Was ist 3D-Druck?

Dreidimensionaler lichthärtender 3D-Druck (oft als SLA bezeichnet) ist eine der beliebtesten und gängigsten Technologien im Bereich der additiven Fertigung. Dabei wird ein Hochleistungslaser eingesetzt, um das flüssige Harz im Behälter auszuhärten und so die gewünschte 3D-Form zu erzeugen. Kurz gesagt: Das Verfahren nutzt Niedrigleistungslaser und Photopolymerisation, um lichtempfindliche Flüssigkeiten Schicht für Schicht in dreidimensionalen, festen Kunststoff umzuwandeln.

SLA ist neben Fused Deposition Modeling (FDM) und Selective Laser Sintering (SLS) eine der drei Haupttechnologien im 3D-Druck. Es gehört zur Kategorie der 3D-Drucker mit lichtempfindlichem Harz. Eine ähnliche Technologie, die üblicherweise mit SLA kombiniert wird, heißt Digital Light Processing (DLP). Es stellt eine Weiterentwicklung des SLA-Verfahrens dar und verwendet anstelle eines Lasers eine Projektionsfläche. Obwohl SLA nicht so beliebt ist wie die FDM-Technologie, ist es tatsächlich die älteste additive Fertigungstechnologie.

Die Geschichte der SLA-Härtung (Stereolithographie)

Der Begriff „Stereolithografie“ stammt aus dem Altgriechischen. „Dreidimensional“ und „(Foto-)Lithografie“ bedeuten „feste“ bzw. „lichte Schreibform“.

Als älteste additive Fertigungstechnologie gilt SLA manchmal als „Mutter aller 3D-Drucktechnologien“. Entwickelt wurde es vom amerikanischen Unternehmen 3D Systems, das 1986 von Chuck Hull gegründet wurde. Hull prägte 1986 den Begriff „Stereolithographie“. Er definierte diese Technologie als ein Verfahren zur Herstellung von 3D-Objekten durch den kontinuierlichen Druck dünner Schichten ultravioletter Härtung.

1992 entwickelte 3D Systems das weltweit erste SLA-Gerät, mit dem komplexe Teile in kürzester Zeit Schicht für Schicht hergestellt werden können. SLA wurde in den 1980er Jahren erstmals im Bereich Rapid Prototyping eingesetzt und entwickelt sich bis heute zu einer weit verbreiteten Technologie.

SLA-Lichthärtungskomponenten

SLA-3D-Drucker bestehen normalerweise aus den folgenden vier Hauptkomponenten:

• Tank mit flüssigem Fotopolymer: Flüssiges Harz ist in der Regel transparenter flüssiger Kunststoff.
• Perforierte Plattform im Wassertank: Die Plattform wird in den Wassertank abgesenkt und kann je nach Druckvorgang auf und ab bewegt werden.
• Hochleistungs-UV-Laser
• Computerschnittstelle, Verwaltungsplattform und Laserbewegung.

Wie funktioniert ein lichthärtender SLA-3D-Drucker?

So funktioniert der lichthärtende SLA-3D-Drucker:

ICH . Software

Wie bei vielen additiven Fertigungsverfahren besteht der erste Schritt darin, ein 3D-Modell mithilfe einer CAD-Software zu entwerfen. Die generierte CAD-Datei ist eine digitale Darstellung des gewünschten Objekts.

Sofern sie nicht automatisch generiert werden, müssen die CAD-Dateien in STL-Dateien konvertiert werden. Standard Tessellation Language (STL) oder „Standard Triangle Language“ ist das native Dateiformat der Stereolithografie-Software, die 1987 von der Abert Consulting Group speziell für 3D Systems entwickelt wurde. Die STL-Datei beschreibt die Oberflächengeometrie des 3D-Objekts, ohne weitere gängige CAD-Modellattribute wie Farbe und Textur zu erwähnen.

Der Vordruckschritt besteht darin, die STL-Datei an eine 3D-Slicer-Software wie Cura weiterzuleiten. Diese Plattformen sind für die Generierung von G-Code verantwortlich, der nativen Sprache des 3D-Druckers.

II. SLA-3D-Druck

Zu Beginn des Prozesses „zieht“ der Laser die erste Druckschicht in das lichtempfindliche Harz. Unabhängig davon, wo der Laser auftrifft, verfestigt sich die Flüssigkeit. Ein computergesteuerter Spiegel lenkt den Laser an die entsprechenden Koordinaten.

An dieser Stelle sei erwähnt, dass die meisten Desktop-SLA-Drucker auf dem Kopf stehen. Mit anderen Worten: Der Laser zeigt auf die Bauplattform, die von einer niedrigen Position aus beginnt und allmählich ansteigt.

Nach der ersten Schicht wird die Plattform entsprechend der Schichtdicke (üblicherweise etwa 0,1 mm) angehoben, sodass weiteres Harz unter das gedruckte Teil fließen kann. Der Laser härtet dann den nächsten Querschnitt aus und wiederholt den Vorgang, bis das gesamte Teil fertig ist. Das vom Laser nicht berührte Harz verbleibt im Zylinder und kann wiederverwendet werden.

III. Nachbearbeitung

Nach Abschluss der Materialpolymerisation wird die Plattform aus dem Tank gehoben und das überschüssige Harz abgelassen. Anschließend wird das Modell von der Plattform entfernt, das überschüssige Harz abgewaschen und zur endgültigen Aushärtung in einen UV-Ofen gegeben. Durch die Nachhärtung erreicht das Objekt die höchstmögliche Festigkeit und wird stabiler.

IV. Alternativer Ablauf: digitale Lichtverarbeitung

Wie bereits erwähnt, ist Digital Light Processing (DLP) ein Abkömmling von SLA. Im Gegensatz zu SLA verwendet DLP eine digitale Projektionsfläche, um ein einzelnes Bild jeder Schicht auf der gesamten Plattform anzuzeigen. Da es sich beim Projektor um eine digitale Leinwand handelt, besteht jede Schicht aus quadratischen Pixeln. Daher entspricht die Auflösung eines DLP-Druckers der Pixelgröße, während sie bei SLA der Laserpunktgröße entspricht.

Obwohl der lichthärtende SLA-3D-Drucker das erste Verfahren für Rapid Prototyping und die erste der wichtigsten 3D-Druckmethoden war, ist er nach wie vor attraktiv für die Herstellung von Prototypen mit hoher Präzision und Langlebigkeit. Viele Industriezweige und Hobbybastler nutzen dieses Verfahren zum Bau von Prototypen und Endprodukten, und die Technologie wird immer erschwinglicher und benutzerfreundlicher.