Stereolithographie (SLA) – Was ist das SLA Verfahren?

In diesem Beitrag stelle ich die Stereolithographie – oder kurz: das SLA Verfahren – vor. Du erfährst etwas über den Aufbau eines SLA Druckers, lernst das Funktionsprinzip kennen und darüber hinaus auch die Vor- und Nachteile.

Wann wurde das Stereolitghographie Verfahren erfunden?

Das Stereolitghographie Verfahren wurde von Charles „Chuck“ W. Hull im Jahre 1983 erfunden und 1986 patentiert. Hull hat auf Basis dieser Erfindung das Unternehmen 3D System gegründet, um die Technologie vermarkten zu können.

SLA-1, der erste 3D-Drucker
Das ist der erste Stereolithographie 3D Drucker namens SLA-1 (Bildquelle: 3dhubs.com)

Wie ist ein Stereolithographie 3D Drucker aufgebaut?

  • Laser
  • Bewegliche Spiegel
  • Harztank
  • Behälter (Vat) – Gefüllt mit Harz
  • Deckel mit UV Schutz, um ein ungewolltes Aushärten des Resins durch Sonnen- oder elektrisches Licht zu verhindern
  • Abstreichklinge
  • Druckbett
Aufbau Stereolithographie 3D Drucker
Der Aufbau eines Stereolithographie 3D Druckers – Infografik von Sercan Kahraman, CC-BY-SA; Bildquelle: threedom.de

Wie funktioniert das Stereolithographie Verfahren?

Bei der Stereolitghographie oder Stereolithografie wird ein 3D Druck Objekt aus einem flüssigen (Photopolymer-)Harz erstellt, indem ein Laser schichtweise dieses Harz punktgenau aushärtet.

Dabei wird der Laserstrahl über bewegliche Spiegel, sogenannte Galvanometer, an die gewünschte Stelle gelenkt. Diese wird dann ausgehärtet.

Schritte:

  • Erstellen des 3D Modells
  • Slicen des 3D Modells
  • Tank mit Harz befüllen
  • Deckel schließen
  • Druckvorgang starten
    • Bauplattform fährt in den transluzenten Tank mit flüssigem Harz
    • Der Laser härtet die erste Schicht aus
    • Druckbett hebt sich um die gewünschte Schichtstärke hoch
    • Harz füllt den den Bereich unterhalb des Objekts aus
    • Der Laser härtet nun diese Schicht aus, wodurch sich die vorherige und diese Schicht verbinden
    • Gelegentlich fährt das Druckbett höher – Dann wird automatisch mit einer sogenannten Abstreichklinge das Material im Tank „umgerührt“. Das sorgt dafür, dass vorhandene Bläschen verschwinden und sich das Harz gleichmäßig unter dem Objekt verteilt. Dadurch wird eine hohe Druckqualität gewährleistet, ohne jegliche Lücken.
    • Dieser Vorgang wird Schicht für Schicht wiederholt, bis das gewünschte 3D Objekt fertiggestellt ist.

Wo wird das SLA Verfahren verwendet?

SLA Drucker produzieren hochpräzise Teile mit glatter Oberfläche und werden häufig für hochdetaillierte Skulpturen, Schmuckformen und Prototypen verwendet:

  • Prototypen für einfache Funktionstests
  • Wachsmodelle zur Herstellung von Objekten aus Metall mit dem Wachsausschmelzverfahren
  • Kleinserienproduktion von Endprodukten mit komplexen Strukturen
  • Modelle, die eine hohe Detailtreue erfordern
  • Werkzeuge für den Spritzguss (Link zu Wiki)
  • Medizin: Zahnschienen, Bohrschablonen für Implantate
  • Visuelle Prototypen für Fotoshootings und Marketingtests

Welche Materialien können mit dem SLA Verfahren gedruckt werden?

Heutzutage gibt es für nahezu alle Zwecke das richtige Material im Bereich des SLA Verfahrens:

  • funktionelles Kunstharz für hohe Belastungen
  • flexibles Material
  • Kunstharz mit Glas angereichert – für eine glattere Oberfläche und der Möglichkeit, dünne Wände stabil drucken zu können
  • Belastbares Kunstharz zur Herstellung von Prototypen, die großen Belastungen ausgesetzt werden, u. a. auch Schnappverschlüsse
  • Hitzebeständiges Material, zum Beispiel zur Herstellung von Werkzeugen für den Spritzguss zur Kleinserienproduktion
  • Gussfähiges Material – So können detailgetreue Modelle für das Feingussverfahren hergestellt werden. Das Material wird in dem Vorgang „ausgebrannt“

Wie erfolgt die Nachbearbeitung bei der Stereolithographie?

Diese Schritten sollten immer mit äußerster Vorsicht erfolgen, denn das Harz ist je nach Materialzusammensetzung auch stärker ätzend. Deswegen solltest du beim Herumhantieren von noch nicht gereinigten Objekten und dem Drucker und anderen Bauteilen stets Handschuhe tragen. Am besten dazu noch eine Schutzbrille.

Sicher ist sicher.

Druckbett abnehmen

Alle SLA Drucker bieten die Möglichkeit, das Druckbett abzunehmen. Das sorgt für eine leichtere Entnahme der Druckobjekte. Darüber hinaus vermindert dies die Gefahr, sich selbst mit dem Harz zu „verletzen“ oder das Harz im Behälter zu kontaminieren.

Entfernen der Stützstrukturen

Zunächst müssen die Stützstrukturen mit einem Messer, einer Zange oder einem anderen Werkzeug entfernt werden.

Reinigungsprozess

Hier gibt es verschiedene Wege. Das hängt davon ab, ob der vorhandene SLA Drucker eine Art Reinigungsstation besitzt oder nicht. Wenn du dies selbst machen musst, dann wird im ersten Schritt das Objekt mit Alkohol ausgewaschen. Anschließend wäschst du es unter laufendem Wasser. Dabei kann es sein, dass du auch mal „schrubben“ musst, weil das Harz sehr klebrig ist und schwer abgeht. Achte hierauf auf filigrane Teile des Druckobjektes. Diese sollten mit Vorsicht gereinigt werden, damit sie nicht abbrechen.

Aushärtung

Das gedruckte Objekt ist in dem gereinigten Zustand fast fertig, aber benötigt noch in vielen Fällen eine Aushärtung, um die gewünschten Materialeigenschaften auch voll entfalten zu können. Dazu bieten manche Hersteller besondere UV-Stationen an. Wenn du keine hast, kannst du zum Beispiel auf einen Nagelhärter für „Gelnägel“ zurückgreifen und das Objekt aushärten. Oder der längste, aber günstigste Weg: Stelle das Objekt auf die Fensterbank und lass die Sonne arbeiten. Jedoch hast du hier keine Garantie, dass auch alle Bereiche ausgehärtet sind. Drehe deswegen das Objekt auf der Fensterbank.

Neben diesen teils nötigen Schritten der Nachbearbeitung können die per Stereolitghographiege gedruckten Objekte per Sandstrahlen, Färben und Beschichten bearbeitet werden, wodurch sie sich in vielen Fällen nicht mehr von Produkten unterscheiden, die für die Serienfertigung mit konventionellen Methoden hergestellt wurden.

Stereolithographie – Welche Vor- und Nachteile gibt es?

Jedes 3D Druck Verfahren hat Vor- und Nachteile. Hier stelle ich dir die der Stereolitghographie vor.

Vorteile des SLA Verfahrens

  • Hohe Genauigkeit
  • Keine oder kaum sichtbare Schichten
  • Relativ schneller Prozess
  • Große Bauräume möglich

Nachteile des SLA Verfahrens

  • Relativ teures Verfahren (Drucker, Material, Extras wie Tanks für jedes Material etc.)
  • Aufwendige Nachbearbeitung
  • Materialauswahl vergleichsweise klein
  • Aushärtung erhöht die Durchlaufzeiten von Ausdrucken
  • Es werden nahezu immer Stützstrukturen benötigt

Welche SLA Drucker gibt es?

Der aktuell bekannteste SLA Drucker ist der Form 2 von Formlabs. Dieser bietet für den Startpreis von ca. 3600€ für den ambitionierten Heimanwender und für professionelle Zwecke viele Funktionen, die „große“ SLA Drucker auch haben.

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➡ Lust auf mehr? Dann schaue dir doch weitere 3D Druck Verfahren im Beitrag „Was ist 3D Druck?“ an