SLA oder SL steht für Stereolithografie und war die erste additive Fertigungstechnologie, die in den 80er Jahren entwickelt und patentiert wurde. Heute gibt es mehrere Variationen des ursprünglichen Konzepts, aber die Grundidee ist dieselbe. Es kommt ein UV-Laser zum Einsatz, der flüssige Photopolymerschichten aushärtet. Mehr erfahren Sie hier in der Serie „Grundlagen-Wissen Kunststoff-3D-Drucker“.
Bettina Tomppert, Redakteurin, Zentralredaktion Konradin Industrie
- Teil 1 der Serie Grundlagen-Wissen Kunststoff-3D-Drucker beschäftigt sich mit SLS-Druckern, die im Selective-Laser-Sintering-Verfahren arbeiten.
- Teil 2 der Serie Grundlagen-Wissen Kunststoff-3D-Drucker beschäftigt sich mit FDM-Druckern, die im Fused-Filament-Fabrication-Verfahren bzw. Fused-Deposition-Modeling-Verfahren arbeiten.
Inhaltsverzeichnis
1. Prinzip der Stereolithografie
2. Funktionsweise eines SLA-3D-Druckers
3. Haupteinsatzgebiete für den Stereolithografie-3D-Druck
4. Welche Werkstoffe werden bei SLA-3D-Druckern verwendet?
5. Vorzüge und Nachteile der Stereolithografie
6. Wer sind die Hersteller von SLA-Druckern?
Prinzip der Stereolithografie
Bei der Stereolithografie (SLA), der zweithäufigsten Form von additiver Fertigung, wird ein Nah-UV-Laserstrahl auf eine dünne Schicht flüssigen Photopolymerharzes fokussiert und zeichnet schnell einen 2D-Abschnitt des gewünschten Objekts (gleichwertig zu jeder anderen 3D-Drucktechnologie). Das lichtempfindliche Harz reagiert und verfestigt sich, so dass dank des UV-Lichts eine einzige 2D-Schicht des Objekts entsteht. Durch Auftragen einer neuen Harzschicht und Wiederholung des Prozesses für jeden Abschnitt des Objekts entsteht das vollständige 3D-Druckobjekt. Der letzte Schritt ist die Reinigung des fertigen Objekts, das in flüssigem Harz getränkt ist, und – in den meisten Fällen – das Entfernen von Stützstrukturen.
Funktionsweise eines SLA-3D-Druckers
Beim SLA-3D-Drucker wird eine Bauplattform in eine Schale aus flüssigem Harz abgesenkt. Dort verdichtet sie das Material gegen den Boden einer transparenten Schale. Anschließend wird das Material mit einem gespiegelten UV-Laser ausgehärtet. Der Vorgang wird wiederholt, indem jede Lage gegen den Boden der Schale gedrückt wird, bis alle Schichten vollständig ausgebildet sind.
SLA kann sehr detaillierte Teile herstellen und ist dabei ein materialintensiver Prozess. Normalerweise ist wesentlich mehr Harzmaterial erforderlich, als für das endgültige Objekt benötigt wird, damit der Prozess erfolgreich sein kann. Da das Material normalerweise in der Schale verbleibt, besteht bei fehlgeschlagenen Drucken die Gefahr, dass überschüssiges Material kontaminiert wird. Für jedes flüssige Harz sind normalerweise spezielle Schalen erforderlich. Diese sind selbst Verbrauchsmaterial, da sie durch die Belichtung durch den UV-Laser abgenutzt werden.
Die Merkmale kurz zusammengefasst:
- Erzeugung sehr kleiner Schichtgrößen für komplizierte Modelldetails
- Zeitaufwändiger Prozess, bei kleineren Schichten exponentiell ansteigend
- Starke Reinigung erforderlich
- Nachbearbeitung mit zusätzlicher Aushärtung
Haupteinsatzgebiete für den Stereolithografie-3D-Druck
Der SLA-3D-Druck kommt überall da zum Einsatz, wo Präzisionsobjekte mit glatten Oberflächen benötigt werden. Das können Architekturmodelle, Unterwassersonare oder Verkaufshilfen sein, traditionelle Anwendungsgebiete sind allerdings die Zahnheilkunde und die Schmuckherstellung. Im Schmuckbereich wird er vor allem genutzt, um kostengünstige Gießformen für Metall zu fertigen. So können Schmuckhersteller schnelle Prototypen anfertigen, um zum Beispiel die Größe für maßgefertigte Ringbestellungen zu überprüfen.
Aus zahnmedizinischer Sicht ist der Resin-3D-Druck ist eine schnelle und einfache Möglichkeit, Zahnmodelle, Modellgüsse, Zahnersatz und ähnliches anzufertigen. Unternehmen wie Marktführer Formlabs haben sogar spezielle Resins (Harze) für den zahntechnischen Bereich entwickelt, zum Beispiel für Zahnprothesen.
Welche Werkstoffe werden bei SLA-3D-Druckern verwendet?
SLA-Drucker machen aus flüssigem Harz, also Photopolymeren, feste Kunststoffobjekte. Generell kann man sagen, dass 3D-gedruckte Bauteile aus Harz mit einer hohen Auflösung und Detailgenauigkeit punkten, aufgrund ihrer Lichtempfindlichkeit aber nur eine begrenzte Lebensdauer haben. Allerdings gibt es viele verschiedene Photopolymere für den 3D-Druck, und jedes hat seine eigenen thermischen und mechanischen Eigenschaften. Aus Standardharzen lassen sich Kunststoffteile herstellen, die sehr dünn und filigran sind, dafür aber sehr spröde. Polycarbonat-, Polypropylen-, und ABS-ähnliche Kunststoffe sind haltbarer, dafür aber eventuell nicht ganz so präzise.
Zu den weniger bekannten Werkstoffen gehören „gefüllte“ Harze, also Resins, die mit Metall- oder Keramikpartikeln gefüllt sind. Heraus kommen „grüne“ Bauteile, die wie beim Töpfern nach dem Druck noch eine Hitzebehandlung brauchen. Photopolymere können unifarben oder durchsichtig wie Glas sein.
Vorzüge und Nachteile der Stereolithografie
SLA-Drucker setzen auf Harz, welches sie Schicht für Schicht aushärten. Dadurch sind Bauteile mit enorm feinen Details möglich. Die Kosten für diese Drucker haben sich in den vergangenen Jahren deutlich reduziert, das Verbrauchsmaterial ist allerdings noch teurer als Filament.
Der SLA-3D-Druck ist sehr vielseitig, präzise und produziert glatte Oberflächen, sodass er sich ideal für die Schmuckherstellung, Dentalimplantate und ähnliche Anwendungen eignet. Einer der Nachteile des Verfahrens ist, dass die Bauteile aufgrund der Lichtempfindlichkeit der 3D-Druck-Resins einer regelmäßigen Sonneneinstrahlung nicht standhalten. Ebenfalls zu erwähnen ist, dass während des Drucks Stützstrukturen für Überhänge benötigt werden. Auch der Resin-3D-Druck erfordert mehrere Nachbearbeitungsschritte. Der SLA-3D-Druck wurde ursprünglich als umgekehrtes Druckverfahren entwickelt, bei dem die Lichtquelle von unten auf das Harz strahlt. Die erste Schicht entsteht am Boden der Schale, und die Bauplatte bewegt sich mit jeder verfestigten Schicht ein Stück nach oben. Die Objekte entstehen also umgekehrt in dem Bad.
Die meisten Resin-3D-Drucker funktionieren auf diese Weise, aber es gibt auch Systeme, die von oben nach unten arbeiten. Dabei sitzt die Lichtquelle über der Resin-Schale, sodass die Oberfläche von oben statt von unten gehärtet wird. Die Bauplatte bewegt sich nach unten, um Raum für neue Schichten freizugeben, die übereinander aufgebaut werden, bis das Objekt fertig ist und aufrecht in der Schale steht.
Wer sind die Hersteller von SLA-Druckern?
Stereolithographie 3D-Druck
Stratasys: Stereolithografie-3D-Drucker der Neo Reihe
Die 3D-Drucker der Neo-Serie erstellen hochwertige Bauteile mit sehr guter Oberflächenqualität, Genauigkeit und Detailtreue. Damit wird die Nachbearbeitung um bis zu 50 % reduziert. Das System verarbeitet herstellerunabhängige Harze.
Formlabs: großformatiger 3D-Drucker Form 3L
Für die Erstellung großer Prototypen mit hoher Detailqualität und einem Fertigungsvolumen von 33,5 x 20 x 30 für Rapid Prototyping in voller Größe und großformatige Modelle, Rapid Tooling, Herstellung von Werkzeugausstattung und Fertigungshilfen.
Die Komplettlösung besteht aus der SLA 750-Familie großformatiger 3D-Drucksysteme, fortschrittlichen Photopolymermaterialien in Produktionsqualität, dem PostCure 1050-Nachbearbeitungssystem und dem cloudbasierten End-to-End-Fertigungsbetriebssystem von Oqton.
Krauss Maffei: Stereolithografie-3D-Drucker für komplexe Geometrien
Geeignet für die kosteneffiziente Massenanfertigung kleinerer Teile mit hoher Auflösung und daher glatte Oberflächengüte
Quellen:
https://bigrep.com/de/3d-drucker/
www.dreigeist.com
www.eos.info
https://formlabs.com
