Stereolithographie (SLA) & 3D-Druck

Die Stereolithografie ist ein additives Fertigungsverfahren, bei dem ein flüssiges Photopolymerharz, auch Resin genannt, mittels UV-Laser Schicht für Schicht ausgehärtet wird.

SLA-Drucker gibt es von der kleinen, schreibtischtauglichen Version für Maker bis hin zu größeren, industriellen Anlagen. Bauteile, die mit dem SLA-Druckverfahren hergestellt werden, zeichnen sich durch glatte Oberflächen mit einer sehr hohen Präzision und Maßhaltigkeit aus. Aufgrund dieser Eigenschaften kommen SLA-Drucker in unterschiedlichen Industriezweigen, von der Automobilindustrie bis zur Dentalmedizin, zum Einsatz.

Die Stereolithographie funktioniert ähnlich wie andere 3D-Druck-Technologien. Sie basiert auf CAD-Daten und baut Schicht um Schicht ein greifbares Objekt auf. Statt eines Pulvers oder Filaments wird ein flüssiges, lichtempfindliches Harz oder Resin mit einem UV-Laser ausgehärtet.

Dazu wird eine Bauplattform in ein Harzbad abgesenkt. Anschließend hebt sich die Bauplattform wieder, verbleibt aber eine Schichtstärke unterhalb der Oberfläche des Harzes. Nun fährt ein Laser die Strukturen des Bauteiles ab und härtet das Harz an diesen Stellen aus. Die Bauplattform senkt sich um eine Schichtstärke in das Bad ab, und eine Rakel glättet die Oberfläche des Harzes. Nun härtet der Laser die nächste Schicht aus. Diese Schritte wiederholen sich, bis das gewünschte Modell vollständig gedruckt ist.

Nach dem 3D-Druck werden die SLA-Modelle von der Bauplattform getrennt und etwaige mitgedruckte Stützstrukturen entfernt. Zuletzt findet eine chemische Reinigung der Modelle statt. Danach sind sie einsatzbereit.

Die ersten Versuche der Herstellung dreidimensionaler Objekte mit Hilfe von Harzen und UV-Licht unternahm der japanische Wissenschaftler Hideo Kodama. Darauf baute Chuck Hull im Jahr 1984 auf und reichte das Patent für die Stereolithografie ein. Der studierte Physiker arbeitete zu dem Zeitpunkt bei einem Möbelunternehmen. Es heißt, Not mache erfinderisch, und genau aus dieser Motivation heraus suchte Hull nach einer Möglichkeit, die Entwicklungszeiten für Prototypen zu verkürzen. Sein Arbeitgeber stellte ihm ein kleines Labor zur Verfügung, das er in seiner Freizeit nutzen konnte, um seine Idee der Stereolithografie auszuarbeiten. Nach der Bewilligung des Patentes gründete Hull im selben Jahr das bis heute aktive Unternehmen 3D Systems, um die Technologie zu vermarkten.

Bauteile, die mit dem SLA-3D-Druck hergestellt werden, zeichnen sich durch besonders glatte Oberflächen sowie eine hohe Präzision und Maßhaltigkeit aus. Mit der Stereolithographie lassen sich somit insbesondere Prototypen schnell und kostengünstig herstellen. Ähnlich wie bei anderen 3D-Druckverfahren wird nur das Material verbraucht, das für das jeweilige Bauteil technisch notwendig ist. Nicht erhärtetes Harz kann wiederverwendet werden. Neben festen und funktionalen Bauteilen können mittels SLA auch flexible Kunststoffe wie bspw. TPU verarbeitet werden.

Die wesentlichen Unterschiede von SLA-Druckern zu anderen Verfahren liegen im Aggregatzustand der Betriebsmittel und in der bindenden oder aushärtenden Energiequelle. Die meisten 3D-Drucker arbeiten mit festen Werkstoffen wie bspw. Pulvermaterialien oder Kunststoffsträngen. Das SLA-Druckverfahren hingegen arbeitet mit flüssigen Kunststoffen. Die bindende Komponente variiert unter den 3D-Drucktechnologien von chemischen Bindemitteln über erhitzte Düsen bis hin zu Lasern. Die Stereolithografie verlässt sich auf UV-Licht, das mit dem photosensitiven Polymerharz reagiert und es in den festen Aggregatzustand überträgt.