FDM 3D-Druck vor Ablöse durch neue Verfahren mit LCD-Panels?

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Könnte das klassische 3D-Drucken mit Filament in Zukunft durch neue Verfahren abgelöst werden, die mit LCD-Panels arbeiten? Genau diese Frage soll dieser Artikel beantworten und sowohl Vor- wie auch Nachteile einzelner Verfahren näher beschreiben.

Es gibt zahlreiche Verfahren die auf LCD-Panels zurückgreifen, diese funktionieren im Grundprinzip alle gleich. Eine Lichtquelle leuchtet durch das LCD-Panel auf ein bestimmtes Resin. Die Lichtstrahlen sorgen dafür, dass das Resin an beleuchteten Stellen aushärtet. Dieser Vorgang wird Schicht für Schicht wiederholt, bis ein Objekt entsteht.

Bei dieser Beschreibung werden schon die ersten Vorteile des Verfahrens klar: Es gibt nur eine Achse die dauerhaft bewegt werden muss. Die Geschwindigkeit der Verfahren hängt hauptsächlich davon ab, wie lange einzelnen Schichten zum Aushärten benötigen. Es ist kaum relevant, ob viele oder wenige Objekte gedruckt werden. Im Gegensatz dazu: beim klassischen FDM 3D-Druck brauchen große, voluminöse Objekte deutlich länger.

Was hat es mit den LCD-Panels auf sich?

Klassischerweise nutzen Tabletts, Smartphones, Laptop und PC-Bildschirme LCD-Panels die von hinten beleuchtet werden. Die leistungsstärksten Lampen sind in Beamern verbaut, diese werden auch für das DLP Druckverfahren eingesetzt. Dabei leuchtet der Beamer im Normalfall von unten auf das Resin und dieses härtet dann an der Bauplattform aus. Die Plattform wird Schritt für Schritt nach oben gezogen.

Im Optimalfall wird die Lichtquelle des Beamers sogar noch modifiziert, damit sie genau die richtige Wellenlänge für Resin ausstrahlt (üblicherweise im ultravioletten Bereich). Findige Bastler und Erfinder haben in weiter Folge erkannt, dass man auch direkt LCD-Panel verwenden kann. Diese werden ebenfalls von hinten beleuchtet, liegen direkt am Boden der Druckfläche. Der Vorteil dabei: LCD-Panels gibt es in vielen Ausführungen und sie sind im Vergleich zu entsprechenden Beamern sehr kostengünstig.

Photocentric

… war eines der ersten Unternehmen, die begonnen haben sich mit den Vorteilen von LCD-Panels und 3D-Druck zu beschäftigen. Die Vorteile liegen auf der Hand: in aktuellen Smartphones oder Tabletts sind Panels mit extrem hoher Auflösung und Pixeldichte verbaut. Damit steigt auch die Genauigkeit, mit der gedruckt werden kann. Zudem sind LCD-Panels relativ günstig, da sie in großen Stückzahlen hergestellt werden. Zum Betrieb braucht man aber zusätzlich einen Treiber, der als Schnittstelle zwischen HDMI (oder Displayport) und dem eigentlichen Panel liegt. Dieser kostet üblicherweise deutlich mehr als das eigentliche LCD-Panel und ist nicht für alle Panels verfügbar.

Im Mai 2016 hat Photocentric dann zwei 3D-Drucker veröffentlicht, die ein herkömmliches LCD-Panel ohne umgebaute Hintergrundbeleuchtung einsetzen. Dafür wurde dann auch direkt ein neues Resin entwickelt, das auch bei „normalerem“ Licht aushärtet, keine Bestrahlung mit UV-Licht ist mehr notwendig. Die Nachteile dabei: Die einzelnen Schichten benötigen relativ lange zum Aushärten und das Spezial-Resin (wurde Daylight Resin von Photocentric getauft) kostet zwischen 60 und 70€ pro Liter. Dafür wird keine zusätzliche Lichtquelle benötigt, die Komplexität sinkt und die Kosten ebenso.

Weitere Informationen zu Photocentric und dem Daylight Resin findet man auf der Website des Herstellers.

DUP Druckverfahren

DUP steht für Direct UV Printing, dabei handelt es sich um ein Verfahren das immer mehr in Mode zu kommen scheint. Das Verfahren ist das selbe wie bei Photocentric, nur wird eine andere Lichtquelle verwendet. Statt der normalen LED Hintergrundbeleuchtung kommt eine starke UV LED zum Einsatz. Dadurch gibt es eine breitere Auswahl an möglichem Resin, das auch kostengünstiger ist. Es gibt allerdings auch Nachteile: UV LEDs sind teurer wie normale LEDs, die günstigeren Modelle weisen meist niedrigere Effizienz auf. Zudem kann es passieren, dass das UV Licht das LCD-Panel mit der Zeit beschädigt und dieses dann getauscht werden muss.

Flexvat und FEP was ist das ?

Flexvat für den Formlabs Form 1 von flexvat.com

Flexvat bezeichnet man das Gefäß in dem sich das Resin befindet. Am Boden des Gefäßes ist üblicherweise eine hauchdünne Kunststofffolie, durch die das Licht dringen kann. Diese Konstruktion bringt aber auch Nachteile mit sich: Die Kunststofffolie verschleißt mit der Zeit, bedingt durch die Spannung die auf ihr lastet, durch mechanische Beanspruchungen und vor allem durch das Licht das durch sie scheint. Heute wird typischerweise FEP für diese Folien eingesetzt, leider ist FEP aber sehr teuer, so kosten 10 Stück der Plastikfolie für einen Photocentric 3D-Drucker etwa 50€. Bei intensivem UV Licht verschleißt die Folie dann noch schneller, genaue Angaben zu Haltbarkeit gibt es aber nicht. Je nach Hersteller, Verfahren oder Forum schwanken die Schätzungen zur Haltbarkeit zwischen 4 Ausdrucken und 4 Liter Resinverbrauch.

FDM vs LCD-Panel

Zum Abschluss dieses Artikels noch ein kleiner Vergleich zwischen konventionellem FDM 3D-Druck mit Filament und den neuen hier beschrieben 3D-Druckverfahren. FDM 3D-Drucker besitzen zumindest 3 angetrieben Achsen plus den Extruder, das macht sie vergleichsweise laut und die Mechanik relativ teuer. 3D-Drucker mit LCD-Panel hingegen besitzen nur mehr eine angetrieben Achse. Der Energieverbrauch liegt bei Verfahren mit LCD-Panel auch deutlich niedriger – außer natürlich es werden flutlichtartig über 100 Watt an Leuchtleistung verbaut. Mit entsprechenden LCD Panels erhält man Auflösungen die mit FDM 3D-Druckern unmöglich sind, die Geschwindigkeit hängt bei beiden Verfahren von zahlreichen Faktoren ab. Das Druckmaterial ist bei FDM 3D-Druckern deutlich günstiger (ab ca 15-20€ pro KG erhältlich), während verschiedene Resine etwa das doppelte bis dreifache kosten.

Einen klaren Sieger oder Verlierer gibt es nicht. Je nach Anwendungsfall ist ein anderer Typ von 3D-Drucker besser oder schlechter geeignet. 3D-Drucker mit LCD-Panel sind aber noch eher unbekannt, was eigentlich schade ist. Die Grundlagen hinter den Verfahren sind äußerst simpel, was auch kostengünstige 3D-Drucker möglich macht. Die aktuellen top Preise für günstige FDM 3D-Druckern liegen allerdings bei nur mehr ca 150€. So günstig erhält man keinen 3D-Drucker mit LCD-Panel (die Kosten für Panel und Treiber alleine betragen zwischen 80 und 200€).

Als Zwischenlösung bieten sich aktuell zwei Kickstarter Projekte an. Diese verwenden das eigene Smartphone oder Tablett als Lichtquelle, arbeiten aber mit dem selben Prinzip.

Bericht zu T3D, aktuell auf Kickstart um 219$

Bericht zu ONO, war auch Kickstarter und hat jetzt mit diversen Problemen zu kämpfen