FDM vs. SLS: Welches 3D-Druckverfahren ist das richtige?

Was ist FDM 3D-Druck?

FDM steht für Fused Deposition Modeling. Ebenfalls häufig verwendet wird die Bezeichnung FFF, kurz für Fused Filament Fabrication. Das Verfahren gehört zu den weltweit bekanntesten Methoden der additiven Fertigung und kommt sowohl bei Desktop-3D-Druckern als auch in professionellen industriellen Anlagen zum Einsatz.

Beim FDM-Druck befindet sich das Ausgangsmaterial normalerweise auf einer Filamentrolle. Das Kunststofffilament wird einem beheizten Druckkopf zugeführt und dort auf die notwendige Verarbeitungstemperatur gebracht.

Anschließend drückt die Düse den geschmolzenen Kunststoff gezielt auf eine Bauplattform. Der Druckkopf folgt dabei den zuvor vom Slicer berechneten Bahnen. Nachdem eine Schicht fertiggestellt wurde, beginnt die Herstellung der nächsten Schicht.

Auf diese Weise entsteht das gewünschte Bauteil Schicht für Schicht.

Typische Materialien für FDM

Eine der großen Stärken des FDM-Verfahrens ist die enorme Auswahl unterschiedlicher Filamente. Je nach eingesetztem Drucker können Materialien mit sehr unterschiedlichen mechanischen, thermischen und optischen Eigenschaften verarbeitet werden.

• PLA
• PETG
• ABS
• ASA
• TPU
• Polyamid beziehungsweise Nylon
• Polycarbonat
• glasfaserverstärkte Kunststoffe
• kohlenstofffaserverstärkte Kunststoffe
• technische Hochleistungskunststoffe

Dadurch lässt sich ein FDM-Druck sehr genau auf den jeweiligen Einsatzzweck abstimmen. Für ein einfaches Anschauungsmodell gelten beispielsweise ganz andere Anforderungen als für eine mechanisch belastete Maschinenhalterung.

Was ist SLS 3D-Druck?

SLS steht für Selective Laser Sintering, auf Deutsch selektives Lasersintern. Im Gegensatz zum FDM-Druck kommt hierbei kein Filament zum Einsatz. Das Ausgangsmaterial liegt in Form eines feinen Pulvers vor.

Während des Druckprozesses wird zunächst eine dünne Schicht Kunststoffpulver gleichmäßig im Bauraum verteilt. Ein Laser fährt anschließend gezielt über die Bereiche, aus denen das spätere Bauteil entstehen soll.

Durch die Wärmeeinwirkung verbinden sich die Pulverpartikel miteinander. Anschließend wird eine weitere dünne Pulverschicht aufgetragen und ebenfalls selektiv bearbeitet.

Dieser Prozess wird so lange wiederholt, bis das komplette Bauteil innerhalb des Pulverbetts entstanden ist.

Typische Materialien für SLS

Beim SLS-Druck werden häufig technische Kunststoffe eingesetzt. Besonders verbreitet sind Polyamide.

• PA12
• PA11
• TPU
• glasgefüllte Polyamide
• mineralgefüllte Kunststoffe
• spezielle technische Polymerpulver

Insbesondere PA12 wird häufig für funktionale Bauteile verwendet. Das Material bietet eine interessante Kombination aus Festigkeit, Zähigkeit, geringem Gewicht und guter chemischer Beständigkeit.

FDM vs. SLS: Die wichtigsten Unterschiede im Vergleich

Obwohl sowohl FDM als auch SLS zu den additiven Fertigungsverfahren gehören, unterscheidet sich der eigentliche Herstellungsprozess grundlegend.

Beim FDM-Verfahren wird Material gezielt aus einer Düse aufgetragen. Beim SLS-Verfahren entsteht das Bauteil dagegen innerhalb eines Pulverbetts.

Dieser Unterschied beeinflusst die Gestaltungsmöglichkeiten, die Nachbearbeitung, die mechanischen Eigenschaften und die Wirtschaftlichkeit der Produktion.

Stützstrukturen bei FDM und SLS

Einer der wichtigsten Unterschiede zwischen FDM und SLS betrifft die Herstellung komplexer Geometrien.

Ein FDM-Drucker trägt den Kunststoff Schicht für Schicht auf. Bestimmte Bereiche eines Bauteils können deshalb nicht ohne zusätzliche Unterstützung in der Luft gedruckt werden.

Bei starken Überhängen werden häufig sogenannte Supportstrukturen benötigt. Diese werden zusätzlich zum eigentlichen Bauteil gedruckt und nach Abschluss des Druckvorgangs wieder entfernt.

Das verursacht zusätzlichen Materialverbrauch und kann die Nachbearbeitung verlängern. An den Kontaktflächen können außerdem Spuren des Supports zurückbleiben.

Beim SLS-Verfahren sieht die Situation anders aus. Das Bauteil befindet sich vollständig innerhalb des Pulverbetts. Das umliegende, nicht gesinterte Pulver unterstützt die entstehenden Strukturen während des Druckprozesses.

Separate Supportstrukturen sind deshalb normalerweise nicht notwendig.

Besonders bei komplexen Bauteilen ist das ein erheblicher Vorteil.

Welche Technologie bietet mehr geometrische Freiheit?

Für sehr komplexe Geometrien ist SLS häufig besonders interessant. Konstruktionen können gefertigt werden, die sich mit klassischen Fertigungsverfahren nur mit erheblichem Aufwand herstellen lassen.

Möglich sind beispielsweise komplexe Gitterstrukturen, Hinterschneidungen, ineinandergreifende Komponenten und zahlreiche organisch geformte Bauteile.

Auch beim FDM-Druck lassen sich komplexe Konstruktionen herstellen. Allerdings müssen Überhänge, Brücken und Stützstrukturen bereits während der Konstruktion berücksichtigt werden.

Durch eine geeignete Bauteilorientierung lässt sich der Supportbedarf häufig deutlich reduzieren. Trotzdem besitzt SLS in diesem Bereich in vielen Fällen einen Vorteil.

Oberflächenqualität: FDM oder SLS?

Die gewünschte Oberfläche ist ein weiteres wichtiges Entscheidungskriterium beim Vergleich FDM vs. SLS.

Beim FDM-Druck entstehen durch den schichtweisen Materialauftrag charakteristische Linien. Wie deutlich diese sichtbar sind, hängt unter anderem von der verwendeten Schichthöhe, der Düsengröße, der Druckgeschwindigkeit, dem Material und der Bauteilorientierung ab.

Mit einer geringen Schichthöhe und optimierten Druckparametern lassen sich hochwertige Oberflächen erzielen. Die typische Schichtstruktur kann jedoch weiterhin erkennbar sein.

SLS-Bauteile besitzen meist eine gleichmäßigere, leicht raue oder körnige Oberfläche. Deutliche horizontale Schichtlinien fallen optisch häufig weniger stark auf.

Beide Verfahren ermöglichen zusätzliche Nachbearbeitung.

• Schleifen
• Strahlen
• Lackieren
• Polieren
• Färben
• Versiegeln
• Beschichten

Welches Verfahren die bessere Oberfläche liefert, hängt deshalb auch davon ab, welche Nachbearbeitung vorgesehen ist.

Mechanische Eigenschaften von FDM und SLS

Besonders bei funktionalen Bauteilen spielt die mechanische Belastbarkeit eine zentrale Rolle.

FDM-Bauteile bestehen aus vielen einzelnen extrudierten Materialbahnen. Zwischen den einzelnen Schichten entstehen Verbindungsbereiche. Die Belastbarkeit kann deshalb abhängig von der Bauteilorientierung unterschiedlich ausfallen.

Die Konstruktion und Ausrichtung des Bauteils während des Drucks sind daher wichtige Faktoren.

Das bedeutet jedoch nicht, dass FDM-Bauteile grundsätzlich instabil sind. Mit geeigneten Materialien, optimierten Temperaturen, sinnvoller Bauteilorientierung und angepassten Wandstärken können sehr belastbare Funktionsteile hergestellt werden.

SLS-Bauteile besitzen häufig gleichmäßigere mechanische Eigenschaften. Das kann insbesondere bei Bauteilen interessant sein, die aus unterschiedlichen Richtungen belastet werden.

Entscheidend sind letztendlich immer Material, Bauteilgeometrie und konkrete Belastung.

Materialauswahl beim FDM-Druck

Die Materialauswahl zählt zu den größten Vorteilen von FDM. Für nahezu jeden typischen Anwendungsfall stehen entsprechende Filamente zur Verfügung.

PLA

PLA lässt sich vergleichsweise einfach verarbeiten und eignet sich hervorragend für Modelle, Anschauungsobjekte und frühe Prototypen.

PETG

PETG bietet eine interessante Kombination aus Zähigkeit, einfacher Verarbeitung und chemischer Beständigkeit. Dadurch eignet es sich für zahlreiche technische Anwendungen.

ABS und ASA

ABS wird seit vielen Jahren für technische Kunststoffteile verwendet. ASA besitzt ähnliche Eigenschaften und bietet zusätzlich eine gute Widerstandsfähigkeit gegen Witterung und UV-Strahlung.

TPU

TPU ist ein flexibles Material und eignet sich beispielsweise für elastische Bauteile, Schutzkomponenten, Dämpfungselemente und flexible Verbindungen.

Nylon

Nylon beziehungsweise Polyamid kann aufgrund seiner Zähigkeit und Belastbarkeit für zahlreiche mechanische Komponenten eingesetzt werden.

Faserverstärkte Filamente

Für anspruchsvolle Anwendungen gibt es Filamente mit Glasfasern oder Kohlenstofffasern. Sie können die Steifigkeit des Materials deutlich erhöhen und sind insbesondere für technische Bauteile interessant.

Materialauswahl beim SLS-Druck

Beim SLS-Druck ist die Auswahl typischerweise konzentrierter als beim FDM-Verfahren. Dafür stehen bewährte technische Werkstoffe zur Verfügung.

Besonders verbreitet ist PA12. Das Material wird für Gehäuse, Verbindungselemente, funktionale Prototypen und zahlreiche andere technische Komponenten verwendet.

PA11 bietet ebenfalls interessante mechanische Eigenschaften und kann je nach Anwendung eine Alternative zu PA12 darstellen.

Zusätzlich gibt es flexible Pulverwerkstoffe wie TPU sowie gefüllte Materialien für spezielle technische Anforderungen.

FDM vs. SLS bei der Maßhaltigkeit

Für technische Bauteile ist die Maßhaltigkeit häufig wichtiger als die reine Optik.

Moderne professionelle FDM-Systeme können sehr präzise Bauteile produzieren. Faktoren wie Materialschrumpfung, Bauteilorientierung, Kühlung, Drucktemperatur und Maschineneinstellungen beeinflussen jedoch das Ergebnis.

Auch beim SLS-Verfahren müssen thermische Einflüsse berücksichtigt werden. Die erreichbare Genauigkeit hängt von Maschine, Werkstoff, Bauteilgeometrie und Prozessführung ab.

Es wäre deshalb zu einfach, einem der beiden Verfahren grundsätzlich eine höhere Genauigkeit zuzusprechen.

Für ein konkretes Projekt sollten immer die geforderten Toleranzen mit den Möglichkeiten der jeweiligen Fertigungsanlage verglichen werden.

Produktionsgeschwindigkeit bei FDM und SLS

Die reine Druckgeschwindigkeit ist nur ein Teil der tatsächlichen Produktionszeit.

Beim FDM-Druck muss der Druckkopf die einzelnen Bereiche eines Bauteils nacheinander abfahren. Größere Objekte, hohe Füllgrade und feine Schichthöhen können die Druckzeit deutlich erhöhen.

Mehrere FDM-Drucker können allerdings gleichzeitig produzieren. Genau dieses Prinzip wird bei sogenannten Print Farms genutzt.

Beim SLS-Verfahren kann der komplette Bauraum genutzt werden. Bauteile lassen sich nicht nur nebeneinander, sondern abhängig von der Konstruktion auch in unterschiedlichen Ebenen innerhalb des Pulverbetts anordnen.

Dadurch kann ein SLS-Bauraum viele einzelne Teile enthalten.

Nach dem eigentlichen Druckprozess müssen allerdings zusätzliche Prozessschritte berücksichtigt werden. Dazu gehören unter anderem das Abkühlen des Bauraums, das Auspacken der Teile und das Entfernen des überschüssigen Pulvers.

Kosten: Ist FDM oder SLS günstiger?

Die Kostenfrage lässt sich nicht mit einer einzigen Antwort lösen.

Für einzelne Prototypen und einfache Bauteile ist FDM häufig sehr wirtschaftlich. Die Anlagen sind vergleichsweise einfach aufgebaut und das Ausgangsmaterial lässt sich unkompliziert lagern und wechseln.

Außerdem wird im Wesentlichen nur das Material für das eigentliche Bauteil, den Infill und eventuell benötigte Supportstrukturen verarbeitet.

SLS-Anlagen sind technisch aufwendiger. Pulvermanagement, Temperaturkontrolle und Lasertechnik erhöhen den Aufwand der Produktion.

Bei größeren Stückzahlen kann SLS trotzdem wirtschaftlich interessant werden. Entscheidend ist die Auslastung des verfügbaren Bauraums.

Werden viele kleine Teile gleichzeitig produziert, verteilen sich bestimmte Prozesskosten auf eine größere Anzahl von Bauteilen.

Nachbearbeitung beim FDM-Druck

Nach dem FDM-Druck können je nach Anwendung weitere Arbeitsschritte notwendig sein.

Besonders häufig müssen zunächst die Supportstrukturen entfernt werden. Bei einfachen Funktionsbauteilen kann das bereits ausreichen.

Für optisch hochwertige Bauteile sind weitere Bearbeitungsmethoden möglich.

• Schleifen
• Spachteln
• Grundieren
• Lackieren
• Bohren
• Gewindeschneiden
• Kleben
• Glätten

Wie groß der Aufwand ausfällt, hängt stark von der gewünschten Oberflächenqualität ab.

Nachbearbeitung beim SLS-Druck

Auch ein SLS-Bauteil ist nach dem eigentlichen Druckprozess noch nicht automatisch fertig.

Zunächst wird das Bauteil aus dem Pulverbett entnommen. Anschließend muss überschüssiges Pulver entfernt werden.

Je nach Produktionsumgebung kommen dafür beispielsweise Druckluft und Strahlsysteme zum Einsatz.

Danach können weitere Bearbeitungsschritte folgen, beispielsweise Färben, Polieren, Lackieren oder Versiegeln.

Ein wichtiger Vorteil ist, dass normalerweise keine klassischen Supportstrukturen vom Bauteil entfernt werden müssen.

FDM für Prototypen

FDM gehört zu den besonders interessanten Technologien für schnelle Prototypen.

Ein digitales Modell kann konstruiert, gesliced und direkt produziert werden. Nach dem ersten Test lässt sich das CAD-Modell verändern und eine neue Version herstellen.

Dadurch können Entwicklungszyklen erheblich beschleunigt werden.

Typische Anwendungen sind:

• Gehäuse
• Halterungen
• Montagehilfen
• Designmodelle
• Funktionsprototypen
• Schablonen
• Vorrichtungen
• Ersatzteile

Gerade in frühen Entwicklungsphasen können zunächst mehrere Varianten getestet werden, bevor eine aufwendigere Produktion beginnt.

SLS für funktionale Prototypen

SLS ist besonders interessant, wenn ein Prototyp nicht nur die Form eines späteren Bauteils darstellen, sondern bereits funktionale Eigenschaften besitzen soll.

Polyamidwerkstoffe ermöglichen robuste Bauteile, die für zahlreiche mechanische Tests eingesetzt werden können.

Außerdem können komplizierte Bauteile teilweise ohne separate Montage einzelner Komponenten gefertigt werden.

Typische Einsatzgebiete sind:

• mechanisch belastete Prototypen
• Schnappverbindungen
• technische Gehäuse
• komplexe Luftführungen
• bewegliche Konstruktionen
• technische Funktionsteile
• kleine Serien

FDM oder SLS für Kleinserien?

Beide Verfahren können für Kleinserien eingesetzt werden.

Bei FDM kann eine größere Anzahl einzelner Drucker parallel arbeiten. Dieses Prinzip ermöglicht eine hohe Flexibilität, da einzelne Maschinen unabhängig voneinander produzieren können.

Bei SLS wird dagegen versucht, den verfügbaren Bauraum möglichst effizient mit Bauteilen zu füllen.

Besonders bei kleineren und geometrisch komplexen Komponenten kann diese Bauraumnutzung interessant sein.

Die wirtschaftlichste Lösung hängt deshalb von Stückzahl, Bauteilvolumen, Material, Produktionszeit und Nachbearbeitung ab.

Wann ist FDM die bessere Wahl?

FDM 3D-Druck bietet sich besonders an, wenn eine hohe Flexibilität und überschaubare Fertigungskosten wichtig sind.

Typische Einsatzbereiche sind:

• schnelle Prototypen
• Einzelanfertigungen
• Vorrichtungen
• Montagehilfen
• Ersatzteile
• Anschauungsmodelle
• Gehäuse
• große Bauteile mit geeigneter Geometrie
• individuelle Funktionsteile

Ein weiterer Vorteil besteht in der großen Auswahl unterschiedlicher Materialien. Dadurch lassen sich Eigenschaften wie Flexibilität, UV-Beständigkeit, Temperaturbeständigkeit oder Steifigkeit gezielt beeinflussen.

Wann ist SLS die bessere Wahl?

SLS spielt seine Stärken insbesondere bei komplexen Geometrien und funktionalen Bauteilen aus.

Typische Anwendungen sind:

• komplexe technische Komponenten
• Kleinserien
• Bauteile mit Hinterschneidungen
• funktionale Prototypen
• Schnappmechanismen
• bewegliche Konstruktionen
• leichte und komplexe Strukturen
• technische Gehäuse

Insbesondere der Wegfall separater Supportstrukturen ermöglicht Konstruktionen, die bei anderen additiven Verfahren erheblich mehr Nacharbeit verursachen können.

FDM oder SLS für Ersatzteile?

Sowohl FDM als auch SLS eignen sich für die Herstellung von Ersatzteilen.

FDM ist häufig eine interessante Lösung für Abdeckungen, Halter, Clips, Adapter, Montagekomponenten und andere vergleichsweise einfache Bauteile.

SLS kann seine Vorteile bei geometrisch anspruchsvolleren Ersatzteilen ausspielen.

Additive Fertigung ermöglicht außerdem eine digitale Ersatzteillagerung. Anstatt jedes Bauteil dauerhaft physisch zu lagern, kann die entsprechende 3D-Datei gespeichert und das Ersatzteil bei Bedarf produziert werden.

Gerade bei selten benötigten Komponenten kann dieses Konzept interessant sein.

FDM und SLS gemeinsam in der Produktentwicklung

Die Entscheidung muss nicht grundsätzlich zwischen FDM oder SLS fallen. Beide Technologien können innerhalb eines Entwicklungsprojekts unterschiedliche Aufgaben übernehmen.

In einer frühen Entwicklungsphase können beispielsweise kostengünstige FDM-Prototypen hergestellt werden. Damit lassen sich Form, Einbauraum, Ergonomie und grundlegende Abmessungen überprüfen.

Anschließend kann das Design angepasst werden.

Für spätere Funktionsprüfungen kann SLS zum Einsatz kommen, wenn komplexere Geometrien oder bestimmte Materialeigenschaften gefragt sind.

Auch eine Vorserie lässt sich abhängig vom Bauteil additiv herstellen.

Bei sehr hohen Stückzahlen kann anschließend geprüft werden, ob ein klassisches Fertigungsverfahren wie Spritzguss wirtschaftlicher ist.

Konstruktion für FDM und SLS

Die Qualität eines 3D-Druckteils hängt nicht ausschließlich vom Drucker ab. Eine für das jeweilige Verfahren geeignete Konstruktion ist mindestens genauso wichtig.

Konstruktion für FDM

Beim FDM-Druck sollten unter anderem Bauteilorientierung, Wandstärken, Überhänge, Brücken und Supportbereiche berücksichtigt werden.

Auch die spätere Belastungsrichtung kann Einfluss auf die optimale Druckorientierung haben.

Konstruktion für SLS

SLS bietet größere geometrische Freiheit, besitzt aber ebenfalls konstruktive Grenzen.

Bei Hohlräumen muss beispielsweise berücksichtigt werden, wie überschüssiges Pulver nach dem Druck wieder entfernt werden kann.

Auch Mindestwandstärken, Spaltmaße und sehr feine Strukturen müssen an den jeweiligen Fertigungsprozess angepasst werden.

Eine auf additive Fertigung abgestimmte Konstruktion kann deshalb erheblichen Einfluss auf Qualität und Kosten haben.

Nachhaltigkeit von FDM und SLS

Auch der Ressourcenverbrauch kann bei der Wahl eines Fertigungsverfahrens eine Rolle spielen.

Beim FDM-Verfahren wird Material hauptsächlich für das Bauteil selbst, den Infill und eventuell benötigte Supportstrukturen eingesetzt.

Ausschuss, Testdrucke und Supports verursachen zusätzliches Material.

Beim SLS-Verfahren bleibt nach einem Druckprozess ungesintertes Pulver im Bauraum zurück. Je nach Material und Fertigungsprozess kann ein Teil davon erneut genutzt werden.

Eine seriöse Bewertung der Nachhaltigkeit sollte deshalb nicht nur den Materialverbrauch während des Drucks betrachten.

Weitere Faktoren sind:

• Energiebedarf
• Materialherstellung
• Auslastung der Maschine
• Ausschuss
• Transportwege
• Lebensdauer des Bauteils
• Bauteilgewicht
• Recyclingmöglichkeiten

Fazit: FDM vs. SLS, welches Verfahren ist besser?

Beim Vergleich FDM vs. SLS gibt es keinen pauschalen Gewinner. Beide Verfahren besitzen unterschiedliche Stärken und eignen sich für unterschiedliche Anwendungen.

FDM bietet eine besonders große Materialauswahl, hohe Flexibilität und vergleichsweise niedrige Einstiegshürden. Das Verfahren eignet sich hervorragend für Prototypen, Ersatzteile, Montagehilfen, Vorrichtungen und zahlreiche funktionale Einzelteile.

SLS bietet dagegen eine sehr hohe geometrische Freiheit. Da normalerweise keine zusätzlichen Stützstrukturen notwendig sind, können komplexe Bauteile effizient hergestellt werden. Das Verfahren eignet sich deshalb besonders für anspruchsvolle Funktionsteile und Kleinserien.

Die entscheidende Frage lautet deshalb nicht einfach, ob FDM oder SLS besser ist.

Viel wichtiger ist die Frage, welches Verfahren für das konkrete Bauteil besser geeignet ist.

Material, Geometrie, Stückzahl, mechanische Anforderungen, gewünschte Oberfläche, Produktionszeit und Budget sollten gemeinsam bewertet werden.

In vielen Projekten können sich beide Technologien sogar sinnvoll ergänzen. FDM kann beispielsweise für schnelle Entwicklungsprototypen genutzt werden, während SLS später komplexe Funktionsteile oder Kleinserien übernimmt.