Seit einigen Jahren drucke ich nun schon Filament in mehr oder weniger interessanten oder nutzbaren Formen aus. Vom Prinzip her, ist das dafür verwendete FDM-Verfahren (Fused Deposition Modelling) mit einer präzise geführten Heißklebepistole zu vergleichen. Ein festes Strangmaterial wird aufgeschmolzen und in einen dünnen teigigen Materialfluss gebracht. Dieses Material wird nun Schicht für Schicht in Linienabschnitten so abgelegt, dass die gewünschte Form entsteht. Aber FDM ist nicht das einzige und vor allem nicht das erste bekannte Verfahren im 3D-Druck. Ich will hier mal etwas auf SLA eingehen.
SLA bedeutet stereolithography apparatus und wurde 1984 von Chuck Hall (3D Systems) patentiert. Die Idee hinter dieser ersten additiven Fertigungstechnik war die Härtung eines Photopolymers per gesteuertem Laserstrahl. Der Laser folgt ähnlich dem FDM-Verfahren einem Programm, dessen Daten aus einem 3D-CAD-Modell entspringen.
Erst im Jahr 1988 gelang Scott Crump mit FDM ein ähnliches Fertigungsverfahren. Er gründete übrigens Stratasys. Lange Zeit blieb das FDM-Verfahren wirtschaftlich interessanter, weil günstiger.
Da es aufwändig war, einen Laser so hochpräzise zu steuern und gleichzeitig die Videoindustrie die DLP-Projektoren im Markt etablierte, wurde eine Variante des SLA-Drucks entwickelt. Jetzt belichtete nicht mehr ein Laser das Harz zur Aushärtung, sondern ein DLP-Beamer erledigte das. Angesichts der immer noch erheblichen Preise allein für DLP-Beamer blieb das Verfahren dem Heimanwender immer noch lange verschlossen.
FDM konnte in der Zwischenzeit durch Weiterentwicklung und auch durch Wegfall einiger Patente seinen Siegeszug im Privatbereich antreten. Viele von uns kennen aber auch hier die Preisentwicklung, die vor einigen Jahren noch einen Druckerbausatz für 1000€ bereithielt und heute schon für 100€ ein Gerät, das prinzipiell 3D-Druck beherrscht, hervorbringt. Ich rede hier nicht vom Thema Qualität und Präzision.
Gerade aber die Präzision ist es aber, die den SLA-Druck so interessant macht. Die vielen Einflussparameter der FDM-Technik, die beim Düsendurchmesser anfangen und bei den Antriebsriemen lang nicht aufhören, setzen dem FDM-Drucker gewisse Grenzen. Der SLA-Drucker adaptiert währenddessen viele Entwicklungen im Markt um seine Präzision quasi im Vorübergehen zu verbessern. Mittlerweile sind wir selbst im ambitionierten Hobbybereich bei 4k-Auflösungen bei knapp 9 Zoll Druckflächendiagonale angekommen. Die Auflösung liegt dadurch bei 0,05mm in X und Y – Richtung. Da wird es dann für den FDM-Drucker schwierig.
Ein weiterer Vorteil stellt sich bei den SLA-Druckern mittlerweile aufgrund der Displaytechnik dar. Egal, wie groß das Modell in XY-Ausrichtung ist, eine Schicht wird in 3 Sekunden erstellt, – bei einer Schichtdicke von 0,01 – 0,15mm Dicke. Daran ist maßgeblich eine Folgeentwicklung der SLA-DLP-Technik schuld. Mittlerweile wird die Belichtung des Harzes durch eine möglichst homogene LED-Lichtquelle erwirkt. Die Maskierung der Lichtquelle, um genau die gewünschten Stellen zu belichten, erfolgt über ein LCD-Display. Aber selbst da gab es vor kurzer Zeit einen Technologiesprung neben der sowieso schon immer höheren Auflösung: Monochrom-LCD-Displays. Was ist daran nun so besonderes? Farb-LCDs lassen leider nur wenig Licht passieren. Monochrome Displays, die nur eine Farbe kennen, nämlich Schwarz, lassen Licht wesentlich besser passieren. Es sei denn, es wird genau durch ein schwarzes Pixel verhindert. Die Belichtungszeit pro Schicht konnte dadurch von 8 Sekunden auf 2 – 3 Sekunden gedrückt werden.
Der ganze Vorgang mal im Überblick: Eine Wanne wird mit Harz gefüllt. Die Unterseite der Wanne ist transparent. Im Fuß des SLA-Druckers ist eine Lichtquelle verbaut, die über die Druckfläche hinweg ein möglichst homogenes Licht erzeugt. Damit aber nicht die gesamte Unterseite der Wanne beleuchtet wird, liegt ein LCD-Display (ich weiß, „Display“ ist doppelt, schreibt aber jeder so) zwischen Lichtquelle und Wanne. In die Wanne taucht die Druckplattform ein und stoppt etwa 0,01mm über der Folie, die den transparenten Boden der Wanne bildet. Zwischen Druckplatte und Wannenboden ist Harz. Genau diese dünne Schicht wird jetzt gezielt (LCD) belichtet. Da wo das LCD durchlässig ist und Licht hinkommt, härtet das Harz aus. Jetzt fährt die Druckplatte hoch, Harz fließt nach und die Druckplatte senkt sich wieder ab. Diesmal stoppt sie bei 0,01mm zwischen der ausgehärteten Schicht und dem Wannenboden. Belichtung und weiter so.
Man darf dabei aber nicht vergessen, dass die SLA-Technik auch erhebliche Nachteile mit sich bringt. Die Verbrauchsmaterialien strömen giftige Dämpfe aus, das gilt sowohl für das Resin, wie das Harz auch genannt wird, als auch für das Reinigungmittel (Alkohol in hochprozentiger Form, IPA, Brennspiritus, BioEthanol, angeblich auch Meister Proper). Wohnzimmergeeignet ist ein SLA-Drucker auf keinen Fall. Es ist zwar in den letzten Monaten deutlich verbessert worden, trotzdem ist effektives Lüften unerlässlich. Inwieweit wasserwaschbare Harze da Verbesserungen bringen, kann ich noch nicht beurteilen. Aufgrund der Aggressivität der Materialien ist Schutzausstattung unbedingt erforderlich: Schutzbrille, Handschuhe und eine gute Lackiereratemmaske sind das Minimum. Das Hantieren mit den Stoffen bedingt zudem zusätzliche Einrichtungen wie Filter, Tücher etc.. Konstruktion, Druckvorbereitung und Slicen funktionieren über andere Tools als beim FDM-Druck und bedingen eine teilweise abweichende Herangehensweise.
Der Lohn der Anstrengungen ist aber eben nicht zu verachten. Präzise feste Modelle bei denen nahezu keine Nacharbeit notwendig ist. Filigrane Strukturen, die bei FDM undenkbar wären, sind bei SLA kein Problem.
Die Auswahl des SLA-Druckers für den Heimbereich richtet sich nach Anforderung und Geldbeutel. Am Tag der Entstehung dieses Artikels listete Amazon den elegoo mars schon für 161 Euro. Für den Einstieg in diese Drucktechnik ein Schnäppchen, aber eben auch nur ein zeitlich befristetes.
Aus der elegoo Mars Reihe stellt der Mars Pro 2 Mono momentan die Spitze dar.
Er hat schon das Monochrome Display, was die Belichtungszeiten verkürzt. Beide Drucker habe eine 6 Zoll Diagonale und ermöglichen damit Drucke von 130mm x 80mm x 160mm.
elegoo hatte auch bereits einen Drucker mit größerem Druckraum angekündigt, der aber aktuell nirgends zu bekommen ist: Der elegoo Saturn. Der käme dann mit einem 8,9 Zoll Monochrom Display.
In direkter Konkurrenz dazu steht der anycubic Photon Mono X. Er hat sowohl das Monochromdisplay als auch das 4k-Display in 8,9 Zoll. Damit sind dann Drucke in 192mm x 120mm x 250mm möglich.
Auch hier nochmal die Klarstellung zu den Links: Als Amazon-Partner verdiene ich an qualifizierten Verkäufen. Andererseits bezahlt der Käufer aber keinen höheren Preis.
Den Photon gibt es natürlich auch in klein:
Die Bauraumgröße hat aber einen entscheidenden Einfluss auf die Nachbearbeitung. Es gibt Wash & Cure – Maschinen, die sowohl die Wäsche als auch die finale Aushärtung mit 405nm Licht des gerade geruckten Modells automatisieren. Diese Maschinen gibt es nur für die 6 Zoll Drucker, zumindest dann, wenn man die volle Bauraumgröße nutzen will oder aber das Modell samt Plattform in die Maschine hängen will, was wiederum erhebliche Vorteile im Handling mit sich bringt.
Grundsätzliche Alternative ist die Anschaffung eines Ultraschallreinigungsgerätes, für die großen Bauräume quasi alternativlos.
Da kommt dann aber noch eine Lampe zur Aushärtung dazu, die Licht mit 405nm aussendet und in etwa bei 30 – 40 Euro liegt. Für den Anfang tuts auch eine Lampe aus dem Nagelstudio. Das dort benutzte Gel härtet nämlich auch bei 405nm aus.
Statt Filament kommt beim SLA-Druck Harz zur Verwendung. Für die ersten Druckversuche empfehle ich das Harz des Druckerherstellers und angeblich soll das graue Harz das in der Anwendung einfachste sein.
Der Verbrauch richtet sich genau wie beim Filament nach dem Modell. Mehr kann man eigentlich nicht dazu sagen. Reste, die beim Druck in der Wanne zurückbleiben können über einen Filter in die Flasche zurückgefüllt werden. Ein bisschen Schwund gibt es hier natürlich.
Zum Schluss noch die Antwort auf die Frage, ob und welches Gerät ich denn nun gekauft habe …
Seit gestern steht bei mir ein anycubic Photon Mono X. Ich werde darüber schon bald berichten.