Stereolithographisches Fertigungsverfahren

Ein Stereolithographies Fertigungsverfahren ist ein spezielles Generatives Fertigungsverfahren. Zur Gruppe der stereolithographischen Fertigungsverfahren zählt als Hauptvertreter die Laser-Stereolithographie, daneben umfasst die Gruppe auch Lampen-Masken-Verfahren sowie Polymerdruckverfahren. Das Grundprinzip der Verfahren beruht darauf, dass eine aus den Monomeren eines Kunststoffs bestehende Flüssigkeit oder Paste unter Lichteinfluss zu einem Polymer verfestigt wird und damit einen festen Körper bildet.

Abbildung 1 zeigt das Funktionsprinzip einer entsprechenden Anlage am Beispiel der Laser-Stereolithografie. Kernstück der Anlage ist ein Behälter mit absenkbarer Plattform, der mit einem Harz gefüllt ist. Bei dem Harz handelt es sich beispielsweise um Acryl- oder Epoxidharz.

Um eine Schicht herzustellen beschreibt ein Laser über ein Umlenksystem die Oberfläche des Harzbades; dies führt an den so belichteten Stellen zu einer Verfestigung des Materials. Nachdem eine Schicht vollständig geschrieben wurde, wird die Plattform um eine Schichtdicke abgesenkt. Danach trägt ein Wischer eine neue Schicht Harz auf und der Vorgang wird wiederholt. Um die einzelnen Schichten miteinander zu verbinden dringt der Laser etwas über die Dicke der obersten Schicht hinaus in das Harz ein. Der Gesamtvorgang wird nacheinander so häufig wiederholt bis der Körper vollständig fertiggestellt wurde.

Anschließend wird der Körper aus dem Harzbad entfernt und von überschüssigem Harz befreit. Da das Material während der Fertigung eine vergleichsweise geringe Festigkeit besitzt und bei zunächst dünnen Strukturen auch Verformungen auftreten können, werden neben dem eigentlichen Bauteil Stützstrukturen in das Material eingebracht. Diese müssen nach Abschluss des Fertigungsprozesses ebenfalls entfernt werden. Darüber hinaus kann eine Nachvernetzung des Materials in einer UV-Kammer und eine Nachbearbeitung des Bauteils durch konventionelle Fertigungsverfahren erforderlich sein.

Mittels Stereolithographie erzeugte Modelle weisen den höchster Detailreichtum und die beste Oberflächengüte aller generativen Fertigungsverfahren auf. Aus Harz gefertigte Objekte sind jedoch konventionell gefertigten Kunststoffprodukten in ihren mechanischen Eigenschaften unterlegen.

Die Lampen-Masken-Verfahren als weitere Verfahrenvarianten funktionieren vom Grundprinzip her ähnlich. Statt eines Lasers wird ein Projektor als Energiequelle genutzt und damit eine gesamte Materialschicht auf einmal belichtet. Beim Polymerdruckverfahren wird hingegen das Material über einen Druckkopf auf eine Bauplattform ausgebracht und durch mitgeführte UV-Lampen verfestigt.

Englische Übersetzung(en):

stereo lithography