Alles, was Sie über DLP® 3D-Druck wissen müssen

Auf einen Blick:
Beim 3D-Druck mit Digital Light Processing (DLP) wird projiziertes Licht zum Aushärten von Photopolymerharz verwendet, wodurch Teile mit ausgezeichneter Genauigkeit, glatter Oberflächenbeschaffenheit und funktionalen Materialeigenschaften hergestellt werden. Durch die Kombination von Geschwindigkeit, Zuverlässigkeit und breiter Materialkompatibilität schlägt DLP eine Brücke zwischen Prototyping und Produktion und liefert isotrope, leistungsstarke Teile für Anwendungen in den Bereichen Automobil, Luft- und Raumfahrt, Industrie, Medizin und Konsumgüter. Die programmierbare Photopolymerisation P3™ von Stratasys verbessert DLP durch eine Prozesssteuerung mit geschlossenem Regelkreis und ein patentiertes pneumatisches Trennsystem für außergewöhnliche Präzision, Wiederholbarkeit und Oberflächenqualität.  

DLP® ist eine Lichtprojektionstechnologie. Der DLP-3D-Druck wird verwendet, um hochpräzise Teile mit glatten Oberflächen herzustellen, wobei hochleistungsfähige Materialien zum Einsatz kommen, die den produzierten Teilen zusätzliche funktionale Eigenschaften verleihen.  

Dadurch eignet sich diese Technologie besonders gut für die Herstellung von Produktionsteilen – eine gute Alternative zum Spritzguss für die Fertigung kleiner Stückzahlen. 

Was ist DLP-Druck?

Der DLP-Druck ist eine harzbasierte 3D-Drucktechnologie, bei der ein Digital Light Processing (DLP)-Projektor zum Einsatz kommt, um flüssiges Photopolymerharz schnell auszuhärten und ganze Schichten gleichzeitig zu verfestigen, um 3D-Objekte zu erstellen.

Der digitale Lichtprojektor blitzt das Bild einer gesamten Schicht gleichzeitig auf und härtet das flüssige Photopolymerharz in einer einzigen Belichtung aus. Das Harz verfestigt sich schnell, wenn es bestimmten Wellenlängen des vom Projektor ausgestrahlten UV-Lichts ausgesetzt wird. Nachdem jede Schicht ausgehärtet ist, hebt sich die Bauplattform präzise an, sodass frisches Harz für den nächsten Querschnitt darunter fließen kann. Diese Vollschicht-Projektionsmethode ermöglicht im Vergleich zu anderen harzbasierten 3D-Drucktechnologien höhere Druckgeschwindigkeiten.

DLP ist eine digitale Methode zur Projektion von Licht, d. h. sie steuert einzelne Pixel auf dem Bildschirm: Farbe, Helligkeit und Kontrast. Im Kern verwendet DLP ein digitales Mikrospiegelgerät (DMD), um Licht auf die gewünschten Pixel zu reflektieren.  

Das DMD wurde 1987 von Texas Instruments entwickelt und besteht aus Tausenden von mikroskopisch kleinen Spiegeln. Zehn Jahre später nutzte Digital Projection diese Technologie, um den ersten DLP-Projektor zu entwickeln.  

Der Projektor kann jeden Spiegel einzeln steuern, um das Licht entweder auf die Leinwand oder weg (zu einem Strahlabscheider) zu reflektieren. Darüber hinaus können die Spiegel schnell ein- und ausgeschaltet werden, um die effektive Helligkeit der Farbe (oder Graustufe) zu reduzieren. 

Verwendung von DLP für den 3D-Druck

Bei DLP-Druckern ist der eigentliche DLP-Projektor nur eine Komponente (wenn auch eine wichtige) in einer komplexen 3D-Druckmaschine. DLP-3D-Drucker bestehen aus vier Hauptkomponenten: 

• Harzbehälter 
• Bauplattform 
• DLP-Lichtquelle 
• Membran/Trennmechanismus 

So interagieren sie miteinander, um ein 3D-Teil zu drucken:

1. Der Behälter enthält ein Photopolymerharz, also eine Art Kunststoff, der bei Lichteinwirkung aushärtet.

2. Eine flexible Membran am Boden des Behälters (unter der Bauplattform) dehnt sich nach unten aus, und eine dünne Schicht Harz fließt hinein.

3. Der DLP-Projektor härtet eine gesamte Schicht des 3D-gedruckten Teils auf einmal aus, indem er ein Bild dieser Schicht auf die Oberfläche des Harzes im Behälter projiziert.

4. Die Membran zieht sich nach oben zusammen, um sich mit der Bauplattform zu verbinden, und eine dünne Harzschicht zwischen der Membran und der Bauplattform wird ausgehärtet.

5. Die Bauplattform wird angehoben (sehr leicht, dies ist die Z-Achsen-Auflösung), damit mehr Harz darunter fließen kann. 

6. Die Schritte 2 bis 5 werden für jede Schicht wiederholt, bis das Teil fertiggestellt ist. 

Wo passt DLP in die Welt der additiven Fertigung?

Die additive Fertigung (AM) kann auf verschiedene Weise kategorisiert werden, aber am einfachsten ist es vielleicht, mit dem verwendeten Material zu beginnen. Grob vereinfacht lassen sich folgende Materialkategorien unterscheiden: 

• Metall 
• Kunststoffe/Polymere 
• Thermoplaste 
• Duroplaste, auch Photopolymere genannt 

Alle Kunststoffarten durchlaufen einen Wandel von einem eher flüssigen oder formbaren Zustand zu ihrem „Endzustand”. Der Hauptunterschied zwischen Thermoplasten und Duroplasten besteht in der Umkehrbarkeit dieses Wandels. Thermoplaste durchlaufen einen vollständig bidirektionalen Prozess, wenn sie aushärten oder in einen „dauerhaften” Zustand übergehen.  

Dieser Prozess kann umgekehrt werden, um das ursprüngliche Rohmaterial wiederherzustellen. Im Gegensatz dazu sind Duroplaste – wie der Name schon sagt – fest ausgehärtet. Sobald der Kunststoff ausgehärtet ist, kann er nicht mehr in seinen ursprünglichen Zustand zurückversetzt werden. 

Eine andere Betrachtungsweise ist, was passiert, wenn der ausgehärtete Kunststoff erhitzt wird: 

• Thermoplaste schmelzen (und können bei Bedarf wieder ausgehärtet werden)
• Duroplaste verbrennen (und kehren nicht in ihren ursprünglichen formbaren Zustand zurück). 

Jede additive Fertigungstechnologie funktioniert (in der Regel) nur mit einer einzigen Materialkategorie. 

Die ISO unterscheidet sieben Hauptgruppen von AM-Technologien: 

Aus dieser
Übersicht geht klar hervor, dass DLP am ehesten mit anderen Formen der Photopolymerisation in einem Behälter verwandt ist. Dennoch ist es sinnvoll, alle Formen des Polymer-3D-Drucks zu vergleichen, um zu sehen, wann DLP am besten geeignet ist und wann andere Verfahren vorzuziehen sind. 

Vorteile des DLP-3D-Drucks

Jede Methode der additiven Fertigung hat ihre Vor- und Nachteile, und DLP bildet da keine Ausnahme. Dennoch ist DLP möglicherweise die beste Allround-Technologie. Bei den meisten AM-Technologien gibt es einen klaren Kompromiss zwischen Ästhetik und Leistung.

Das Fused Deposition Modeling (FDM) beispielsweise zeichnet sich durch seine Festigkeit, Leistung und Haltbarkeit aus. Allerdings sind seine Genauigkeit und Oberflächengüte für bestimmte Endverbrauchsteile nicht ausreichend. PolyJet hingegen bietet eine Oberflächenbeschaffenheit, Textur und Farbe, die wirklich erstklassig sind.  

Allerdings halten die meisten PolyJet-Materialien den Belastungen des Alltags nicht stand. Jede dieser (und anderer) additiver Fertigungstechnologien eignet sich hervorragend für bestimmte Anwendungen und sollte natürlich in diesen Fällen eingesetzt werden.

DLP hingegen kombiniert eine sehr gute Teilequalität mit funktionalen Materialien und niedrigen Kosten pro Teil. 

Weitere Vorteile sind: 

• Hohe Geschwindigkeit – Dies ist vor allem darauf zurückzuführen, dass der DLP-Projektor jede Schicht sofort aushärtet.
• Ausgezeichnete Genauigkeit und Wiederholbarkeit 
• Hohe Auflösung und Oberflächentoleranz 
• Materialvielfalt – DLP kann eine Vielzahl von funktionalen Materialien drucken, darunter Allzweck-, zähe, elastomere und hitzebeständige Produkte.
• Isotrope Teile, d. h. einheitliche Eigenschaften in X-, Y- und Z-Richtung.  

DLP vs. SLA vs. LCD: Was ist der Unterschied?

Schauen wir uns die Photopolymerisation in einem Tank und ihre verschiedenen Formen einmal genauer an.  

Stereolithografie (SL oder SLA)

SLA hat viele Gemeinsamkeiten mit DLP: 

• Beide arbeiten mit photopolymeren Harzmaterialien.
•  Die Photopolymerisation in einem Behälter ist die Basistechnologie. 
•   Eine UV-Quelle härtet das Harz aus, um ein 3D-gedrucktes Teil zu erstellen 

Die Hauptunterschiede liegen in der Art der UV-Quelle und der Druckrichtung: 

• SLA verwendet einen UV-Laser mit Galvanometerspiegeln, um die UV-Quelle auf jeden einzelnen Punkt zu richten, der ausgehärtet werden muss. Der Laser kann zwar sehr schnell scannen, erreicht jedoch nicht die Geschwindigkeit von DLP (oder LCD), bei dem das gesamte Schichtbild auf einmal projiziert wird. 
  
  
• SLA druckt „mit der richtigen Seite nach oben“, wobei die Laserquelle auf die Oberseite des Harzes trifft. Nachdem jede Schicht fertiggestellt ist, senkt sich die Bauplattform leicht ab und die nächste Schicht beginnt. Dies ist eine intuitivere Art zu drucken und macht einen speziellen Membranmechanismus überflüssig. Stattdessen beschichtet eine bewegliche Klinge jede Schicht erneut, um sicherzustellen, dass das Harz die Oberfläche des Bauwerks gleichmäßig bedeckt. 
  
  
• SLA verwendet unterschiedliche UV-Wellenlängen: DLP arbeitet mit 385 nm, während SLA mit einer Wellenlänge von 355 nm arbeitet. (Weitere Informationen finden Sie unten im Wellenlängenvergleich.) 

LCD (mSLA) 3D-Druck

Schematische Darstellung eines LCD-3D-Druckers, aus ResearchGate 

LCD ist noch enger mit dem DLP-3D-Druck verwandt. In diesem Fall verwenden beide Technologien ein projiziertes Bild, um jede Schicht auf einmal zu härten, und beide Technologien belichten das Photopolymerharz von unten. Hier sind die Unterschiede zwischen den beiden: 

Während DLP einen Projektor mit DMD (mikroskopischen Spiegeln) verwendet, um UV-Licht auf das Photopolymerharz zu reflektieren, verwendet LCD eine Anordnung von UV-LEDs, die teilweise durch einen LCD-Bildschirm maskiert sind, um zu bestimmen, welche Punkte ausgehärtet werden sollen. Aus diesem Grund wird LCD manchmal als maskierter SLA (mSLA)-3D-Druck bezeichnet. DLP ist eine ausgereiftere AM-Technologie und basiert auf Komponenten, die zuverlässiger und langlebiger, aber auch teurer sind. Außerdem bietet sie eine höhere Bestrahlungsstärke als LCD, was bedeutet, dass sie eine größere Vielfalt an Materialien verarbeiten kann. LCD ist anfällig für Pixelbluten und ungleichmäßige Verschlechterung der Lichtquelle, weshalb es in der Regel eher in Hobby-3D-Druckern zu finden ist, da diese zugunsten niedrigerer Kosten auf ein gewisses Maß an Wiederholbarkeit und Präzision verzichten können. 

Vergleich von Harzdruckern – Zusammenfassung

Auf die Gefahr hin, zu sehr zu verallgemeinern, fassen wir die wesentlichen Unterschiede zwischen DLP-, LCD- und SLA-Druckern zusammen. Die meisten Werte in der folgenden Tabelle variieren erheblich je nach Preis, Material und anderen Faktoren. Sie sollte jedoch einen allgemeinen Überblick über die Stärken, Schwächen und Einsatzbereiche dieser drei 3D-Drucktechnologien auf Harzbasis geben:

DLP-3D-Druckanwendungen

DLP wird in einer Vielzahl von additiven Fertigungsanwendungen eingesetzt. Der gemeinsame Nenner ist jeder Fall, der sowohl eine hohe Teilegenauigkeit und Präzision oder eine feine Oberflächenbeschaffenheit als auch ein leistungsstarkes Material (wie z. B. robuste, starre, elastische oder hochtemperaturbeständige Materialien) erfordert. Hier sind einige Beispiele für Anwendungsfälle, in denen sich der DLP-3D-Druck besonders bewährt: 

• Funktionale Prototypen Mit DLP
  können Sie hochentwickelte Prototypen drucken, die wie das Endprodukt aussehen, sich so anfühlen und auch so funktionieren. 
• Vorrichtungen und Halterungen
  Mit DLP können End-of-Arm-Werkzeuge und Produktionshilfen mit mechanischen oder funktionalen Anforderungen und hoher Genauigkeit und/oder Oberflächengüte gedruckt werden. Insbesondere die Geschwindigkeit und die niedrigen Kosten pro Teil, die mit dem DLP-3D-Druck verbunden sind, machen dies zu einer erstklassigen Anwendung. 
• Industrielle Fertigungsteile
  Bei industriellen Endverbrauchsteilen geht es in der Regel um die Menge. Bei hohen Stückzahlen und Massenproduktion ist Spritzguss in der Regel die kostengünstigste Methode. Unterhalb einer bestimmten Schwelle (abhängig von der Geometrie) wird die additive Fertigung effektiver und führt zu geringeren Kosten pro Teil. Mit DLP können Sie Produktionsserien mit hoher Vielfalt und geringen Stückzahlen für Steckverbinder, Dichtungen und andere Teile mit mechanischen oder funktionalen Spezifikationen erstellen. 
• Andere Werkzeuganwendungen
  Der DLP-3D-Druck kann auch zur Herstellung von Formwerkzeugen verwendet werden, selbst für hochtemperaturbeständige, starre und langlebige Formeinsätze. 

Mit DLP-3D-Druck verwendete Materialien

DLP kann Materialien mit einer Vielzahl von Eigenschaften im 3D-Druck verarbeiten. Seine 385-nm-UV-Lichtquelle eignet sich gut zum Aushärten einer Vielzahl von Harzmaterialien. Der gemeinsame Nenner aller kompatiblen Materialien ist, dass es sich um Photopolymere handeln muss. (Denken Sie daran, dass der gesamte Prozess des DLP-Drucks auf der Aushärtung von Harz mit Licht basiert. 

DLP-Photopolymere lassen sich in folgende Funktionskategorien einteilen: 

• Allgemeiner Gebrauch 
• Zäh 
• Elastomere 
• Hitzebeständig 
• Medizin 
• Sonstige/spezielle Zwecke 

Hochtemperaturbeständige Materialien sind in der Regel spröder, während elastischere oder zähere Materialien tendenziell eine geringere Temperaturbeständigkeit aufweisen. Dies sollte bei der Auswahl des für Ihre Anwendung am besten geeigneten Materials berücksichtigt werden. 

DLP-Materialien für allgemeine Zwecke

Diese Materialien sind Alleskönner, wenn es um den 3D-Druck mit DLP geht. Sie bieten folgende Vorteile: 

• Gute Allround-Eigenschaften 
• Einfach zu bedienen beim Drucken/Verarbeiten 
• Geeignet für eine Vielzahl von Anwendungen 

Robuste DLP-Materialien

Robuste Materialien halten Stößen oder wiederholten Bewegungen stand. Ihre Elastizität kann variieren, aber sie zeichnen sich im Allgemeinen durch eine hohe Schlagfestigkeit aus. Robuste DLP-Materialien lassen sich nach der Art des Thermoplasts kategorisieren, den sie imitieren, z. B.:

• ABS 
• Schlagzähmodifiziertes Polypropylen 

Elastomere für den DLP-3D-Druck

Diese Materialien ahmen Gummi in verschiedenen Formen nach und eignen sich für Anwendungen wie: 

• Dichtungen 
• Schwingungsdämpfung 
• „Federnder” Gummi 

Elastomere Photopolymere werden quantifiziert durch: 

• Shore-Härte, wobei höhere Werte härteren Materialien zugeordnet werden 
• Reißfestigkeit 
• Bruchdehnung 

Im Allgemeinen lassen sich Materialien mit niedrigeren Shore-Werten weiter dehnen (größere Bruchdehnung). Härtere Elastomere können für Form-, Passform- und Funktionsprototypen verwendet werden, während weichere Elastomere eher für Dichtungen und Dichtungsringe zum Einsatz kommen. 

Hitzebeständige DLP-Materialien

Dies sind DLP-Materialien, die einer anhaltenden Hitzeeinwirkung standhalten können, die in der Regel anhand ihrer Wärmeformbeständigkeitstemperatur (HDT) quantifiziert wird. Sie können auch für die Handhabung von Flammen, Rauch und Toxizität (FST) zertifiziert sein. Hitzebeständige Materialien sind in der Regel auch feuchtigkeitsbeständig, was zu einer besseren langfristigen Dimensionsstabilität führt. Beachten Sie, dass Hochtemperaturmaterialien in der Regel spröder sind als andere Materialkategorien. Bei Anwendungen, die wiederholte Belastungen, Stöße oder die Gefahr des Herunterfallens mit sich bringen, sollte auf die Verwendung dieser Materialien verzichtet werden. 

Medizinische DLP-Materialien

Dank ihrer hohen Genauigkeit und glatten Oberflächenbeschaffenheit eignet sich die DLP-Technologie für den Druck medizinischer Geräte, wobei spezielle medizinische Materialien verwendet werden, die gemäß den einschlägigen gesetzlichen Anforderungen und Normen zertifiziert sind. 

DLP-Materialien für spezielle Zwecke

Die oben genannten allgemeinen Kategorien können für viele Anwendungen verwendet werden. Für Anwendungsfälle, die spezielle Eigenschaften erfordern (z. B. ESD-Schutz, Flammschutz), können andere Spezialmaterialien verwendet werden. Diese 3D-Materialien lassen sich anhand der traditionellen thermoplastischen Materialien, die sie ersetzen, unterscheiden, zum Beispiel: 

• Nylon 6/12 
• PBT (Polybutylenterephthalat) 
• ESD-Materialien
• Aluminiumsilikat 
• ABS (Acrylnitril-Butadien-Styrol) 
• Polypropylen 
• TPU (thermoplastisches Polyurethan) 

Entwerfen für den DLP-3D-Druck

Design für additive Fertigung (DfAM) basiert auf der Idee, dass der 3D-Druck nicht erst mit dem eigentlichen Drucker beginnt. Er beginnt bereits mit dem Design eines Teils. Beim aktuellen Design werden die Einschränkungen traditioneller Fertigungsmethoden berücksichtigt. Da es sich um eine grundlegend andere Fertigungsmethode handelt, sollte das Teiledesign nicht durch irrelevante Einschränkungen begrenzt werden. Mit DfAM können Sie das volle Potenzial der additiven Fertigung ausschöpfen. 

Warum Design für additive Fertigung?

Bei der Verwendung der additiven Fertigung für Produktionsteile ist das Design für diese Technologie entscheidend, um die wahren Vorteile von AM auszuschöpfen. Gutes DfAM kann Ihnen helfen, Qualität, Funktionalität und Durchsatz zu verbessern, was zu niedrigeren Gesamtkosten und einer größeren Anzahl von Anwendungsmöglichkeiten für die additive Fertigung führt. Darüber hinaus können Sie durch das Design für additive Fertigung häufig Teile zu einem einzigen, integrierten Teil zusammenfassen, wodurch der Montageaufwand und die Qualitätsprobleme reduziert werden, die oft mit präzisen manuellen Montageprozessen verbunden sind.  

So entwerfen Sie für additive Fertigung

Schritt 1 – Berücksichtigen Sie das Teil und die Anwendung: 

• Gibt es ein geeignetes AM-Material für die Anwendung? 
• Passt es in den Bauraum des Druckers? 
• Gibt es Merkmale/Wände, die kleiner als 200 μm (0,2 mm) sind? 
• Gibt es Überhänge? 
• Sind Stützen an kritischen Oberflächen erforderlich? 
• Gibt es Bereiche, aus denen das Harz nicht entweichen kann?  

Schritt 2 – Wählen Sie ein AM-Material aus: 

• Starre 
• Zäh 
• Hochtemperatur 
• Elastomere 
• Spezialanwendungen 
• usw. 

Schritt 3 – Berücksichtigen Sie die Ausrichtung des Druckteils: 

• Die Höhe (Z-Achse) ist der wichtigste Faktor für die Druckzeit. Richten Sie das Teil nach Möglichkeit so aus, dass die Höhe möglichst gering ist. 
• Kann eine flache Oberfläche Ihres Entwurfs gegen den Druckkopf gelegt werden, um einen stabilen Druck mit weniger Stützen zu erzielen? 

Die Ausrichtung des Teils kann auch die Oberflächenqualität beeinflussen: 

• Die beste Oberfläche ist eine flache Oberfläche, die direkt parallel zur Bauplattform gedruckt wird. Dies lässt natürlich nicht viel Spielraum für die Gestaltungsfreiheit.  
• Die zweitbeste Oberflächenqualität ergibt sich bei einem gekrümmten oder flachen Teil, das zum Baukopf geneigt ist (keine senkrechte flache Oberfläche). Die meisten Oberflächen der meisten Teile fallen in diese Kategorie.  
• Die schwierigste Oberflächenausrichtung ist eine flache Oberfläche, die senkrecht zur Bauplattform steht, da Sie dann feine Schichtlinien in Z-Richtung erkennen können. Dies lässt sich etwas abmildern, indem Sie einen Drucker (z. B. Origin® Two) mit einer starren Bauplattformstruktur verwenden, um eine stabile und gleichmäßige Z-Achse zu schaffen. 

Schritt 4 – Berücksichtigen Sie die Anforderungen an die Stützstruktur: 

• Benötigt das Teil Stützen? 
• Wie sieht die Stützstrategie aus?
•  Gibt es Stützen auf kritischen Oberflächen? 
• Wie hoch werden die Stützen sein? Höhere Stützen müssen dicker sein. 
• Materialien, die mit geringerer Grünfestigkeit (Vorgehärtzfestigkeit) gedruckt werden, benötigen mehr Stützen. 

Schritt 5 – Reinigung und Nachhärtung: 

• Bei der Konstruktion Ihres Teils ist es wichtig, den Reinigungsprozess zu berücksichtigen.
  Viskose Harze wie Elastomere sind schwieriger zu reinigen als Harze mit einer geringeren Viskosität, wie beispielsweise starre Materialien. 
• Auch sehr dichte Gitter können schwierig und zeitaufwändig zu reinigen sein.
  Der Schlüssel zum Erfolg bei DfAM liegt darin, einen Schritt zurückzutreten, die Teile auf Systemebene neu zu betrachten und sie hinsichtlich Gewicht, Leistung und Durchsatz zu optimieren. 

DfAM-Beispiel: Überlegungen zu Stützen und Verschachtelung

Das unten abgebildete Venturi-Ventil (als Querschnitt) ist beispielsweise vollständig selbsttragend, solange es in der links gezeigten Ausrichtung gedruckt wird (drei Anschlüsse nach unten, einer nach oben). Würde es in der anderen Ausrichtung gedruckt, müsste der zentrale interne Flüssigkeitsauslass (rot markiert) gestützt werden. 

Um dieses Teil jedoch in großen Stückzahlen zu drucken, spielt die Verschachtelungsdichte eine wichtige Rolle. Wenn alle Teile die gleiche Ausrichtung hätten, würden weniger Teile in einen einzigen Druck passen, was den Durchsatz verringern würde. Daher war es notwendig, beide Ausrichtungen zu verwenden, was eine Stütze für eine der beiden Ausrichtungen erforderte.

Die Verwendung von Stützmaterial in DLP ist an sich kein Problem, stellte in diesem Fall jedoch eine Herausforderung dar. Die logische Vorgehensweise zum Hinzufügen einer Stütze wäre wie folgt (grüne Linien): 

Allerdings wäre es fast unmöglich, Stützstrukturen innerhalb eines geschlossenen Rohrs sauber zu entfernen. Durch eine geringfügige Änderung des Designs ist das Venturi-Ventil nun in beiden Ausrichtungen vollständig selbsttragend: 

Diese Lösung fügt selbsttragende Stützen (blau hervorgehoben) hinzu, die die Seitenwand und den zentralen internen Flüssigkeitsauslass verbinden, um den nicht abgestützten Anschluss zu stützen und gleichzeitig einen ungehinderten Luftstrom zu ermöglichen. 

Zukünftige Trends in der DLP-3D-Drucktechnologie 

Die DLP-3D-Drucktechnologie wird bereits zum Drucken hochwertiger, wiederholbarer und voll funktionsfähiger Teile eingesetzt. Und sie wird noch besser werden: 

• Mehr Materialien mit neuen Eigenschaften, noch bessere Leistung, Unterstützung einer größeren Bandbreite an Industriestandards 
• Eine kontinuierliche Senkung der Kosten pro Teil dank Verbesserungen der Druckerleistung, Skaleneffekten bei der Druckerherstellung sowie Fortschritten bei der Software, die es ermöglichen, mehr Teile in einem einzigen Druckvorgang zu verschachteln 
• Schnellerer Durchsatz 
• Nachhaltiges Harz aus pflanzlichen oder erneuerbaren Quellen 
• 3D-Druck mit mehreren Materialien 
• Zusätzliche Automatisierung (z. B. automatische Kalibrierung) zur Verbesserung der Wiederholbarkeit, Reduzierung von Fehlern, Minimierung manueller Arbeit und Skalierung für die Produktion. 

DLP-3D-Druck: Häufig gestellte Fragen

1. Was ist die DLP-3D-Technologie und wie funktioniert sie? 

Digital Light Processing (DLP) ist eine Display-Technologie, die in Projektoren und 3D-Druckern verwendet wird. Sie nutzt digitale Mikrospiegelvorrichtungen (DMD), um Licht zu reflektieren und Bilder zu erzeugen. Beim 3D-Druck verwenden DLP-Drucker eine digitale Lichtquelle, um flüssiges Harz Schicht für Schicht zu härten und so ein 3D-Objekt aufzubauen. 

2. Was sind häufige Probleme bei DLP-3D-Druckern? 

Häufige Probleme bei DLP-3D-Druckern sind schlechte Druckqualität, falsch ausgerichtete Drucke, nicht richtig ausgehärtetes Harz, Schichtablösung und Druckfehler aufgrund falscher Belichtungszeit oder beschädigter Projektorkomponenten. (Siehe nächste Frage, um diese Probleme zu vermeiden.) 

3. Wie kann ich eine schlechte Druckqualität beim DLP-Druck beheben? 

Befolgen Sie diese bewährten Verfahren, um eine schlechte Druckqualität zu beheben: 

• Überprüfen Sie die Schale und den Behälter auf Staub/Schmutz. 
• Stellen Sie sicher, dass der Drucker richtig kalibriert ist.
•  Verwenden Sie hochwertiges Harz innerhalb seiner Haltbarkeitsdauer. 
• Stellen Sie sicher, dass die Bauplattform sauber und eben ist, bevor Sie mit dem Druck beginnen. 

4. Was sind die Vorteile von DLP gegenüber anderen 3D-Drucktechnologien? 

DLP bietet im Vergleich zu anderen Harztechnologien wie SLA schnellere Druckgeschwindigkeiten, da ganze Schichten auf einmal ausgehärtet werden können. Außerdem liefert es hochauflösende Drucke mit hoher Genauigkeit (bei einigen Systemen bis zu 50 µm), feinen Details und glatten Oberflächen, wodurch es sich ideal für komplexe Modelle, ergonomische Werkzeuge und zahnmedizinische Anwendungen eignet.  

Darüber hinaus können damit Hochleistungsmaterialien für verschiedene Anwendungen gedruckt werden. 

5. Welche Materialien können im DLP-3D-Druck verwendet werden? 

DLP-3D-Drucker verwenden flüssige Harze, die durch Licht mit einer Wellenlänge von 385 nm ausgehärtet werden. Diese Harze sind in verschiedenen Formulierungen erhältlich, darunter Allzweckharze, zähe Harze, flexible Harze und biokompatible Harze, die unterschiedliche Anwendungen von der Prototypenerstellung bis zur Kleinserienfertigung ermöglichen. 

6. Ist DLP für den großformatigen 3D-Druck geeignet? 

DLP eignet sich besser für kleinere bis mittelgroße Drucke, da es Licht auf eine Bauplattform projiziert und das Harz Schicht für Schicht aushärtet. Große Drucke erfordern möglicherweise längere Aushärtungszeiten und sind mit der DLP-Technologie möglicherweise nicht so praktikabel. Für große Drucke sind andere Technologien wie Stereolithografie (SLA) oder Fused Deposition Modeling (FDM) möglicherweise effizienter. 

7. Wie präzise ist der DLP-3D-Druck? 

Die DLP-Technologie ist für ihre hohe Präzision und Detailgenauigkeit bekannt. Sie kann Druckauflösungen von bis zu 50 Mikrometern (0,05 mm) erreichen und eignet sich daher ideal für detaillierte Modelle und Endverbrauchsteile, die eine hohe Genauigkeit und enge Toleranzen erfordern. 

8. In welchen Branchen wird die DLP-3D-Drucktechnologie eingesetzt? 

Die DLP-Technologie wird in verschiedenen Branchen eingesetzt, darunter Automobilindustrie, Luft- und Raumfahrt, Verbraucheranwendungen, industrielle Maschinenkomponenten und andere. Diese Branchen nutzen DLP zum Drucken von Prototypen, Fertigungshilfsmitteln und Endverbrauchsteilen.  

Sie wird auch häufig im Gesundheitswesen zur Herstellung von Dentalmodellen und Implantaten sowie von Komponenten für medizinische Geräte und Ausrüstungen eingesetzt. 

9. Was sind die wichtigsten Unterschiede zwischen DLP- und LCD-3D-Druck? 

• Lichtquelle: DLP verwendet einen digitalen Projektor, während LCD eine Reihe von LEDs verwendet. LCD kann weniger gleichmäßig sein und unter „Pixelbluten” leiden.    
• Aushärtung: Die LCD-Technologie hat oft eine geringere Bestrahlungsstärke, was zu schlechteren mechanischen Eigenschaften führen und/oder mehr Stützen erfordern kann.   
• Auflösung: DLP hat eine maximale Auflösung von 4K. Je größer die projizierte Fläche, desto größer die projizierten Pixel (und desto geringer die Auflösung). LCD-Bildschirme können in größeren Formaten hergestellt werden, sodass die LCD-Technologie besser für den Druck größerer Objekte geeignet ist.  
• Toleranzen: Der DMD-Chip (die zugrunde liegende Technologie von DLP) wird mit sehr engen Toleranzen hergestellt, während das LCD-Panel kostengünstig hergestellt wird.
• Wellenlänge: Die LCD-Technologie verwendet 405-nm-Licht, während DLP eine 385-nm-Lichtquelle verwendet. DLP kann eine größere Bandbreite an Materialien drucken – insbesondere Hochleistungsharze. 
• Kaufpreis: Die LCD-Technologie ist in der Regel günstiger als die DLP-Technologie. LCD-Drucker haben ein einfacheres Design und benötigen weniger teure Komponenten, sodass sie sich besser für ein begrenztes Budget eignen.   
• Gesamtbetriebskosten: Da das UV-Licht den Bildschirm des LCD-Druckers schnell zersetzt, muss dieser häufig ausgetauscht werden. Dies macht ihn zu einem Verbrauchsmaterial, das die Gesamtbetriebskosten eines LCD-Druckers erhöhen kann. Die Anschaffungskosten für einen DLP-Drucker sind höher, aber die Betriebskosten sind geringer. Wenn Sie die Kosten verschiedener Technologien vergleichen, sollten Sie die Gesamtbetriebskosten und nicht nur den Kaufpreis des Druckers berechnen. 

10. Was sind die wichtigsten Unterschiede zwischen DLP- und SLA-3D-Druck? 

Sowohl DLP als auch SLA verwenden Licht, um Harz zu härten, aber der wesentliche Unterschied liegt in der Art und Weise, wie sie das Licht projizieren. DLP verwendet einen digitalen Projektor, um eine gesamte Schicht auf einmal zu härten, während SLA einen Laser verwendet, der die Form jeder Schicht nachzeichnet.  

Die Technologien verwenden auch unterschiedliche Wellenlängen, die unterschiedliche Materialien erfordern, wodurch sie für unterschiedliche Anwendungen geeignet sind. DLP ermöglicht in der Regel leistungsstärkere Materialien und ist schneller als SLA, während SLA größere Teile ermöglicht. Beide bieten hochwertige Drucke. 

11. Was sind die wichtigsten Komponenten eines DLP-3D-Druckers? 

Zu den Hauptkomponenten eines DLP-3D-Druckers gehören die digitale Lichtquelle (Projektor), der Harzbehälter und die Bauplattform (auf der der Druck erstellt wird). Heizelemente sind optional, ermöglichen jedoch eine größere Auswahl an Materialien, darunter auch Hochleistungsmaterialien. 

12. Können DLP-3D-Drucker mehrere Materialien gleichzeitig drucken? 

Derzeit sind die meisten DLP-3D-Drucker so konzipiert, dass sie jeweils nur mit einem einzigen Material drucken können. Einige fortschrittliche Systeme unterstützen jedoch den Druck mit mehreren Materialien, indem sie verschiedene Harze in verschiedenen Schichten verwenden oder während des Druckvorgangs zwischen den Harzen wechseln. Dies ist jedoch weniger verbreitet und erfordert spezielle Einstellungen. 

Stratasys P3™ DLP-Technologie 

P3™ ist unsere patentierte Version der DLP-Technologie, die programmierbare Photopolymerisation nutzt. Während alle DLP-3D-Drucker auf den beiden zweiten „Ps“ (Photopolymerisation) basieren, verfügen Stratasys Origin-Drucker über ein dichtes, geschlossenes Sensorsystem, das eine vollständige Kontrolle über den Prozess ermöglicht, darunter: 

• Licht 
• Temperatur 
• Zugkräfte 
• Pneumatik (mehr dazu in Kürze) 

Die genaue Überwachung dieser Parameter ermöglicht Power-Usern nicht nur eine äußerst detaillierte Prozesssteuerung, sondern sorgt auch für einen sehr zuverlässigen und wiederholbaren Prozess. Die P3-DLP-Technologie ist auch aufgrund ihres patentierten pneumatischen Trennmechanismus einzigartig. Alle DLP-Maschinen müssen über einen Trennmechanismus verfügen, da die Schichten am Boden des Behälters gedruckt werden. Das Teil wird Schicht für Schicht von unten nach oben aufgebaut, wobei sich die Plattform nach dem Drucken jeder Schicht leicht anhebt. (Siehe oben, „Verwendung von DLP für den 3D-Druck“.) Ohne einen Trennmechanismus kann die zuletzt gedruckte Schicht am Boden der Maschine haften bleiben, anstatt an der Bauplattform oder dem teilweise gebauten Teil. 

Es gibt verschiedene Möglichkeiten, dieses Problem zu lösen, aber nicht alle sind gleichwertig. 

Das patentierte pneumatische Verfahren von P3 wendet eine Trennkraft an, die die neue Schicht nach und nach von der Membran ablöst, anstatt die gesamte Schicht auf einmal freizugeben.  

P3 DLP verwendet einen pneumatischen Trennmechanismus, um eine weitaus geringere Trennkraft auszuüben. Die Membran löst sich nach und nach von jeder ausgehärteten Schicht, während sich die Bauplattform nach oben bewegt.

Diese Methode hat mehrere Vorteile: 

• Sie ermöglicht eine sehr hohe Oberflächengüte. 
• Feine Details können gedruckt werden, ohne dass sie während des Trennvorgangs beschädigt werden.
•  Es können große Querschnitte gedruckt werden. 
• Es wird weniger Stützmaterial benötigt (was weniger Nachbearbeitung bedeutet). 
• Es kann maximale geometrische Flexibilität erreicht werden. 

DLP-3D-Druck-Fallstudien 

DLP wird in einer Vielzahl von Branchen eingesetzt, die hohe Genauigkeit, Zuverlässigkeit, hochwertige Oberflächenbeschaffenheit und leistungsstarke Materialien erfordern. Zu den wichtigsten Branchen, in denen DLP erfolgreich eingesetzt wird, gehören: 

• Automobil 
• Luft- und Raumfahrt 
• Andere Transportmittel, wie Eisenbahn- und Industriefahrzeuge 
• Konsumgüter 
• Komponenten für Industriemaschinen 
• Zahnmedizin 
• Medizinische Geräte 

Nachfolgend finden Sie einige Beispiele für Fallstudien von einigen unserer Kunden. 

Automobilwerkzeuge: Valiant TMS 

Herausforderung: 

Valiant TMS stellt Produktionsautomatisierungssysteme für die Automobil- und Luftfahrtindustrie her. Bei der Entwicklung eines Griffs für die manuelle Bedienung hatte das Unternehmen Schwierigkeiten, alle Anforderungen in einem einzigen Teil zu vereinen: Ergonomie, Stabilität und Leichtigkeit. 

Lösung: 

Jede Anforderung trug dazu bei, die Auswahlmöglichkeiten einzugrenzen: 

• Leicht – Kunststoff (kein Metall) 
• Stabil – Verwendung eines robusten Materials 
• Ergonomisch – hohe Oberflächengüte 

Bei zwei der drei oben genannten Anforderungen hätte es mehr Spielraum für alternative Lösungen gegeben. Um jedoch alle drei Anforderungen zu erfüllen, war der DLP-3D-Druck die beste (und vielleicht einzige) Lösung. 

Die vollständige Fallstudie finden Sie hier:
P3 Technology produziert die richtige 3D-gedruckte Oberflächenbeschaffenheit für Valiant TMS 

Stratasys Origin Two DLP-Drucker 

Aufbauend auf der hervorragenden Grundlage des Origin One wurden beim Origin Two mehrere Verbesserungen für den Einsatz in der Fertigung vorgenommen: 

• Genauigkeit und Toleranzen von ±50 μm für validierte Anwendungen (ansonsten ±100 μm) 
• Spritzgegossene Oberflächenbeschaffenheit 
• Wiederholbarkeit und Kontrolle 
• Hochpräzise Bauplattform 
• Automatische Kalibrierung 

Fazit 

Es gibt keine Wunderwaffe, keine Einheitslösung für jedes Problem. Aber DLP kommt dem im Bereich des 3D-Drucks wohl am nächsten. Es bietet eine einzigartige Kombination aus leistungsstarken Materialien, Zuverlässigkeit und Ästhetik. 

Weitere Informationen zu unserem DLP-Drucker Origin Two finden Sie hier.