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

SLA (Stereolithografie) war eine der ersten 3D-Drucktechnologien, die kommerzialisiert wurden. Sie verwendet Acrylat- oder andere Harze, die mit einem ultravioletten (UV) Laser ausgehärtet werden müssen. Die Technologie wurde auf verschiedene Weise neu interpretiert. Ihre Materialauswahl ist auch erheblich gewachsen – Sie finden jetzt starre, flexible, hitzebeständige, chemisch beständige, biokompatible und andere Harzoptionen. Xometry bietet sofortige Angebote für diesen Prozess an und tut dies seit 2018. Es ist einer unserer beliebtesten 3D-Druckprozesse.

Der SLA-Prozess nimmt ein 3D-Modell einer Komponente und rendert es in festes Plastik. Das Computermodell wird zuerst digital in Schichten „gesliced“, damit 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 ein Hintergrundverständnis der Vorteile, Materialien, Anwendungen und mehr der SLA-Technologie.

Was ist SLA 3D-Druck?

SLA ist ein 3D-Druckverfahren, das einen scannenden UV-Laser verwendet, um die Oberflächenschicht von fotosensitivem Harz auszuhärten. Das Harz wird in einem Becken bereitgestellt, und in der überwiegenden Mehrheit der SLA-Maschinen wird das Teil kopfüber gebaut. Mit jeder Schicht bewegt sich die Bauplatte nach oben, sodass es so aussieht, als wüchse das Teil aus dem flüssigen Polymer. Die Maschine muss auch notwendige Stützstrukturen drucken, um Überhänge im Design zu stützen.

Die im Prozess verwendeten UV-empfindlichen Photopolymere werden gemeinsam als „Harze“ bezeichnet. Es handelt sich um fotokatalysierte Acrylat-Monomere, die bei Bestrahlung mit UV-Laserlicht vernetzt werden. Dieses Prinzip ermöglicht es der Maschine, Details so klein wie die Breite des Laserstrahls zu erstellen.

SLA-Modelle werden manchmal in einem teilweise ausgehärteten Zustand gedruckt. Diese Modelle erfordern Nachbearbeitung in Form zusätzlicher UV-Belichtung, um den Vernetzungsprozess abzuschließen. Dieser zusätzliche Prozessschritt hilft, teilweise ausgehärtetes Harz zu eliminieren, das aufgrund von Rückstreuung und Beugung des UV-Strahls nicht vollständig ausgehärtet ist. Ob Nachhärtung durchgeführt wird oder nicht, alle Teile müssen nach Abschluss des Drucks gewaschen werden, um das Oberflächenharz zu entfernen. Das Waschen erfolgt generell in einem Isopropylalkoholbad. Die Entfernung des gedruckten Stützgerüsts erfolgt danach.

Weitere Informationen finden Sie in unserem Artikel über alles zum 3D-Druck.

SLA-gedruckte Tags

Was ist die SLA 3D-Druck-Lichtquelle?

Die SLA 3D-Druck-Lichtquelle ist ein UV-Laser, der als Aushärtemechanismus der Stereolithografie-Maschine fungiert. Diese Lichtquelle ist präzise auf den im Harz verwendeten Katalysator abgestimmt. Allerdings verwenden verschiedene Hersteller unterschiedliche Wellenlängen. Der häufigste SLA-Laser ist ein 395 µm Wellenlängen-Laserdiodensystem. Er erzeugt 300–500 mW Leistung im Strahl, der auf einen Durchmesser von ca. 300 µm kollimiert ist. Eine Vielzahl anderer Laserlichtquellen findet sich in einigen Geräten, mit Katalysatoren passend zu ihrem Frequenzbereich. Andere Arten von UV-Lichtquellen werden in Ganzschicht-Stereolithografie verwendet. Diese Lampen verwenden entweder einen Projektor aus mikroskopischen Spiegeln (bei Digital Light Processing oder DLP-Druckern) oder eine LCD-Maske (normalerweise als maskierte Stereolithografie oder MSLA bezeichnet).

Wo wird SLA 3D-Druck eingesetzt?

SLA 3D-Druck wird für Anwendungen wie folgt verwendet:

• Prototyping: Da sie feine Details enthalten können, können SLA-gedruckte Teile als Ingenieur-Testmodelle verwendet werden.
• Fertigung: SLA erstellt funktionale Teile für Situationen, die nicht viel Spannungsfestigkeit erfordern.
• Engineering und Produktdesign: SLA-Teile können von Hand nachbearbeitet und lackiert werden, um hochwertige Pre-Tooling-Prototypen zu erstellen.
• Schmuck: SLA-Maschinen können kosmetische Testartikel für Juweliere erstellen.
• Zahnmedizin: SLA kann verschiedene zahnmedizinische Produkte erstellen, einschließlich Weichgewebe, Zahn-, Knochen-Implantat-Materialien und Gusskavitäten für Polyurethan- und Silikonformen.
• Gesundheitswesen: SLA-Prozesse können medizinische Implantate mit spezialisierten Materialien herstellen.

SLA – sowie Carbon DLS und PolyJet 3D-Druck – verwendet fotohärtende Flüssigharze anstelle von Pulvern oder Filament. Eine sehr dünne, sehr gleichmäßige, voll dichte Schicht Flüssigharz wird für jede Schicht aufgetragen. Daher haben SLA-Drucke auch bei gleicher Schichtdicke eine viel glattere Oberflächenbeschaffenheit ohne Extrusionsspuren oder pudrige Oberflächenschichten.

Christian Tsu-Raun

Team Lead, Manual Quoting

Welche Materialien werden im SLA 3D-Druck verwendet?

SLA 3D-Drucker können mit diesen Materialien drucken:

1. Allzweck-Acrylharze: Diese Materialien sind in verschiedenen Zähigkeiten und Transparenzen verfügbar.
2. Flexible Polyurethan-Elastomere: Verwendet für flexible Teile.
3. Starre Polyurethane: Diese haben guten kosmetischen Wert, sind langlebiger als Allzweckmaterialien und eignen sich gut für Produktversuche oder Prototypstücke.
4. Starre Harze: Diese sind chemisch und thermisch stabil und für Engineering-Testteile geeignet.
5. Zahnmedizinische und medizinische Harze: Diese Harze sind medizinisch sicher und ermöglichen schnellere Builds, Qualitätsfinishs und transparente Artikel wie Mundschienen, Schienen usw.
6. ESD-Harze: Diese Harze eignen sich zur Herstellung elektrostatisch sicherer Vorrichtungen für die Fertigung.

Ein SLA Xometry Logo aus Accura Xtreme Gray Material

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

SLA 3D-Druck wurde erstmals in den 1980er Jahren von Hideo Kodama entwickelt. Er war der Erste, der UV-gehärtete Polymere verwendete, um „dünne Scheiben“ von Kunststoff aus einem ungehärteten Harzbecken zu „drucken“. 1984 benannte Chuck Hull den Prozess Stereolithografie und sicherte ein Patent. Dieses Patent schützte eine „Methode zur Erstellung 3D-Objekte“ durch Schichten sequentieller, gegenseitig verbundener „Scheiben“ des Objekts.

Der UV-Laser der Maschine ist entscheidend für die Erstellung präziser Details mit engen Auflösungen. Er scannt über die Oberfläche des Harzbeckens und induziert Vernetzungen im Material. SLA war der erste erfolgreiche additive Fertigungsprozess, der geschichtete Scheiben verwendete. Die Technologie wurde Mitte bis Ende der 80er Jahre unter dem Unternehmen 3D Systems auf den Markt gebracht.

Wie SLA 3D-Druck funktioniert

SLA 3D-Druck funktioniert, indem ein UV-Laser in der X-Y-Ebene bewegt wird. Das UV-Licht löst Katalysatoren im flüssigen Monomerharz aus. Die Bauplatte beginnt an der Oberfläche des Harzbeckens, und Bereiche, wo der Laser sowohl Harz als auch die feste Plattenoberfläche trifft, werden dann polymerisiert und an der Bauplatte befestigt. Mit dieser „Schicht“ abgeschlossen, bewegt sich die Bauplatte nach oben, sodass die nächste Schicht sich an die vorherige anheften kann. Durch Wiederholung dieses Prozesses wird das Teil scheinbar aus dem flüssigen Becken wachsen. Drucke beginnen normalerweise mit dem Boden des Teils, und das Teil wird kopfüber gedruckt.

Nach dem Entfernen muss das Teil gewaschen werden, um nicht ausgehärtetes Harz zu entfernen. Alle Stützgerüstelemente können dann entfernt werden.

Was sind SLA-Druckparameter?

Die Druckparameter einer SLA-Maschine werden normalerweise von den Herstellern festgelegt. Nur die Teileausrichtung und Schichthöhe können geändert werden. Tabelle 1 unten zeigt einen Vergleich der zwei gängigen SLA-Druckerausrichtungen:

Einstellung	Bottom-up SLA Drucker (Desktop)	Top-down SLA Drucker (Industrial)
Typische Schichthöhe	25 bis 100 µm	25 bis 150 µm
Dimensionsgenauigkeit	± 0,5 % (untere Grenze: ± 0,010 bis 0,250 mm)	± 0,15 % (untere Grenze: ± 0,010 bis 0,030 mm)
Baugröße	Bis zu 145 x 145 x 175 mm	Bis zu 1500 x 750 x 500 mm

Tabelle 1. SLA Drucker Charakteristika

Was unterscheidet SLA 3D-Druck?

SLA unterscheidet sich von anderen 3D-Drucksystemen und -prozessen durch seine breite Palette an Materialien mit sehr vielfältigen Eigenschaften und kosmetischen Qualitäten. SLA-Materialien haben sich seit ihrem Markteintritt signifikant verbessert und diversifiziert. Ein weiterer Unterscheidungsfaktor für SLA ist seine Oberflächenbeschaffenheit – einer der höchsten Standards in der Industrie. Die größten SLA-Maschinen wurden für die Automobilindustrie entwickelt und können ganze Karosserieteile, Armaturenbretter usw. bauen.

Welche Optionen gibt es für SLA-Nachbearbeitung?

SLA-Nachbearbeitung beginnt mit dem Entfernen von ungehärtetem „nassem“ Harz. Bottom-up-Drucker müssen vor der Nachbearbeitung entleert werden, während Top-down-Geräte keine solche Verzögerung erfordern. In beiden Fällen müssen Teile jedoch gewaschen werden, um verbleibende Flüssigkeit zu entfernen. Obwohl manuelles Sprühkabinenwaschen noch üblich ist, werden automatische Lösungen für diese Waschphase vermarktet. Einige Harze erfordern zusätzliche Nachhärtung unter UV-Strahlung. Einmal abgeschlossen, werden Stützgerüste dann entweder manuell oder durch automatisierte Geräte entfernt. An diesem Punkt werden Modelle normalerweise als abgeschlossen betrachtet. Jede weitere Bearbeitung wie Schleifen oder Lackieren zielt typischerweise darauf ab, das kosmetische Erscheinungsbild des Teils zu verbessern.

Was sind einige der Vorteile von SLA 3D-Druck?

SLA 3D-Druck bietet eine breite Palette von Vorteilen. Diese sind in Tabelle 2 dargestellt:

Vorteile
Materialeigenschaften: SLA hat eine breite Palette von Materialeigenschaften, abhängig vom Lieferanten.
Flexibilität: Wenige 3D-Druckverfahren können Pseudo-Elastomermaterialien bieten, aber SLA ist eine gute Option dafür.
Teiloberflächenbeschaffenheit: SLA produziert Teile mit hervorragender Oberflächenbeschaffenheit. Sie eignen sich für High-Spec-Finishes und nehmen auch bereitwillig Farbe an.
Feine Details von Teilen: SLA ist gut für feine Details, solange die richtige Ausrüstung, Harz und Dienstleister gewählt wird. Merkmale bis 0,1 mm sind leicht zu erreichen.
Auflösungsgleichmäßigkeit: SLA hat hohe Auflösung entlang der Z-Achse, aber weniger in X-Y. Sorgfalt bei Prozessauswahl und Bauausrichtung sind wichtig.
Produktion komplexer Teile: SLA kann komplexe Teile präzise reproduzieren.
Gekrümmte Oberflächen: Z-Stufen auf gekrümmten Oberflächen sind kaum erkennbar.
Druckprozess: Der Druckprozess kann schnell sein, vorausgesetzt, das Gesamtteil ist nicht zu hoch entlang der Z-Achse des Druckers.

Tabelle 2. SLA 3D-Druck Vorteile

Was sind einige der Nachteile von SLA 3D-Druck?

Nachteile von SLA-Maschinen sind in Tabelle 3 dargestellt:

Nachteile	Beschreibung
Hohe Teilkosten	Druckharz kostet 200 $ pro Liter.
Verschleißfestigkeit	Die meisten SLA-Materialien performen schlecht in Situationen von Abrieb oder Haftreibung, daher sollten sie nicht in bewegten Baugruppen verwendet werden. Hochfeste SLA-Materialien sind besser, kosten aber mehr.
Hohe Gerätekosten	Industrielle SLA-Maschinen kosten 200.000 $, während weniger leistungsfähige Desktop-Maschinen bei 3.750 $ beginnen.
Laserbasiertes System	Laserbasierte Systeme erfordern sehr sorgfältige Sicherheitsüberwachung und Schulung.
Anspruchsvolle Maschinenwartung	Die Laser und das flüssige Harz machen die Maschinenwartung anspruchsvoll oder herausfordernd.
Unterschiedliche Auflösung	Da die Auflösung in der X-Y-Ebene von der entlang der Z-Achse abweicht, kommen manche feinen Details möglicherweise nicht richtig heraus.
Selektive Materialeigenschaften	Teile aus einfacheren und gängigeren Harzen neigen dazu, spröde zu sein und können unter konstanter Last kriechen.

Tabelle 3. Nachteile von SLA 3D-Druck

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

In den meisten Fällen ist die Antwort ja. SLA 3D-Druck passt zu einer riesigen Vielfalt von Projekten. Bediener müssen einfach die richtigen Materialien für den Job wählen. Aber die Aufgabe, eine 3D-Drucktechnologie auszuwählen, ist ein schwieriger Prozess; viele Stile haben überlappende Anforderungen und Fähigkeiten. SLA ist am besten für Teile, die glatte Oberflächen, feine Details und hohe Auflösung erfordern.

Zusammenfassung

Xometry bietet eine breite Palette an Fertigungsmöglichkeiten, einschließlich Stereolithografie (SLA) 3D-Druckservice und Mehrwertdiensten für all Ihre Prototyping- und Produktionsanforderungen. Fordern Sie noch heute ein sofortiges Angebot an.

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Dean McClements

Dean McClements ist ein B.Eng Honors Absolvent in Maschinenbau mit über zwei Jahrzehnten Erfahrung in der Fertigungsindustrie. Seine berufliche Laufbahn umfasst bedeutende Rollen bei führenden Unternehmen wie Caterpillar, Autodesk, Collins Aerospace und Hyster-Yale, wo er ein tiefes Verständnis für Ingenieurprozesse und Innovationen entwickelte.

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