Stereolithographie — die ursprüngliche 3D-Drucktechnologie

Die Stereolithographie (SLA) wurde 1984 von Chuck Hull – dem Gründer von 3D Systems – erfunden und patentiert und ist die ursprüngliche Technologie, die als Grundlage des modernen 3D-Drucks dient. Es war SLA, das ursprünglich dazu beitrug, den 3D-Druck als praktikables Werkzeug für Hersteller zu etablieren und andere dazu ermutigte, neue Druckmethoden und neue Anwendungen für die Technologie zu erkunden. Es ist ein Beweis für die ursprüngliche Vision von Hull, dass SLA auch heute noch in einer Vielzahl von Branchen sowohl von erfahrenen Fachleuten als auch von aufstrebenden Hobbyisten eingesetzt wird.

Wie funktioniert es?

Bei der Stereolithographie werden Teile schichtweise aufgebaut, indem ultraviolette Strahlen in einen Bottich aus Photopolymerharz gebrannt werden. Der Strahl bewirkt, dass das Harz aushärtet und sich verfestigt, sodass die Teile schichtweise aufgebaut werden können. Sobald das gesamte Teil fertig ist, wird es aus dem Bottich entnommen und in ein lösemittelhaltiges chemisches Bad gelegt, um überschüssiges Material zu entfernen und eine glatte Oberfläche zu erzielen. Schließlich wird das Teil in einem UV-Ofen ausgehärtet, um sicherzustellen, dass es richtig ausgehärtet ist.

Anträge für SLA

Die Stereolithographie hat sich ursprünglich als Werkzeug für das Rapid Prototyping etabliert und ist bis heute ihre Hauptanwendung. Die Geschwindigkeit, mit der es einen hochpräzisen Druck eines 3D-Modells erzeugen kann, macht es gut geeignet für einen schnelllebigen Prototyping-Prozess, bei dem viele Iterationen eines Teils hergestellt werden, bevor die Produktion schließlich fortgesetzt wird. SLA bietet ein hohes Maß an Genauigkeit mit wenigen der sichtbaren Schichten, die andere Techniken oft erzeugen.

Zum Zeitpunkt des Schreibens muss SLA noch in den Produktionslebenszyklus Einzug halten. Trotz ihrer Geschwindigkeit sind die verwendeten photopolymeren Materialien im Vergleich zu anderen 3D-Drucktechnologien recht teuer, sodass eine Großserienproduktion wahrscheinlich keine kostengünstige Option ist. Immer häufiger nutzen Hersteller jedoch den SLA-Druck, um Abgüsse oder Muster für andere Technologien wie Spritzguss oder Sandguss zu erzeugen, die mehrfach verwendet werden können und deutlich schneller als mit herkömmlichen Verfahren hergestellt werden können. Gelegentlich wird es auch für Einzelstücke verwendet, die exakt nach Kundenspezifikationen gefertigt werden müssen. SLA-Techniken wurden beispielsweise erfolgreich eingesetzt, um individuell angepasste Hörgeräte zu drucken.

Die Materialien

Die Stereolithographie basiert ausschließlich auf photopolymeren Materialien, die sich beim Drucken wie gewünscht verhalten. Trotz dieser offensichtlichen Einschränkung ist das Angebot an bedruckbaren Materialien im Laufe der Jahre jedoch erheblich gewachsen und bietet den Herstellern eine beträchtliche Auswahl. Harze sind in einer Vielzahl von Farben und mit mechanischen Eigenschaften erhältlich, die andere gängige Materialien wie ABS simulieren. Harze sind auch für spezielle Anwendungen erhältlich, beispielsweise für Dentalteile.

Einige praktische Tipps für erstklassigen SLA-Druck

• Berücksichtigen Sie Ihre Stützstrukturen. Alle SLA-Teile benötigen während des Drucks Stützstrukturen, um ein Verziehen zu vermeiden, daher müssen diese in Ihrem Design berücksichtigt werden. Vermeiden Sie freitragende Überhänge von mehr als 19 Grad. Stützstrukturen können nach dem Aushärten abgeklipst oder weggeschnappt und Materialreste abgeschliffen werden, um ein glattes Finish zu erzielen.
• Vermeiden Sie kleine Löcher und dünne Wände, da diese sich vor allem während des Aushärteprozesses verziehen können.
• Wenn Sie vorhaben, ineinandergreifende Teile in einen Druck zu integrieren, stellen Sie sicher, dass sie den richtigen Abstand haben. Als Faustregel gilt ein Spiel von 0,5 mm für bewegliche Teile und 0,1 bis 0,2 mm für Teile, die zusammenpassen müssen.
• Überlegen Sie, wie Sie Ihre Materialkosten senken können. Wie oben erwähnt, sind SLA-Materialien ziemlich teuer, daher ist es eine gute Idee, Ihr Teil nach Möglichkeit auszuhöhlen, um den Materialverbrauch zu minimieren. Wenn Sie dies tun, stellen Sie sicher, dass Sie Löcher einbringen, damit überschüssiges Harz vor dem Aushärten ablaufen kann. Geschieht dies nicht, kann das überschüssige Material zu Löchern oder Rissen führen.
• SLA-Drucke werden häufig in der Nachbearbeitungsphase nass geschliffen, um ein glatteres Finish zu erzielen. Dies kann zu Flecken im Lack führen, eine Mineralölschicht nach dem Schleifen schafft hier Abhilfe. Alternativ können für einfache Formen ohne feine Details verschiedene Schleifpapiersorten verwendet werden, um ein glattes, transparentes Finish zu erzielen.
• Wählen Sie das richtige Finish! Wie bei SLS steht auch für den SLA-Druck eine breite Palette von Finishing-Optionen zur Verfügung, die sowohl funktionale als auch kosmetische Optionen umfassen. Zum Beispiel wird ein Acryl-Finish oft verwendet, um Teile vor UV-Strahlen zu schützen und dafür zu sorgen, dass sie länger wie neu aussehen.

Auch wenn neue Technologien auf den Markt kommen, gibt es keine Anzeichen dafür, dass SLA verschwindet. Wir erwarten, dass sich im Zuge der Weiterentwicklung der additiven Fertigung, der Verbesserung der Materialwissenschaften und des Vertrauens in die Technologie sowohl in der Industrie als auch in der Öffentlichkeit weiterhin neue Anwendungsmöglichkeiten ergeben.