Stereolithografie (SLA)

Was ist Stereolithographie (SLA)?

Die Stereolithografie (SLA) ist ein harzbasiertes 3D-Druckverfahren, das aufgrund seines hohen Detailgrads, der glatten Oberflächen und der allgemein hochwertigen Anmutung zu den beliebtesten Verfahren zählt. Es wird häufig für kleine, präzise und detailreiche Bauteile eingesetzt. Meist dann, wenn andere additive Verfahren an ihre Grenzen stoßen.

Der SLA-Druck findet in Anwendungsgebieten wie dem Prototypenbau, der Herstellung von Designmodellen, Miniaturen und filigranen Ersatzteilen weit verbreitet Anwendung. Auch transparente und semitransparente Bauteile können dank der Harzbasis umgesetzt werden.

Für den Druck wird lediglich ein 3D-Modell und Kenntnisse über die groben Einsatzbedingungen des finalen Bauteils benötigt. Alles Weitere passiert innerhalb weniger Stunden werkzeuglos auf dem 3D-Drucker.

Wörtlich übersetzt bedeutet Stereolithografie (SLA) so viel wie „räumliches Schreiben in festem Material“. Der Begriff wurde 1986 vom Erfinder des Verfahrens, Chuck Hull, im Rahmen seiner Patentanmeldung geprägt. Gemeint ist damit, dass ein dreidimensionales Objekt mithilfe eines UV-empfindlichen Harzes und einer UV-Lichtquelle schichtweise „geschrieben“, also aufgebaut, wird.

Der SLA-Druckprozess

Vereinfach beschrieben wird beim SLA-Druckprozess ein flüssiges und lichtempfindliches Kunstharz (Phototpolymer) durch UV-Licht schichtweise ausgehärtet.

Im Detail kann der SLA Druckprozess in 4 wesentliche Schritte aufgeteilt werden:

1. 1. Modellvorbereitung
   2. SLA-Druck
   3. Bauteile waschen
   4. Bauteile aushärten

In Schritt 1 werden die gewünschten Bauteile mithilfe eines bestimmten Programms (Slicer, siehe Lexikon) in druckbare Schichten unterteilt und in maschinenlesbaren Code inklusive aller Prozessvariablen für den Drucker vorbereitet. Anschließend wird die Datei per USB-Stick oder Cloud an den Drucker übertragen.

In Schritt 2 wird der SLA-Drucker mit dem benötigten Harz befüllt und der Druck gestartet. Dabei hängt die Druckplattform kopfüber im Harzbecken und wird von unten mithilfe einer UV-Lichtquelle (meist ein hochauflösendes Display) selektiv bestrahlt. Die UV-Quelle bildet das vorbereitetete 3D-Modell schichtweise ab. Das lichtempfindliche Harz härtet dabei nur an den Stellen aus, an denen später das Bauteil entstehen soll. Zwischen den einzelnen Belichtungsvorgängen wird die Druckplattform schrittweise angehoben, sodass Schicht für Schicht ein dreidimensionales Bauteil entsteht.

In Schritt 3 werden die gedruckten Bauteile in einem Isopropanolbad gereinigt, um überschüssiges und nicht ausgehärtetes Harz zu entfernen. Anschließend werden die Bauteile luftgetrocknet und ggfs. Stützstrukturen entfernt

In Schritt 4 werden die Bauteile in einer UV-Kammer gezielt mit UV-Licht bestrahlt, um sie vollständig nachzuhärten. Dadurch erreichen die SLA-gedruckten Bauteile ihre finalen Materialeigenschaften wie Festigkeit, Maßhaltigkeit und Temperaturbeständigkeit.

SLA vs. DLP vs. MSLA

Auch wenn umgangssprachlich von SLA-Druck gesprochen wird, werden heutzutage oft Weiterentwicklungen der SLA-Technologie verwendet.

Die ursprüngliche Version der Stereolithografie (SLA) arbeitet mit einem UV-Laser und einem Spiegel. Der Spiegel dient dazu, den Laserpunkt über das Druckbett zu navigieren und die einzelnen Schichten des Bauteils abzufahren. Dieser Prozess bietet die höchste Auflösung, jedoch ist das System mechanisch komplex und die Druckzeit bei großen Flächen deutlich höher als bei DLP oder MSLA. Die Kombination aus Laser und Spiegel wird überwiegend bei Großraum-SLA-Druckern im Industriebereich eingesetzt. Um die Druckzeit zu verringern, gibt es auch Systeme, die mit zwei Laserpunkten auf einem Druckbett arbeiten.

Das Digital Light Processing (DLP) Verfahren nutzt anstelle eines Lasers einen UV-Projektor zur Belichtung des Harzes. Dabei wird die gesamte Baufläche gleichzeitig belichtet, wodurch sich die Druckzeit im Vergleich zur punktweisen Laserbelichtung reduziert. DLP-Systeme werden überwiegend bei kleinen bis mittelgroßen Bauflächen eingesetzt, da die Lichtintensität bei größeren Projektionsflächen zum Rand hin abnehmen kann. Zudem können bei großformatigen Bauteilen einzelne Pixel sichtbar werden, sofern kein hochauflösender und entsprechend kostenintensiver Projektor verwendet wird.

Beim Masked Stereolithography-(MSLA) Verfahren wird eine UV-LED-Lichtquelle mit einem hochauflösenden LCD-Display kombiniert. Das LCD-Display dient dabei als digitale Maske, die pixelgenau steuert, an welchen Stellen der Druckplattform das UV-Licht auf das UV-Harz trifft. Ähnlich wie beim DLP-Verfahren wird auch hier die gesamte Druckplattform auf einmal belichtet. Diese Kombination erzielt hohe Details und Präzision bei vergleichsweise geringer Druckzeit. Dabei ist es egal, ob ein oder zehn Bauteile gedruckt werden. Die Druckzeit bleibt dieselbe und verändert sich nur, wenn die Bauteile höher werden. Ein Nachteil des MSLA-Verfahrens ist, dass das LCD-Display als Verschleißteil gilt und der Detailgrad der Bauteile von dessen Auflösung abhängt. Dennoch gilt das MSLA-Verfahren als moderne und effiziente Weiterentwicklung der Stereolithografie.