Stereolithographie (SLA):Ein umfassender Leitfaden zu 3D-Drucktechnologie, Materialien und Vorteilen

SLA (Stereolithographie) gehörte zu den ersten 3D-Drucktechnologien, die kommerzialisiert wurden. Dabei werden Acryl- oder andere Harze verwendet, die mit einem ultravioletten (UV) Laser ausgehärtet werden müssen. Die Technologie wurde auf verschiedene Weise neu interpretiert. Auch die Auswahl an Materialien ist erheblich gewachsen – Sie finden jetzt starre, flexible, hitzebeständige, chemikalienbeständige, biokompatible und andere Harzoptionen. Xometry zitiert dieses Verfahren sofort, und das bereits seit 2018. Es ist eines unserer beliebtesten 3D-Druckverfahren.

Beim SLA-Verfahren wird ein 3D-Modell eines Bauteils in festen Kunststoff umgewandelt. Das Computermodell wird zunächst digital in Schichten „geschnitten“, sodass der Drucker jede Schicht methodisch mit der vorherigen verbinden kann. SLA-Maschinen drucken Prototypenteile, Testkomponenten, medizinische Hilfsmittel, Werkzeuge, kosmetische Teststücke und vieles mehr.

Dieser Artikel bietet einen Hintergrundüberblick über die Vorteile, Materialien, Anwendungen und mehr der SLA-Technologie.

Was ist SLA-3D-Druck?

SLA ist ein 3D-Druckverfahren, bei dem ein scannender UV-Laser zum Aushärten der Oberflächenschicht aus lichtempfindlichem Harz verwendet wird. Das Harz wird in einem Bad zugeführt und bei den meisten SLA-Maschinen wird das Teil verkehrt herum gebaut. Mit jeder Schicht bewegt sich die Bauplatte nach oben, sodass es aussieht, als ob das Teil aus dem flüssigen Polymer herauswächst. Die Maschine muss auch die notwendigen Stützstrukturen drucken, um Überhänge innerhalb des Designs zu unterstützen. 

Die dabei verwendeten UV-empfindlichen Photopolymere werden zusammenfassend als „Harze“ bezeichnet. Dabei handelt es sich um photokatalysierte Acrylmonomere, die bei Einwirkung von UV-Laserlicht vernetzt werden. Dieses Prinzip ermöglicht es der Maschine, Details zu erzeugen, die nur der Breite des Laserstrahls entsprechen. 

SLA-Modelle werden manchmal in teilweise ausgehärtetem Zustand gedruckt. Diese Modelle erfordern eine Nachbearbeitung in Form einer zusätzlichen UV-Bestrahlung, um den Vernetzungsprozess abzuschließen. Dieser zusätzliche Prozessschritt trägt dazu bei, teilweise erstarrtes Harz zu eliminieren, das aufgrund von Rückstreuung und Beugung des UV-Strahls nicht vollständig ausgehärtet ist. Unabhängig davon, ob eine Nachhärtung durchgeführt wird oder nicht, müssen alle Teile nach Abschluss des Druckvorgangs gewaschen werden, um das Oberflächenharz zu entfernen. Das Waschen erfolgt im Allgemeinen in einem Isopropylalkoholbad. Anschließend erfolgt die Entfernung des gedruckten Stützgerüsts.

Weitere Informationen finden Sie in unserem Artikel rund um den 3D-Druck.

SLA-gedruckte Etiketten

Was ist die SLA-3D-Drucklichtquelle?

Die SLA-3D-Drucklichtquelle ist ein UV-Laser, der als Aushärtungsmechanismus der Stereolithographiemaschine fungiert. Diese Lichtquelle ist genau auf den im Harz verwendeten Katalysator abgestimmt. Allerdings verwenden verschiedene Hersteller unterschiedliche Wellenlängen. Der gebräuchlichste SLA-Laser ist ein Laserdiodensystem mit einer Wellenlänge von 395 µm. Es erzeugt eine Leistung von 300–500 mW im Strahl, der auf einen Durchmesser von etwa 300 µm kollimiert wird. In einigen Geräten sind eine Vielzahl anderer Laserlichtquellen mit Katalysatoren enthalten, die zu ihrem Frequenzbereich passen. Andere Arten von UV-Lichtquellen werden in der Ganzschicht-Stereolithographie verwendet. Diese Lampen verwenden entweder einen Projektor aus mikroskopischen Spiegeln (im Fall der digitalen Lichtverarbeitung oder DLP-Drucker) oder eine LCD-Maske (üblicherweise als maskierte Stereolithographie oder MSLA bezeichnet).

Wo wird SLA-3D-Druck eingesetzt?

SLA 3D-Druck wird für Anwendungen verwendet wie:

• Prototyping: Da sie feine Details enthalten können, können SLA-gedruckte Teile als technische Testmodelle verwendet werden.
• Herstellung: SLA erstellt Funktionsteile für Situationen, die keine große Stressbelastbarkeit erfordern.
• Engineering und Produktdesign: SLA-Teile können von Hand bearbeitet und lackiert werden, um hochwertige Prototypen vor dem Werkzeugbau zu erstellen.
• Schmuck: SLA-Maschinen können kosmetische Testartikel für Juweliere herstellen.
• Zahnärztliche Arbeiten: SLA kann verschiedene zahnmedizinische Produkte herstellen, darunter Weichgewebe, Zähne, Knochenimplantatmaterialien und Gusskavitäten für den Polyurethan- und Silikonguss.
• Gesundheitswesen: SLA-Prozesse können medizinische Implantate aus speziellen Materialien herstellen.

SLA – sowie Carbon DLS und PolyJet 3D-Druck – verwenden fotohärtende Flüssigharze anstelle von Pulvern oder Filamenten. Für jede Schicht wird eine sehr dünne, sehr gleichmäßige, völlig dichte Schicht flüssigen Harzes aufgetragen. Daher weisen SLA-Drucke selbst bei gleicher Schichtdicke eine viel glattere Oberflächenbeschaffenheit ohne Extrusionsspuren oder pudrige Oberflächenschichten auf.

Christian Tsu-Raun

Teamleiter, manuelle Angebotserstellung

Welche Materialien werden beim SLA-3D-Druck verwendet?

SLA-3D-Drucker können mit diesen Materialien drucken:

1. Allzweck-Acrylharze: Diese Materialien sind in verschiedenen Härten und Transparenzen erhältlich.
2. Flexible Polyurethan-Elastomere: Wird für flexible Teile verwendet.
3. Starre Polyurethane: Diese haben einen guten kosmetischen Wert, sind haltbarer als Allzweckmaterialien und eignen sich gut für Produkttests oder Prototypen.
4. Starre Harze :Diese sind chemisch und thermisch stabil und eignen sich für die Konstruktion von Testteilen.
5. Zahnmedizinische und medizinische Harze: Diese Harze sind medizinisch unbedenklich und sorgen für schnellere Aufbauten, hochwertige Oberflächen und transparente Artikel wie Mundschutz, Schienen usw.
6. ESD-Harze: Diese Harze eignen sich zur Herstellung elektrostatisch sicherer Vorrichtungen für die Fertigung.

Ein SLA Xometry-Logo aus Accura Xtreme Grey-Material

Wann wurde SLA-3D-Druck zum ersten Mal eingesetzt?

Der SLA-3D-Druck wurde erstmals in den 1980er Jahren von Hideo Kodama entwickelt. Er war der Erste, der UV-gehärtete Polymere verwendete, um dünne Kunststoffscheiben aus einem ungehärteten Harzbad zu „drucken“. 1984 nannte Chuck Hull das Verfahren Stereolithographie und ließ es patentieren. Dieses Patent schützte eine „Methode zur Erstellung von 3D-Objekten“ durch die Schichtung aufeinanderfolgender, miteinander verbundener „Scheiben“ des Objekts.

Der UV-Laser der Maschine trägt entscheidend dazu bei, präzise Details mit hoher Auflösung zu erzeugen. Es scannt die Oberfläche des Harzpools und induziert Vernetzungen im Material. SLA war das erste erfolgreiche additive Fertigungsverfahren, bei dem geschichtete Scheiben zum Einsatz kamen. Die Technologie wurde Mitte bis Ende der 80er Jahre unter dem Unternehmen 3D Systems auf den Markt gebracht.

So funktioniert SLA-3D-Druck

Beim SLA-3D-Druck wird ein UV-Laser in der X-Y-Ebene bewegt. Das UV-Licht löst im flüssigen Monomerharz Katalysatoren aus. Die Druckplatte beginnt an der Oberfläche des Harzpools und Bereiche, in denen der Laser sowohl auf das Harz als auch auf die feste Plattenoberfläche trifft, werden dann polymerisiert und an der Bauplatte befestigt. Wenn diese „Schicht“ fertig ist, bewegt sich die Bauplatte nach oben, sodass die nächste Schicht an der vorherigen anhaften kann. Durch die Wiederholung dieses Vorgangs wird es so aussehen, als ob das Teil aus dem Flüssigkeitspool herauswächst. Der Druck beginnt normalerweise an der Unterseite des Teils und das Teil wird verkehrt herum gedruckt. 

Nach dem Entfernen muss das Teil gewaschen werden, um nicht ausgehärtetes Harz zu entfernen. Eventuelle tragende Gerüstelemente können anschließend weggeschnitten werden. 

Was sind die Druckparameter von SLA Printing?

Die Druckparameter einer SLA-Maschine werden in der Regel vom Hersteller festgelegt. Es können nur die Teileausrichtung und die Schichthöhe geändert werden. Tabelle 1 unten zeigt einen Vergleich der beiden gängigen SLA-Druckerausrichtungen:

Einstellung Bottom-up-SLA-Drucker (Desktop) Top-Down-SLA-Drucker (Industrie)

Einstellung

Typische Schichthöhe

Bottom-up-SLA-Drucker (Desktop)

25 bis 100 µm

Top-Down-SLA-Drucker (Industrie)

25 bis 150 µm

Einstellung

Maßhaltigkeit

Bottom-up-SLA-Drucker (Desktop)

± 0,5 % (Untergrenze:± 0,010 bis 0,250 mm)

Top-Down-SLA-Drucker (Industrie)

± 0,15 % (Untergrenze:± 0,010 bis 0,030 mm)

Einstellung

Baugröße

Bottom-up-SLA-Drucker (Desktop)

Bis zu 145 x 145 x 175 mm

Top-Down-SLA-Drucker (Industrie)

Bis zu 1500 x 750 x 500 mm

Tabelle 1. SLA-Druckereigenschaften

Was zeichnet den SLA-3D-Druck aus?

SLA zeichnet sich gegenüber anderen 3D-Drucksystemen und -verfahren durch seine große Materialvielfalt mit sehr unterschiedlichen Eigenschaften und kosmetischen Qualitäten aus. SLA-Materialien haben sich seit ihrem Erscheinen auf dem Markt erheblich verbessert und diversifiziert. Ein weiteres Unterscheidungsmerkmal für SLA ist die Oberflächenbeschaffenheit – einer der höchsten Standards in der Branche. Die größten SLA-Maschinen wurden für die Automobilindustrie entwickelt und können ganze Karosserieteile, Armaturenbretter usw. bauen.

Welche Optionen gibt es für die SLA-Nachbearbeitung?

Die SLA-Nachbearbeitung beginnt mit der Entfernung von nicht ausgehärtetem „nassem“ Harz. Bottom-Up-Drucker müssen vor der Nachbearbeitung entleert werden, während Top-Down-Geräte keine solche Verzögerung erfordern. In beiden Fällen müssen die Teile jedoch gewaschen werden, um eventuelle Flüssigkeitsreste zu entfernen. Obwohl manuelles Waschen in Spritzkabinen immer noch üblich ist, werden für diese Waschphase automatische Lösungen vermarktet. Einige Harze erfordern eine zusätzliche Nachhärtung unter UV-Strahlung. Sobald die Stützgerüste fertig sind, werden sie entweder manuell oder durch automatisierte Geräte entfernt. Zu diesem Zeitpunkt gelten Modelle normalerweise als vollständig. Jede weitere Bearbeitung wie Schleifen oder Lackieren zielt in der Regel darauf ab, das kosmetische Erscheinungsbild des Teils zu verbessern.

Was sind einige der Vorteile des SLA-3D-Drucks?

Der SLA-3D-Druck bietet zahlreiche Vorteile. Diese sind in Tabelle 2 aufgeführt:

Vorteile

Vorteile

Materialeigenschaften

SLA verfügt je nach Lieferant über unterschiedlichste Materialeigenschaften.

Vorteile

Flexibilität

Nur wenige 3D-Druckverfahren können Pseudoelastomermaterialien anbieten, aber SLA ist hierfür eine gute Option. 

Vorteile

Oberflächenbeschaffenheit der Teile

SLA produziert Teile mit hervorragender Oberflächengüte. Sie eignen sich für hochwertige Lackierungen und nehmen auch problemlos Farbe auf.

Vorteile

Feine Details der Teile

SLA eignet sich für feine Details, sofern die richtige Ausrüstung, das richtige Harz und der richtige Dienstleister ausgewählt werden. Merkmale bis zu 0,1 mm sind einfach zu erreichen.

Vorteile

Einheitliche Auflösung

SLA hat eine hohe Auflösung entlang der Z-Achse, jedoch weniger in X-Y. Sorgfalt bei der Prozessauswahl und der Build-Ausrichtung sind wichtig.

Vorteile

Herstellung komplexer Teile

SLA kann komplexe Teile präzise reproduzieren.

Vorteile

Gekrümmte Oberflächen

Z-Stufen auf gekrümmten Oberflächen sind kaum erkennbar.

Vorteile

Druckvorgang

Der Druckvorgang kann schnell erfolgen, vorausgesetzt, dass das gesamte Teil entlang der Z-Achse des Druckers nicht zu hoch ist.

Tabelle 2. Vorteile des SLA-3D-Drucks

Was sind einige der Nachteile des SLA-3D-Drucks?

Die Nachteile von SLA-Maschinen sind in Tabelle 3 aufgeführt:

Nachteile Beschreibung

Nachteile

Hohe Teilekosten

Beschreibung

Druckharz kostet 200 $ pro Liter.

Nachteile

Verschleißfestigkeit

Beschreibung

Die meisten SLA-Materialien weisen bei Abrieb oder Haftreibung eine schlechte Leistung auf und sollten daher nicht in beweglichen Baugruppen verwendet werden. Hochfeste SLA-Materialien sind besser, kosten aber mehr.

Nachteile

Hohe Ausrüstungskosten

Beschreibung

Industrielle SLA-Maschinen kosten 200.000 US-Dollar, während weniger leistungsstarke Desktop-Maschinen bei 3.750 US-Dollar beginnen.

Nachteile

Laserbasiertes System

Beschreibung

Laserbasierte Systeme erfordern eine sehr sorgfältige Sicherheitsüberwachung und Schulung.

Nachteile

Anspruchsvolle Maschinenwartung

Beschreibung

Die Laser und das flüssige Harz machen die Maschinenwartung anspruchsvoll oder schwierig durchzuführen.

Nachteile

Andere Auflösung

Beschreibung

Da sich die Auflösung in der X-Y-Ebene von der Auflösung entlang der Z-Achse unterscheidet, werden einige feine Details möglicherweise nicht richtig wiedergegeben.

Nachteile

Selektive Materialeigenschaften

Beschreibung

Teile aus einfacheren und gebräuchlicheren Harzen neigen dazu, spröde zu sein und können unter konstanter Belastung kriechen.

Tabelle 3. Nachteile des SLA-3D-Drucks

Ist SLA-3D-Druck für Ihr Bauteil oder Projekt geeignet?

In den meisten Fällen lautet die Antwort ja. Der SLA-3D-Druck eignet sich für eine Vielzahl von Projekten. Bediener müssen lediglich die richtigen Materialien für die jeweilige Aufgabe auswählen. Doch die Auswahl einer 3D-Drucktechnologie ist ein schwieriger Prozess; Viele Stile haben überschneidende Anforderungen und Fähigkeiten. SLA eignet sich am besten für Teile, die glatte Oberflächen, feine Details und eine hohe Auflösung erfordern.

Zusammenfassung

Xometry bietet eine breite Palette an Fertigungsmöglichkeiten, darunter Stereolithographie (SLA) 3D-Druckservice und Mehrwertdienste für alle Ihre Prototyping- und Produktionsanforderungen. Fordern Sie noch heute ein sofortiges Angebot an.

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Dean McClements

Dean McClements hat einen Bachelor-Abschluss in Maschinenbau mit Auszeichnung und über zwei Jahrzehnte Erfahrung in der Fertigungsindustrie. Sein beruflicher Werdegang umfasst wichtige Positionen bei führenden Unternehmen wie Caterpillar, Autodesk, Collins Aerospace und Hyster-Yale, wo er ein tiefes Verständnis für technische Prozesse und Innovationen entwickelte.

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