Kosten von 3D-Drucken – Die verschiedenen Druckverfahren im Vergleich

Welche Unterschiede gibt es?

Beim 3D-Drucken, zusammengefasst auch additive Fertigungsverfahren genannt, wird zwischen unterschiedlichen Grundmethoden unterschieden. Zunächst kann eine Einteilung anhand des Rohmaterials der Drucker erfolgen.

FDM-3D-Druck (Fused Deposition Modeling)

Der günstigste 3D-Druck ist der filament-basierte 3D-Druck. Dabei wird ein Kunststoffdraht als Rohstoff für den Drucker verwendet. Der Draht aus thermoplastischem Kunststoff wird verflüssigt und durch eine Düse (Nozzle) extrudiert. Danach erkaltet er wieder an den Stellen, an denen Schicht für Schicht das Modell aufgebaut wird. Beim FDM-3D-Druck (deutsch: Schmelzschichtung) muss jede neu gedruckte Schicht zu einem gewissen Teil auf bereits gedruckten Schichten aufliegen. Deshalb benötigt man je nach Geometrie des Modells Stützmaterial (Support) um das Modell zu drucken.
Die Druckqualität ist begrenzt durch den Düsendurchmesser und in der Vertikalen durch die minimal mögliche Schichtdicke, die indirekt auch vom Düsendurchmesser abhängt. Das heißt im FDM-3D-Druck können nur Details wiedergegeben werden, die über dem Düsendurchmesser liegen.
Im Prinzip sind die einzelnen gedruckten Schichten eines FDM-3D-Drucks immer mit bloßem Auge zu sehen.
Da die Maschinen und Rohstoffe in Form von Filament-Rollen vergleichsweise günstig sind, können preiswert Modelle gedruckt werden, die dennoch je nach verwendetem Kunststoff sehr stabil sein können. Zu den Material-, Energie- und Maschinenkosten kommt noch Personalaufwand, was hier hauptsächlich das Einrichten des Drucks und die Entfernung von Support-Material beinhaltet.

Kunstharz-basierte 3D-Druck-Verfahren

3D-Drucker nach diesem Prinzip verwenden flüssiges Kunstharz, also Duroplaste, die im 3D-Drucker von einem Laser (SLA-3D-Drucker) oder einer anderen Lichtquelle, zum Beispiel einem DLP-Beamer (DLP-3D-Drucker) oder einem LED-Bildschirm durch Belichtung mit UV-Licht ausgehärtet werden.
Die Kunstharze, die in diesen 3D-Druckern Verwendung finden, sind um ein vielfaches teurer als die Filamente im FDM-3D-Druck.
Die Geräte sind außerdem deutlich teurer als FDM-3D-Drucker, was sich ebenfalls auf die Druckkosten auswirkt.
Vorteilhaft ist, dass deutlich weniger Support-Material nötig ist als bei FDM-3D-Druckern. Weil das Modell kopfüber im Kunstharz-Bad gedruckt wird schwebt das Modell nicht in der Luft und überhängende Teile eines Objekts können nicht durchhängen.
Im Gegenzug erreicht dieses 3D-Druckverfahren eine viel höhere Detailgenauigkeit. Das Objekt hat üblicherweise keine sichtbaren Schichten oder Stufen.
Es bietet sich für filigrane Objekte mit feinen Details an, die die Qualitätsgrenzen des FDM-3D-Drucks übersteigen.
Gegenüber dem FDM-3D-Druck sind die gedruckten Objekte nicht sofort komplett stabil, wenn sie aus dem Drucker genommen werden. Sie müssen nachbehandelt und mit UV-Licht gehärtet werden.
Man muss in kunstharz-basierenden 3D-Druck-Verfahren meistens mit den 4-5 fachen Kosten gegenüber normalen FDM-3D-Drucken rechnen.

Pulverbasierte 3D-Druck-Verfahren

Pulverbasierte 3D-Druckverfahren bieten die meisten geometrischen Freiheiten. Sie setzen wie das FDM-3D-Druck-Verfahren auf thermoplastische Kunststoffe, die verflüssigt werden können. Bei Kunstharz- und FDM-3D-Druckern müssen sämtliche gedruckten Objekte und Teile während des gesamten Druckprozesses immer eine Verbindung zu anderen Objekten oder zur Grundfläche haben. Der Pulverdruck hat diese Einschränkung nicht, weil er Schicht für Schicht nicht selektiv aufträgt, sondern immer eine komplette Lage Pulver aufträgt. Die Bereiche des Pulvers, die am Ende Teil der gedruckten Objekte sein sollen, werden entweder von einem Laser erhitzt und verflüssigt und somit mit ihrer direkten Umgebung verschmolzen, so entsteht am Ende ein zusammenhängendes Objekt (SLS: Selektives Laser Sintern) oder mit einem Druckkopf wird ein Bindemittel in das Pulver eingebracht, dass die Pulverpartikel verklebt (3DP-Verfahren). Die stabileren Drucke entstehen hier bei den Verfahren, die mit Lasern das Modell fertigen. Im Gegenzug kann im 3DP-Verfahren auch mehrfarbig gedruckt werden, indem Druckfarbe in das Modell eingebracht wird.
Die Maschinen, die mit Pulvern drucken, sind die teuersten am Markt der 3D-Drucker. Dazu verlangen viele Hersteller die Verwendung eines speziellen Pulvers, dass vorgegeben ist, analog zu den klassischen Tintenstrahl- und Laserdruckern.
Die leistungsfähigsten Maschinen können sogar Metallpulver schmelzen und massive Metallteile herstellen, man spricht dann vom SLM (Selective Laser Melting). Die Kosten für 3D-gedruckte Metallteile übersteigen die von Pulverdrucken mit Kunststoff noch um ein vielfaches.
Zwar muss beim Pulver-3D-Druck kein Support-Material entfernt werden, das überschüssige Pulver muss aber abgesaugt werden und die Einzelteile müssen von Pulverresten befreit werden. Je nach Verfahren muss das Modell mit Epoxidharz oder Metallen infiltriert werden, um ihm eine abschließende Festigkeit zu verleihen. Auch dies führt zu höheren Preisen als beim FDM-3D-Druck.

Wie hoch sind die Preise?

Übersicht

3D-Druckverfahren	Kosten	Detailgenauigkeit	Geometrische Freiheiten	Besonderheiten
FDM-3D-Druck	niedrig	++	++	Große Vielfalt an Materialien
Kunstharz-3D-Druck	hoch	+++++	++++	Genauestes 3D-Druckverfahren
Pulver-3D-Druck	mittel	++++	+++++	3D-Druck mit Metallen möglich

Und was ist jetzt die richtige Wahl?

Das sinnvollste 3D-Druckverfahren ist immer abhängig von den Anforderungen an und der Geometrie des gedruckten Teils. Deshalb kann man hier keine pauschale Antwort geben. Wir beraten Sie gern individuell zu ihren Teilen und empfehlen Ihnen das passende Verfahren. Im Vorfeld kann das zu druckende Teil aber auch bereits auf ein bestimmtes Druckverfahren hin optimiert werden. Dadurch können die Druckkosten gesenkt werden oder es kann auf ein günstigeres 3D-Druck-Verfahren zurückgegriffen werden.

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