Jeder hat bereits von dem Verfahren des dreidimensionalen Druckens gehört. Schließlich findet es in immer mehr Bereichen der Produktion Anwendung. Doch wie genau das Drucken dreidimensionaler Objekte funktioniert und welche Techniken und Werkzeuge hier zum Einsatz kommen, wissen die wenigsten – wirkt das dreidimensionale Drucken zunächst doch relativ abstrakt.

Der Oberbegriff für das Drucken dreidimensionaler Objekte lautet Stereolithographie. Als Synonyme sind, neben 3D Druck, auch Abkürzungen wie STL oder SLA bekannt.

Der 3D-Drucker trägt dabei formbare Materialien in dünnen Schichten erst in flüssiger Form auf und festigt diese dann. Im Anschluss folgt der Aufbau der folgenden Schichten, bis das dreidimensionale Modell eines Gegenstands Gestalt annimmt.

Die verwendeten Materialien werden erst erhitzt und somit weich und formbar gemacht. Denn nur auf diese Weise ist ihre Verarbeitung möglich. Stoffe, die sich hierfür eignen, sind bestimmte Kunststoffe, Modellierwachs oder auch Schokolade.

Die Besonderheiten der Stereolithographie

Die Stereolithographie ist das am längsten existierende 3D-Druckverfahren. Zudem ist sie zum heutigen Zeitpunkt im Gegensatz zu ähnlichen Methoden wie beispielsweise dem Selektiven Lasersintern (SLS), der Polygrafie oder dem Selektiven Laserschmelzen (SLM) besonders ausgereift. Unter der Stereolithographie versteht man das technische Verfahren des Rapid Prototyping sowie das Verfahren des Rapid Manufacturing. Gebräuchliche Fachbegriffe hierfür sind die additive Fertigung, auch bekannt unter dem Namen generative Fertigung.

Die additive Fertigung meint einen Prozess, bei dem ein Bauteil schichtweise aufgebaut wird. Die benötigte Schichtstärke des aufzubauenden Objektes ist frei wählbar, was die größtmögliche Präzision bei der Modellierung des fertigen Ergebnisses ermöglicht.

Bei der Verarbeitung von lichtaushärtendem Kunststoff kommt für die Aushärtung einer jeden Schicht ein Laser zum Einsatz, damit im Anschluss die nächste Kunststoffschicht aufgetragen und ausgehärtet werden kann.

Hierbei wird das jeweilige Werkstück in ein Kunststoffbad aus Photopolymer getaucht. Nach jedem Schritt des Aushärtungsverfahrens wird das Werkstück einige Millimeter in das Flüssigbad hineingetaucht.

Ein Wischer verteilt den Kunststoff gleichmäßig an der Oberfläche des Objekts. Dabei fährt ein integrierter Laser über die flüssige Schicht und härtet die soeben bearbeiteten Flächen aus. Dieser Schritt wiederholt sich so häufig, bis das dreidimensionale Objekt fertiggestellt ist.

Da die Konstruktion nach dem Aushärten im UV-Licht noch sehr weich ist und sich eventuell noch leicht verformt, kommt eine Stützkonstruktion zum Einsatz. Auf diese Weise verlieren die gehärteten Wertstoffe ihre soeben erworbene Form nicht.

Diese Vorgehensweise ermöglicht eine sehr hohe Genauigkeit bei der Konstruktion von Modellen mit geringen Wandstärken und sehr feinen Strukturen.

Verwendete Materialien

Die Stereolithographie nutzt häufig lichtaushärtende Kunstharze auf der Basis von Epoxy, Acryl oder auch Vinyl. Diese sind auch unter der Bezeichnung Photopolymere bekannt. Wichtig ist, dass die genutzten Materialien sich durch den Laser polymerisieren lassen.

Das eingesetzte Material ist auch dafür verantwortlich, ob ein erzeugtes Produkt nach dem Druckprozess stoßsicher und fest oder flexibel und biegsam ist. Zudem ist die Realisierung von transparenten, lackierten oder metallbeschichteten Materialien zu jedem Zeitpunkt möglich. Darüber hinaus ist es möglich, die fertigen Produktionen nachzubehandeln bis sie beispielsweise wasserdicht oder temperaturbeständig sind.

Es gibt unterschiedliche Materialien, die sich bei der Stereolithographie verarbeiten lassen. Eins davon ist das härtbare Kunstharz mit dem Namen Epoxidharz. Ein Synonym hierfür ist der Begriff Reaktionsharz. Zu seinen mechanischen Eigenschaften zählen seine extreme Abriebfestigkeit und die hohe Maßgenauigkeit. Zudem weist es eine geringe Empfindlichkeit gegenüber Schlägen auf, ist gleichzeitig flexibel und verfügt über eine hohe Haftfestigkeit. Hervorragende elektrische Isoliereigenschaften, eine exzellente Wärmebeständigkeit sowie eine extreme Kriechstromfestigkeit sind weitere Vorteile der Epoxidharze.

Ein weiterer Stoff, der sich mittels Stereolithographie verarbeiten lässt, ist das besonders haltbare Kunstharz namens Acrylharz. Mit diesem entstehen besonders formschöne Produkte. Das liegt an zwei besonders wichtigen Eigenschaften: Zum einen brilliert das Acrylharz mit seiner extremen Langlebigkeit. Zum anderen hat es eine extrem feste Konsistenz im Gegensatz zu vielen anderen Materialien. Darüber hinaus ist er witterungsbeständig und die mit ihm hergestellten Produkte verfügen über eine hervorragende Optik.

Ein weiteres Material, das sich für das Drucken dreidimensionaler Objekte eignet, ist Vinylesterharz. Die mit ihm angefertigten Produkte weisen eine besondere Widerstandsfähigkeit auf.

Stereolithographie: Zahlreiche Anwendungsbereiche

Je nachdem, was mittels Stereolithographie Gestalt annehmen soll, muss man entscheiden, welches der möglichen Verfahren Anwendung findet.

Generell eignet sich die Stereolithographie ausgezeichnet für den Druck von Modellen, die zur Anschauung dienen und die Unternehmen auf Ausstellungen präsentieren. Da Details sehr genau widergegeben und Oberflächen sehr exakt dargestellt werden, empfiehlt es sich häufig, Prototypen mittels dieser Vorgehensweise zu kreieren.

Des Weiteren ist das Verfahren der Stereolithographie bei der Erstellung sogenannter Funktionsmodelle sehr beliebt. Dieser Umstand kommt durch seine hohe Präzision zustande. Kleine und feingliedrige Teile oder Bauteile, denen eine exakte Genauigkeit abverlangt wird, können Unternehmen ebenfalls in diesem Verfahren fertigen.

Die Genauigkeit des Endergebnisses ist auch der Grund dafür, dass viele Unternehmen Urmodelle mittels Stereolithographie herstellen. Denn diese lassen sich nach der Fertigstellung abformen und vervielfältigen. Aus diesen Gründen wird Stereolithographie In der Automobilbranche, im Maschinenbau oder auch im Bereich Elektrotechnik angewandt.

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Aber auch im Marketing oder im Bereich Medizintechnik erfreut sich die Methode großer Beliebtheit. Während im technischen Bereich oft Funktions- und Urmodelle mittels diverser Unterverfahren realisiert werden, erleichtert die Stereolithographie in der Medizin die Anfertigung von Prothesen und Implantaten. Auch bei der Planung komplizierter Eingriffe und der Diagnose innerer Verletzung gibt es hier Einsatzmöglichkeiten.

In der Marketing-Branche entstehen beispielsweise visuelle Prototypen. Auf diese Weise können Unternehmen Anschauungsmodelle geplanter Produkte herstellen und auf ihre Eignung testen, oder aber ein neues Design ausprobieren, ohne die Produkte bereits in Großserie zu produzieren.

Je nachdem, in welchem Bereich Stereolithographie Anwendung findet, muss das Unternehmen entscheiden, welches Unterverfahren zum Einsatz kommt. Denn das verfolgte Ziel bedingt die Nutzung des zu verarbeitenden Materials und die Eigenschaften des Endergebnisses.