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MJF vs SLS: 3D-Druckverfahren im Vergleich

Dieser Artikel beleuchtet die wichtigsten Unterschiede und Gemeinsamkeiten der beiden gängigsten 3D-Druckverfahren, Multi Jet Fusion (MJF) und Selektives Lasersintern (SLS)

Selektives Lasersintern (SLS) und Multi Jet Fusion (MJF) sind die weitverbreitetsten 3D-Druckverfahren für Polymere und Elastomere. Obwohl sie viele Gemeinsamkeiten aufweisen, gibt es auch einige Unterschiede zwischen diesen Verfahren. Aufgrund dieser Unterschiede ist in einigen Fällen eines der beiden Fertigungsverfahren deutlich besser geeignet als das andere.

Beschreibung der 3D-Druckverfahren

Selektives Lasersintern

Beim Selektiven Lasersintern bringt der 3D-Drucker eine dünne Pulverschicht auf einer Bauplattform auf. Ein CO2-Hochleistungslaser sintert diese Schicht entsprechend des aktuellen Querschnitts des gewünschten CAD-Modells. Anschließend wird eine weitere Schicht Material aufgetragen und mit der vorherigen Schicht versintert. Dieser Prozess wird Schicht für Schicht wiederholt, bis das gesamte Teil angefertigt wurde.

SLS 3D printing process
SLS 3D-Druckverfahren

Multi Jet Fusion

MJF (Multi Jet Fusion), auch bekannt als HP MJF, läuft ähnlich ab wie SLS. Bei MJF wird die Pulverschicht jedoch nach der Auftragung bis knapp unter die Sintertemperatur aufgeheizt. Anschließend wird über ein Düsen-Array ein sogenannter flüssiger „Fusing Agent“ auf die Schicht aufgebracht. Diese Flüssigkeit verbessert die Absorption der Infrarotstrahlung. Außerdem wird ein „Detailing Agent“ entlang der Außenkanten des Teils eingespritzt. Ein Infrarotquelle versintert daraufhin alle entsprechenden Bereiche, bevor eine neue Pulverschicht auf der vorherigen Schicht aufgebracht wird. Diese Schritte werden so lange wiederholt, bis das gesamte Teil angefertigt wurde.

MJF 3D printing process
HP Multi Jet Fusion (Quelle: www.hp.com)

Gemeinsamkeiten SLS und HP MJF

Die wichtigsten Gemeinsamkeiten der beiden Verfahren:

  • Beide Verfahren verbinden pulverförmiges Material zu einem festen Bauteil und verwenden dafür ein Pulverbett.
  • Beide benötigen eine Wärmequelle zum Sintern.
  • Stützstrukturen sind bei beiden Verfahren nicht notwendig. Dadurch sind auch komplexe Designs möglich.
  • Bei beiden Verfahren wird das Teil Schicht für Schicht aufgebaut.
  • Beide Verfahren verwenden hauptsächlich Thermoplaste und Elastomere.

Unterschiede zwischen SLS und HP MJF

Materialien

SLS wird schon deutlich länger eingesetzt und wurde bereits 1997 patentiert. Seit dem wurde dieses Fertigungsverfahren weiterentwickelt und hat einige Verbesserungen erhalten, die es mit vielen verschiedenen Materialien, wie PA 11, PA 12, PA 12 GF, PEBA 2301 3D, Alumide und TPU kompatibel machen. Daher bietet das SLS-Verfahren eine hohe Flexibilität bei der Materialauswahl.

Im Gegensatz dazu ist MJF noch ein relativ junges Fertigungsverfahren und wird erst seit 2017 kommerziell eingesetzt. Daher ist MJF bisher nur mit relativ wenigen Materialien, z.B. PA 12, PA11 und TPU, kompatibel.

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Maßhaltigkeit und Detailgenauigkeit

Beide Fertigungsverfahren liefern eine hohe Maßhaltigkeit. Bei genauerer Betrachtung besitzt SLS jedoch eine etwas höhere Detailgenauigkeit als MJF. Beide Fertigungsverfahren sind jedoch anfällig für Verformungen (Warping).  Große, ebene Flächen sollten daher bei beiden 3D-Druckverfahren möglichst vermieden werden.

Fertigungsdauer

SLS und MJF benötigen für die Herstellung eines 3D-Drucks ungefähr gleich viel Zeit. Der Zeitaufwand des gesamten Prozesses, inklusive Einrichtung der Maschine, Druck und Abkühlen, ist jedoch bei MJF kürzer. Das liegt daran, dass MJF-Drucker eine abnehmbare Bauplattform besitzen, was eine Abkühlung des Teils außerhalb des Druckers ermöglicht. Bei der Produktion großer Stückzahlen ist MJF ebenfalls schneller, da mit Hilfe dieser Technologie mehrere Teile gleichzeitig gedruckt werden können.

Bei MJF kann 80% des übriggebliebenen Pulvers recycelt werden, während bei SLS etwa 30 – 50% des Pulvers wieder verwendet werden kann.

Oberflächenbeschaffenheit

Beide Fertigungsverfahren erzeugen Teile mit einer rauen, körnigen Oberfläche, wobei MJF-Teile ein etwas glatteres Oberflächenfinish aufweisen. SLS-Teile sind normalerweise weiß oder grau und lassen sich in vielen verschiedenen Farbtönen einfärben. Der bei MJF eingesetzte „Fusion Agent“ ist schwarz, um die Absorption der Infrarotstrahlung zu erhöhen. Aufgrund dieses Schwarzanteils besitzen MJF-Teile normalerweise ein gräuliches Erscheinungsbild und werden häufig schwarz gefärbt.

MJF 3D printed cup
Mit MJF gefertigter grauer Becher

Eigenschaften der 3D-gedruckten Teile

MJF und SLS-Teile besitzen leicht voneinander abweichende mechanische und physikalische Eigenschaften. Die folgende Tabelle enthält die wichtigsten Eigenschaften der SLS und MJF-Teile.

EigenschaftMJF SLS 
Zugfestigkeit (MPa)1700 (X,Y) 1800(Z)1650 (X,Y) 1650 (Z) 
Elastizitätsmodul (MPa)48 (X,Y) 48 (Z)48 (X,Y) 42(Z)
Bruchdehnung (%)20 (X,Y) 15 (Z)18 (X,Y) 24(Z)
Schmelzpunkt (°C)187176

Teilgröße

Mit SLS können größere Teile (bis zu 600 x 350 x 560 mm) hergestellt werden als mit MJF (bis zu 380 x 284 x 380 mm). Andererseits können mit MJF Merkmale mit kleineren Mindestmaßen (ab 0,5 mm) gefertigt werden als mit SLS (ab 0,8 mm).

Kosten

Die Herstellungskosten von Einzelanfertigungen liegen bei MJF und SLS ungefähr gleichauf, MJF-Teile sind bei großen Stückzahlen jedoch günstiger. Dies liegt daran, dass HP MJF-Drucker mehrere Teile gleichzeitig Drucken können.

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Wahl des richtigen 3D-Druckverfahrens

EigenschaftSLSMJF
WerkstoffeKompatibel mit mehreren Materialien, inklusive PA 11, PA 12, PA 12 GF, TPU, PEBA 2301 3D, und AlumideBisher nur kompatibel mit PA 11, PA 12, PA 12 GF und TPU
MaßgenauigkeitFertigt Teile mit etwas höhere Maßgenauigkeit als MJFFertigt Teile mit sehr hoher Maßgenauigkeit
BearbeitungsdauerFertigung dauert länger als bei MJF, insbesondere bei großen StückzahlenBenötigt weniger Zeit für die Fertigung als SLS. Dies liegt an der abnehmbaren Bauplattform, durch die Teile außerhalb des Druckers abkühlen können. Die Drucker können außerdem mehrere Teile gleichzeitig drucken
OberflächeHergestellte Teile besitzen eine raue, körnige OberflächeHergestellte Teile besitzen ebenfalls eine raue, körnige Oberfläche. Diese ist aber etwas glatter als bei SLS-Teilen
TeilgrößeTeile mit Abmessungen von bis zu 600 x 350 x 560 mm und Mindestmerkmalgrößen ab 0,8 mmTeile mit Abmessungen von bis zu 380 x 284 x 380 mm und Mindestmerkmalgrößen ab 0,5 mm
KostenDie Herstellungskosten von Einzelanfertigungen sind ungefähr gleich, MJF-Teile sind aber bei großen Stückzahlen günstiger

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