Carbon DLS 3D-Druck: Technologie-Übersicht

Dieser Artikel fasst alles zusammen, was Sie über Carbon DLS wissen müssen: Wie das Verfahren funktioniert, welche Materialien kompatibel sind und welche Vor- und Nachteile DLS als 3D-Druckverfahren mit sich bringt.

Carbon DLS (Digital Light Synthesis) gehört zu den 3D-Druckverfahren, die mittels Photopolymerisation feste Teile aus flüssigem Kunstharz herstellen. DLS setzt auf digitale Lichtprojektion, sauerstoffdurchlässige Optiken und programmierbare flüssige Harze, um langlebige Produkte mit hoher Auflösung und ausgezeichneter Oberflächengüte herzustellen.

In Kombination mit den CLIP-Kunstharzen von Carbon (Continuous Liquid Interface Production) ermöglicht diese Fertigungstechnologie die Herstellung bislang unmöglicher Produktdesigns, serielle Maßanfertigung und On-Demand Produktion. Mit Hilfe von Carbon DLS können Unternehmen nun innovative Produkte auf den Markt bringen, die zuvor noch undenkbar waren.

Carbon DLS icon animation

Wie funktioniert Carbon DLS?

Bei Carbon DLS wird ein flüssiges Kunstharz mit Hilfe eines projizierten UV-Lasers zu einem festen Objekt ausgehärtet. Der UV-Laser (5) wird von unten durch ein sauerstoffdurchlässiges Fenster (3) in den mit einem photosensitiven Kunstharz gefüllten Behälter projiziert. Die aufeinanderfolgenden UV-Abbildungen werden auf das Kunstharz projiziert (2). Beleuchtetes Kunstharz wird gehärtet, während die Bauplattform gleichzeitig (1) angehoben wird. Dieses Verfahren nennt sich Continuous Liquid Interface Production (CLIP).

Scheme of a Carbon DLS machine
Schema einer Kohlenstoff-DLS-Maschine (Source: Carbon.Inc)
  • Schritt 1 – Zwischen dem sauerstoffdurchlässigen Fenster und dem Druckbereich entsteht eine dünne Schicht aus nicht ausgehärtetem Kunstharz – die sogenannte „dead zone“ (4).
  • Schritt 2 – Licht wird von unten durch das Fenster und durch die „dead zone“ in den Druckbereich projiziert. Dort befindliches Kunstharz wird gemäß der Projektion ausgehärtet. Kunstharz, das sich in der „dead zone“ befindet wird aufgrund des hohen Sauerstoffgehalts nicht gehärtet. So kann der 3D-Druck durchgeführt werden, ohne dass das Teil am Fenster haftet. Während des gesamten Drucks fließt Kunstharz kontinuierlich unter den gehärteten Bereich nach. Daher stammt der Begriff Continuous Liquid Interface Production (CLIP).
  • Schritt 3 – Nachdem das Teil gedruckt wurde, wird es in einem Ofen ausgehärtet. Hierbei löst die zugeführte Wärme eine chemische Reaktion aus, die zur Verbesserung der mechanischen Eigenschaften des Teils führt. 

Dieser kontinuierliche, ununterbrochene Vorgang (Schritt 2) unterscheidet Carbon DLS von anderen Fertigungsverfahren, die ebenfalls Photopolymerisation einsetzten.

Materialien für den Carbon DLS 3D-Druck

Zu den gängigsten Materialien, die Xometry für Carbon DLS anbietet, gehören:

  • Hartkunststoffe: wie CE 221, UMA 90, DPR 10, EPX 82, FPU 50, RPU 70
  • Kautschukartige Kunststoffe: wie EPU 40, SIL 30

Vorteile des Carbon DLS 3D-Druckverfahrens

Die folgenden Hauptmerkmale unterscheiden Carbon DLS von anderen 3D-Druckverfahren. 

Komplexe Entwürfe lassen sich leicht umsetzen

Obwohl bei Carbon DLS Stützstrukturen zum Einsatz kommen, eignet es sich hervorragend für die Umsetzung komplexer Designs, da es im Gegensatz zu pulverbasierten additiven Fertigungsverfahren wie SLS und MJF Kunstharz verwendet. Die Verwendung eines flüssigen Kunstharzes führt zu fließenden Übergängen, die komplexe Geometrien und komplizierte innenliegende Merkmale ermöglichen. Die meisten komplexen Entwürfe, die selbst mit traditionellen Fertigungsverfahren wie CNC-Bearbeitungsverfahren nicht angefertigt werden können, lassen sich mit Carbon DLS herstellen.

Tatsächlich können mit Hilfe dieser 3D-Drucktechnologie Hinterschneidungen und perfekt gerade Wände entworfen werden, ohne die Fertigung dabei zu beeinträchtigen. Außerdem ermöglicht die Fertigung von Gitterstrukturen, die nur mit Carbon DLS möglich sind, bestehende Produkte neu zu denken und umzugestalten (geschäumte Schuhsohlen können zum Beispiel durch Gitterstrukturen ersetzt werden).

Lattice structures produced by Carbon DLS
Mit Carbon DLS gefertigte Gitterstruktur (Quelle: Carbon3D)

Gute mechanische Eigenschaften

Carbon DLS unterscheidet sich von Stereolithographie (SLA) oder PolyJet vor allem dadurch, dass das Kunstharz einen zweiten thermischen Schritt durchläuft. Hierbei werden noch nicht gehärtete Epoxide bzw. Urethane aktiviert. Die so erzeugten Teile besitzen daher eine deutlich höhere Festigkeit als nur mit UV-Licht gehärtete Teile. Außerdem ist DLS ein kontinuierliches, fließendes Verfahren, das im Gegensatz zu anderen additiven Fertigungsverfahren nicht schichtweise unterbrochen wird. Daher weisen DLS-Drucke isotrope Eigenschaften aus, d.h. sie besitzen eine richtungsunabhängige Festigkeit. Das ist ein großer Vorteil gegenüber Fertigungsverfahren wie Fused Deposition Modeling (FDM), wo Merkmale in Z-Richtung deutlich schwächer ausfallen können als ähnliche Merkmale in XY-Richtung.

Image showing the Young’s modulus after curing
Elastizitätsmodul vor (links) und nach (rechts) der Aushärtung (Quelle: Carbon.Inc)

Glatte Oberflächen

Da bei Carbon DLS Kunstharze zum Einsatz kommen, besitzt die erzeugte Oberfläche eine glasähnliche Beschaffenheit und kann normale Prototypen, die mit MJF oder SLS aus Pulver bzw. mit FDM aus Filamenten angefertigt werden, ersetzen. Aufgrund der ausgezeichneten Oberflächengüte und der hohen Auflösung lassen sich mit Carbon DLS sowohl externe als auch interne Details hervorragend wiedergeben. DLS eignet sich auch für funktionale Prototypen, um damit einen allgemeinen Überblick zu erhalten.

Kleine Details und hohe Präzision 

Mit Carbon DLS lassen sich sehr dünne Schichten erzeugen (0,001 mm) und mit einem entsprechend schmalen Laserstrahl können selbst kleinste, komplexe Merkmale mit einem realistischen Finish erzeugt werden. Mit diesem 3D-Druckverfahren können sowohl kleine Teile mit hoher Auflösung als auch größere Teile mit Abmessungen von bis zu 2 m bei gleichbleibend hoher Präzision und engen Toleranzen angefertigt werden.

Keine Materialverschwendung

Das CLIP-Kunstharz, das nach der Fertigung des Teils abgelassen wird, kann anschließend ohne Materialverlust wiederverwendet werden. Im Vergleich mit dem Materialausschuss, der bei MJF oder SLS entsteht, ist die Materialverschwendung bei Carbon DLS vernachlässigbar. Dieser effiziente Materialeinsatz ist auch ein wichtiger Faktor bei der Auswahl des jeweiligen 3D-Druckverfahrens.

Lebensmittelechte und biokompatible Drucke

Harze wie SIL 30 und RPU 70, die bei Carbon DLS eingesetzt werden, sind biokompatibel und stellen einen entscheidenden Vorteil gegenüber anderen Fertigungsverfahren dar. Andere Fertigungsverfahren wie MJF haben keine lebensmittelechten oder biokompatiblen Materialien zur Auswahl. Damit ist Carbon DLS eine der besten Fertigungsverfahren zum Druck von medizinischen Implantaten oder Lebensmittelbehältern.

Flexible 3D-Druckoptionen verfügbar

CLIP-Kunstharze wie SIL 30, EPU 40 und FPU 50 sind elastische Kunstharze und verleihen dem Teil gummiartige, flexible Eigenschaften. Die daraus hergestellten 3D-Drucke eignen sich sogar als funktionale Teile im Echtzeitbetrieb.

Einschränkungen und Nachteile des Carbon DLS

Teuer

Carbon DLS ist eine der teuersten verfügbaren 3D-Druckverfahren. Im Vergleich mit MJF oder FDM, die beide günstiger in der Prototypenentwicklung sind, kann der DLS-Druck schnell zu einer teuren Angelegenheit werden, insbesondere wenn viele Iterationen und Design-Anpassungen der Prototypen notwendig werden. Die Herstellung einmalig eingesetzter Muster ist aufgrund des Einrichtungsaufwands ebenfalls kostspieliger.

Begrenzte Materialauswahl

Bei Carbon DLS kommen spezielle 3D-Druckmaterialien zum Einsatz. Bisher sind nur acht verschiedene Materialien für dieses Fertigungsverfahren verfügbar. Außerdem stehen nur ein paar wenige Farben zur Auswahl. Durch Nachbearbeitungsschritte können die Teile anschließend gefärbt werden, dies ist aber eine kostspielige Angelegenheit.

Xometry Carbon DLS 3D-Druck-Service

Xometry Europe bietet Carbon DLS für 3D-Druckprojekte online und On-Demand an. Mit einem Netzwerk aus mehr als 2.000 Partnern in ganz Europa ist Xometry in der Lage, Carbon DLS 3D-Druckteile in bis zu 5 Tagen zu liefern. Laden Sie Ihre CAD-Dateien auf der Xometry Instant Quoting Engine hoch, um sofort ein Angebot mit verschiedenen Fertigungsoptionen für Ihren Carbon DLS 3D-Druck zu erhalten.

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