, Wärmebehandlung (Spannungsabbau), Oberfläche schleifen, fräsen oder strahlen.

Kosten: Metalldruck-Maschinen beginnen bei ca. 200.000 € und reichen bis über 1 Million €. Die Materialkosten sind hoch (Metallpulver ist teuer), und die Nachbearbeitung ist aufwändig. Pro Teil gehört SLM/DMLS zu den teuersten 3D-Druckverfahren. Wirtschaftlich wird es bei Bauteilen, die konventionell nicht oder nur schwer herstellbar sind.

Typische Anwendungen: Luftfahrtkomponenten, medizinische Implantate (Titan-Hüftgelenke, Wirbelsäulenimplantate), Werkzeugeinsätze mit konturnaher Kühlung, Turbinenschaufeln, Leichtbau-Strukturteile und hochspezialisierte Einzelteile.

Einordnung: Metalldruck ist kein Ersatz für konventionelle Fertigung, sondern eine Ergänzung für Bauteile, die anders nicht oder nur unwirtschaftlich herstellbar sind. Für die meisten Alltags- und Industrieanwendungen sind Kunststoffverfahren wie FDM oder SLS die wirtschaftlichere Wahl.

Welches Verfahren passt zu deinem Projekt?

Hier eine schnelle Orientierungshilfe:

• Du brauchst ein robustes Funktionsteil? FDM mit technischem Filament (PETG, Nylon, ASA)
• Du brauchst höchste Detailgenauigkeit? Resin (SLA/MSLA)
• Du brauchst komplexe Geometrien ohne Stützstrukturen? SLS
• Du brauchst 50 bis 500 identische Kunststoffteile? MJF oder SLS über einen Dienstleister
• Du brauchst ein Metallteil, das anders nicht herstellbar ist? SLM/DMLS über einen spezialisierten Dienstleister
• Du bist unsicher? Starte mit FDM. Es deckt den breitesten Anwendungsbereich ab und ist die wirtschaftlichste Option für die meisten Projekte.

Du hast ein Druckprojekt?

Wir drucken per FDM in verschiedenen Materialien. Beschreib uns dein Vorhaben und wir beraten dich, welches Material und Verfahren für dein Teil am besten passt.