How to SLA: 3D Drucken mit Licht

Alles was du über SLA 3D Druck wissen musst, findest du hier im Guide

Neben dem FDM 3D Druck-Verfahren – FDM steht für Fused Deposition Modeling – ist der SLA 3D Druck das am meisten verwendete Desktop-Verfahren in der additiven Fertigung. SLA 3D Drucker kommen überall dort zum Einsatz wo insbesondere Teile aus komplexen Geometrien, oder mit hohen Detailgraden bzw. mit ansprechenden, hochwertigen Oberflächen benötigt werden.
Die 3D Drucker mit den auffälligen orangenen, gelben oder roten Hauben sind demnach oft auf den Arbeitsplätzen in Dentallaboren, Design-Studios bzw. -Werkstätten und bei Schmuck-Designern und Juwelieren zu finden.

Was genau hinter dem Kürzel SLA 3D Druck steht, wofür dieses 3D Druck-Verfahren steht, welche Materialien verdruckt werden und für wenn es welchen Nutzen bringt, erfährst du jetzt hier im Blog-Artikel – inkl. Videos und Beispielen.

Viel Spaß beim Lesen und Entdecken.

In Stein gemeißelt, was SLA bedeutet

Das Akronym SLA steht für Stereolithograph Apparatus, zu Deutsch: Stereolithografie.
Deutsch ist jedoch nicht richtig – Lithos bedeutet im Altgriechischen Stein und Graphie steht für Schreiben, Abbilden oder Darstellen (z. Bsp. eine Zeichnung).
Mit Lithografie wird der Steindruck bezeichnet, dieser war im 19. Jh. ein sehr weit verbreitetes Verfahren für mehrfarbige Drucke.

Drucken mit Licht, wie SLA 3D Druck funktioniert

Die Stereolithografie ist ein additives Fertigungsverfahren, bei dem ein Bauteil durch frei im Raum materialisierende Punkte schichtweise aufgebaut wird.
Im Gegensatz zum FDM 3D Druck – bei dem festes Material durch Wärme aufgeschmolzen wird und sich dann beim Abkühlen wieder verhärtet – ist das Ausgangsmaterial für den SLA Druck anfangs flüssig und wird durch UV-Licht gehärtet.

Das zu verdruckende Ausgangsmaterial für den SLA Druck sind fotoreaktive Kunstharze. Werden diese Kunstharze UV-Licht ausgesetzt, verbinden sich die Monomerketten der Kunstharze und härten aus.
SLA 3D Drucker verwenden einen UV-Laser, mit dem Schicht für Schicht der Querschnitt des Bauteils abgefahren und das Kunstharz so sequenziell ausgehärtet wird. Die Bauplattform wird in die Harzwanne abgesenkt und stoppt kurz vor dem Wannenboden – das Bauteil wird "über Kopf" aufgebaut.

Der Laser wird dafür von unten durch den transparenten Boden des Kunstharzreservoirs geleitet, wobei der Abstand zwischen Plattform und Wannenboden einer Schichthöhe entspricht. Nach dem Belichten und Aushärten einer Schicht, wird die Bauplattform angehoben und das Bauteil dabei vom Boden der Harzwanne gelöst. Anschließend wird die Bauplattform wieder abgesenkt und der Prozess für die nächsten Schichten wiederholt, bis das Bauteil fertig ist. Zum Schluss muss das fertige Bauteil noch gewaschen und nachvernetzt werden.

Wie ist ein SLA Drucker aufgebaut?

Die drei Hauptkomponenten eines SLA Druckers sind die Lasereinheit, die Harzwanne und die Bauplattform:

• Die Lasereinheit besteht aus einem UV-Laser, dessen Laserstrahl mit Hilfe von schwenkbaren Spiegeln, den so genannten Galvanometern, gemäß der Schichtgeometrie auf den Boden des Harztanks gelenkt wird.
• In der Harzwanne befindet sich das für den Druckprozess benötigte Kunstharz. Der Boden der Harzwanne ist transparent, wodurch der Laserstrahl in die Harzwanne eindringen kann und an dessen Boden die Schichtgeometrie aushärtet.
• Die Bauplattform wird in die Harzwanne eingetaucht und das Bauteil (?über Kopf?) auf der Bauplattform ausgehärtet. Nach jeder Schicht wird die Bauplattform angehoben, um das Bauteil vom Harzwannenboden zu lösen und die nächste Schicht aushärten zu können.

Welche Software wird beim SLA 3D Druck verwendet?

Wie auch beim FDM 3D Druck, müssen die 3D Modelle mit Hilfe von Slicingprogrammen für den Druck vorbereitet werden. Hier – z. Bsp. in PreForm – wird das Bauteil im Bauraum orientiert und die nötigen Stützstrukturen erzeugt. Je nach Slicer können zusätzlich die Druckparameter wie die Belichtungszeit eingestellt werden. Außerdem bietet der Slice eine Vorhersage über den Materialeinsatz sowie die Druckzeit.

Welche Materialien werden verdruckt?

Bei den verwendeten fotoreaktiven Kunstharzen handelt es sich kunststofftechnisch um Duroplaste. Im Gegensatz zu den thermoplastischen Bauteilen des FDM-Drucks können SLA-Bauteile, nachdem sie einmal ausgehärtet wurden, nicht wieder aufgeschmolzen und in eine andere Form gebracht werden. Je nach Anwendungsfall sind Kunstharze in einer großen Bandbreite an mechanischen und thermischen Eigenschaften verfügbar.

• Es gibt sehr weiche, gummiartige Kunstharze für die Herstellung von flexiblen Bauteilen wie Dichtungen.
• Kunstharze, mit denen sich sehr feine Strukturen abbilden lassen, z. Bsp. für Gussformen in der Schmuckindustrie.
• Kunstharze, die beispielsweise mit Glasperlen versetzt werden, um eine hohe Steifigkeit der gedruckten Bauteile zu erreichen.
• Kunstharze, die für Hochtemperaturanwendungen über 200°C ausgelegt sind.
• Biokompatible Kunstharze für medizinische Anwendungen wie Zahnersatz, Schienen und Retainer im Dentalbereich.
• Transparente Kunstharze u.m.v.

Welche Besonderheiten gibt es beim SLA Druck?

Nachbearbeitung: Die Bauteile sind direkt nach dem Druck noch mit flüssigem Kunstharz bedeckt. Dieses muss mit Hilfe von Lösungsmitteln wie Isopropanol vom Bauteil abgewaschen werden. Nach dem Waschen müssen die Bauteile außerdem unter UV-Licht ausgehärtet werden, um die endgültigen mechanischen, thermischen und optischen Eigenschaften zu erhalten. Zusätzlich müssen die Stützstrukturen entfernt werden.

Beim Umgang mit flüssigen Kunstharzen und gedruckten Bauteilen vor dem Aushärten, wird das Tragen von Einweghandschuhen empfohlen, um Hautreizungen vorzubeugen.

Und jetzt, die Frage aller Fragen: Warum und Wer druckt Was in SLA?

Designer nutzen SLA Drucker, um komplexe und feine Geometrien mit optisch ansprechenden Oberflächen fertigen zu können.

In Industrieunternehmen drucken SLA Drucker, z. Bsp. von Formlabs, um erste Prototypen von Bauteilen zu fertigen, deren Aussehen und mechanische Eigenschaften mit denen von spritzgegossenen Bauteilen vergleichbar sind.

Werkzeugbauer nutzen den SLA-3D Druck, um Prototypen für Spritzgusswerkzeuge, aber auch voll einsatzfähige Tools und Vorrichtungen kostengünstig und schnell herstellen zu können.

Zahnarztpraxen und Dentallabore setzen immer mehr SLA 3D Drucker zur Herstellung von diversen dentalen Anwendungen, da sie auf eine hohe Maßhaltigkeit und glatte Oberflächen der gedruckten Modelle angewiesen sind.

Kulissenbauer und Requisiteure aus der Unterhaltungsbranche können sich einen Arbeitsalltag ohne 3D Druck gar nicht mehr vorstellen, da der SLA 3D Druck schnell und einfach die Wünsche und Anforderungen der Darsteller und Regisseure umsetzen kann. Wie das funktioniert, erfährst du hier im Blog-Artikel: Wie Marvel mit 3D-Druck neue Welten entwirft.

Vorteile & Nachteile – SLA vs. FDM 3D Druck

Vorteile:

• Glattere Oberflächen durch feinere Schichthöhen und den Aushärtungsprozess der Kunstharze.
• Hoher Detailgrad durch den feinen Laserpunktdurchmesser.
• Es können weichere Materialien verarbeitet werden als beim FDM 3D Druck.
• Die mechanischen Bauteileigenschafften sind nahezu isotrop.
  Das heißt: die gleichen Bauteileigenschaften in alle drei Richtungen (X/Y- und Z-Richtung).
  Beim FDM 3D Druck sind die mechanischen Eigenschaften in Z-Richtung wesentlich schlechter als in X/Y-Richtung.

Nachteile:

• Aufwendiger Nachbearbeitungsprozess.
• Die meisten Kunstharze sind vergleichsweise spröde und degradieren bei nachträglicher UV-Einstrahlung.
• Es kann kein Infill verwendet werden, um Gewicht und Material zu sparen.