Die Stereolithographie als Rapid-Prototyping Technik

Stereolithographie (abgekürzt STL oder SLA) gehört mit zu den am häufigsten eingesetzten Rapid-Prototyping- / Rapid-Manufacturing-Techniken. Der Vorteil von Stereolithographie gegenüber artverwandten Verfahren zeigt sich vor allem bei der Fertigung von Teilen, die einen hohen Detailgrad und eine glatte Oberflächenstruktur benötigen. Bedingt durch das Verfahren werden Stützstrukturen benötigt, durch deren Hilfe die jeweils untersten Schichten des zu fertigenden Bauteils mit der Bauplattform verbunden werden.

Der Mehraufwand durch das nachträgliche Entfernen dieser Stützstrukturen relativiert sich jedoch dadurch, dass man selbst ohne weitere Nachbearbeitung der STL-/ SLA-Modelle bereits eine Oberflächenqualität erreicht, die bei anderen Verfahren sonst nur durch einen hohen Nacharbeitsaufwand zu erreichen sind. Zudem bietet die Stereolithographie eine große Auswahl an verschiedenen Materialien mit unterschiedlichen Eigenschaften und einer Vielzahl von Möglichkeiten der weiteren Bearbeitung.

Stereolithographie / Rapid-Prototyping

In der Stereolithographie, neuerdings ebenfalls als 3D-Printing bezeichnet, kommen Photopolymere zum Einsatz. Dies sind UV-empfindliche flüssige Kunststoffe auf Epoxidharz-Basis (oder bei einfacheren Verfahren auch Acrylate). Diese Photopolymere werden im fortlaufenden Prozess durch einen UV-Laser (Festkörperlaser) belichtet (angeregt), woraufhin sie aushärten. Durch den Photopolymerisationsprozess ändert sich der Aggregatzustand des Epoxydharzes von flüssig in hart.

Als Vorlage für die Stereolithographie dient ein dreidimensionales Computermodell des Werkstücks, das digital in Schichtdaten umgewandelt wird, Slicing genannt. Diese Daten werden vom Laser als eine Art Schablone benutzt, wobei jede einzelne Ebene der Schichtdaten einer Schicht des Werkstücks entspricht. Die einzelnen Schichten besitzen jeweils eine Stärke von nur einigen Hundertstel- bis zu wenigen Zehntelmillimetern.


Der Fertigungsprozess

Im eigentlichen Fertigungsprozess der Stereolithographie wird das Photopolymer gezielt durch den Laserstrahl belichtet, der über dem Kunststoffbad mit Hilfe von Spiegeln hin und her bewegt wird. Es werden dabei nur die Stellen abgefahren, die später das Werkstück bilden sollen. Ist die Schicht komplett abgearbeitet, wird die Bauplattform mit dem im Bau befindlichen Werkstück in dem Kunststoffbad abgesenkt. Bevor der Laser wieder zum Einsatz kommt, verteilt ein Wischer (Recoating-Prozess) die neue Lage des flüssigen Kunststoffs gleichmäßig über der bereits fertig gestellten Ebene, so dass die nächste Schicht belichtet werden kann.

Der Vorgang wiederholt sich so lange, bis alle Schichtdaten verarbeitet sind und die Stereolithographie somit abgeschlossen ist. Anschließend wird das Werkstück sorgfältig von der Plattform entfernt, von den Stützgeometrien befreit, mit Lösungsmitteln gereinigt und wenn notwendig in einem UV-Schrank vollständig ausgehärtet (Nachpolymerisation). In einem letzten Schritt werden die gewünschten Nachbearbeitungen durchgeführt, bis hin zum perfekt lackierten Modell.


Die Stärken der Stereolithographie

  • Der geringe Zeitaufwand für den Fertigungsprozess von wenigen Stunden bis zu einem Tag
  • Es werden keine speziellen Formen oder Werkzeuge benötigt, die extra angefertigt werden müssen
  • Die Möglichkeit der Übernahme von vorher bereits am Computer generierten 3D-CAD-Daten durch Übersetzung in das für das Stereolithographie - Verfahren notwendige spezielle STL-Datenformat
  • Eine hohe Präzision, die äußerst geringe Wandstärken erlaubt (z.T. bis 0,20mm)
  • Der Einsatz von widerstandsfähigen Materialien mit den unterschiedlichsten Eigenschaften
  • Die feine Oberflächenstruktur des fertigen Werkstücks

Die Stereolithographie eignet sich hervorragend für die Herstellung von Prototypen und Anschauungsmodellen zur Konstruktionsüberprüfung und zur Funktionskontrolle. Diese können bedingt durch die hohe Oberflächenqualität auch als Urmodelle für Folgeprozesse wie Vakuumguss, Sandguss und Feinguss eingesetzt werden.


Galerie Stereolithographie

SLS Werkstück