SLA - Stereolithografie

 

Die Stereolithografie ist als ältestes additives Fertigungsverfahren und als Grundlage des additive Manufacturings bekannt. Außerdem ist es ein sehr präzises Verfahren bei dem sehr glatte Oberflächen erzeugt werden können. Doch wie genau funktioniert dieses Verfahren? Welche Materialien werden verwendet? Und welche Vor- und Nachteile gibt es beim SLA-Verfahren? Antworten gibt es in diesem Artikel.

 

Geschichte SLA

 

Die Stereolithografie (SLA) ist das 3D-Druckverfahren mit der längsten Historie, bzw. die am längsten genutzte Methode, Bauteile additiv mittels 3D-Drucker zu fertigen. Bereits 1983 erarbeitete der Physiker Chuck Hull das Verfahren und schon ein Jahr später entwickelte er den ersten Stereolithografiedrucker sowie die bis heute übliche STL-Schnittstelle (STereoLithography, Standard Tessellation Language) für 3D-Drucker. Hull ist zudem Gründer von 3D-Systems, einem der weltweit größten Herstellern von 3D-Drucktechnik.

 

Funktionsweise des SLA-Verfahrens

 

Bei dem zum Rapid Prototyping zählenden SLA-Verfahren wird das Werkstück stetig in ein Bad aus flüssigem Photopolymer abgesenkt und dabei über einen Laser punktuell mit UV-Strahlung bestrahlt. Photopolymere sind härtbare (Reaktions-) Harze wie bspw. Kunst- und Epoxidharze. Ein Wischer oder Dispenser verteilt den flüssigen Kunststoff gleichmäßig über der Arbeitsfläche, anschließend werden ein oder mehrere Laser eingesetzt, welche UV-Strahlung sehr intensiv bündeln und somit die Reaktionsharze definiert bestrahlen können. So lassen sich auch feine Strukturen aushärten. Ist eine Schicht ausgehärtet, wird das Bauteil um eine Schichtdicke (einige Millimeter)  in das Polymerbad abgesenkt, neues Harz verteilt und der Laser wiederholt das punktuelle Aushärten der nächsten Schicht. Somit wird auch bei diesem Verfahren ein Objekt Schicht für Schicht aufgebaut.

An dieser Stelle ist jedoch auch zu erwähnen, dass bei der Stereolithografie Stützstrukturen notwendig sind. Das Bauteil kann nicht ohne diese in das Kunststoffbad gedruckt werden, da es sonst wegschwimmen würde. Die Hilfsstrukturen sind dabei aus demselben Material wie das Objekt selbst und sind als kleine Säulen am Bauteil zu erkennen. In einem Nachbearbeitungsschritt müssen sie mechanisch entfernt werden.

 

Die Funktionsweise von 3D-Druck mit Stereolithografie könnt ihr euch auch in diesem Video von Solid Concepts noch einmal genauer anschauen.

 

Verwendete Materialien

 

Als Materialien werden beim SLA-Verfahren lichtaushärtende Kunstharze verwendet. Diese sog. Photopolymere gibt es auf Acryl-, Epoxid- oder Vinylbasis.

Bei Raumtemperatur sind die Materialien zunächst flüssig und lassen sich dann mittels Laser polymerisieren. Um bestimmte Materialeigenschaften zu erzielen, sind die Kunstharze zum größten Teil mit Additiven, speziellen Molekülen und Monomeren angereichert. Abhängig von der verwendeten Materialspezifikation können die erzeugten Bauteile so entweder stoßsicher und hochfest sein, oder aber auch biegsam und flexibel. Weiterhin können auch transparente, metallbeschichtete und lackierte Teile aufgebaut werden.

Die Materialkosten sind allerdings höher als z. B. beim FDM und SLS. Das hängt damit zusammen, dass Photopolymere für Stereolithografie in viel geringeren Mengen erzeugt werden als normale Filamente und Pulver. Zudem ist auch viel Material für Supportstrukturen notwendig.

 

Stereolithografie

3D-Druck mit Stereolithografie

 

Vorteile - Nachteile

 

Vorteile SLA-Druck

  • sehr filligrane Strukturen und glatte Oberfächen sind möglich
  • SLA ist ein sehr präzises Verfahren und ermöglicht selbst komplexeste Formgebungen
  • gedruckte Objekte sind mechanisch teilweise belastbar
  • die Fertigung kann durch den Einsatz mehrerer Laser beschleunigt werden

 

Nachteile SLA-Druck

  • nur geringe Verbreitung im privaten Bereich (Drucker sind u. a. teurer als FDM-Geräte)
  • nur UV-härtbare Kunststoffe und Harze nutzbar
  • Nachbearbeitung ist notwendig (Entfernen von Stützstrukturen und eventuell zuätzliches Härten in einem UV-Schrank)
  • der Fertigungsprozess ist zwar schneller als beim FDM, aber immer noch relativ langsam

 

3D-Drucker

 

SLA-Drucker können mit einer Schichtstärke von 0,02 mm sehr glatte Oberflächen erzeugen. Aus diesem Grund ist die Stereolithografie auch eines der präzisesten Verfahren. Die dafür notwendige Anlagentechnik ist jedoch teurer als bei anderen Verfahren. Professionelle Druckanlagen kosten somit um die 50.000 €. Anlagen mit einer weniger guten Präzision gibt es bspw. für den Heimanwenderbereich aber auch schon ab ca. 3.000 €. Einige Hersteller bieten sogar Anlagen für etwas über 1000 € an.