Stereolithografie
Stereolithografie (abgekürzt STL) (zusammengesetzt aus den Worten Stereo, nach dem griechischen stereos - "hart, fest, körperlich", auch im Sinne von "räumlich" und Lithografie, der Drucktechnik nach dem griechischen lithos - "Stein" und graphein - "Schreiben") ist ein technisches Prinzip des Rapid-Prototyping, oder des Rapid-Manufacturing in dem sich ein Werkstück durch frei im Raum materialisierender (Raster-)Punkte schichtenweise aufgebaut wird. Die Fertigung eines Teils oder mehrerer Teile gleichzeitig (bei RMPD) erfolgt üblicherweise vollautomatisch aus am Computer erstellten CAD-Daten.
Prinzip am Beispiel der Laser-Stereolithografie für Einzelbauteile
Ein lichtaushärtender Kunststoff, z.B. Kunstharz oder Epoxidharz, wird von einem Laser in dünnen Schichten (Standardschichtstärke im Bereich 0,05 ... 0,25 mm, bei Mikrostereolithografie auch darunter) ausgehärtet. Die Prozedur geschieht in einem Bad, welches mit den Basismonomeren des lichtempfindlichen (Photosensitiven) Kunststoffes gefüllt ist. Nach jedem Schritt wird das Werkstück um den Betrag einer Schichtstärke abgesenkt und der flüssige Kunststoff an der Oberfläche durch einen Wischer gleichmäßig verteilt. Dann fährt ein Laser, der von einem Computer über bewegliche Spiegel gesteuert wird, auf der neuen Schicht über die Flächen, die ausgehärtet werden sollen. Nach dem Aushärten erfolgt der nächste Schritt, sodass nach und nach ein 3D-Modell entsteht.
Da das vom Laser gehärtete Harz noch relativ weich ist und auch bestimmte Formelemente (z.B. Überhänge) während des Bauprozesses sicher zu fixieren sind, werden bei der Herstellung auch Stützstrukturen mit-"gebaut". Nach dem Bauprozess der Form wird das Modell aus dem Bad entnommen und in einem Schrank unter UV-Licht vollständig ausgehärtet. Anschließend werden die Stützstrukturen entfernt.
Ein weiteres Verfahrens, welches ebenfalls die Photopolymerisation zur Herstellung von physischen Objekten nutzt, ist das Solid Ground Curing (SGC). Dabei wird jede Schicht durch UV-Licht ausgehärtet, wobei für jede Schicht eine Lichtmaske in einem Fotoplotter ausgedruckt werden muss. Dieses Verfahren, das besonders in den Anlagen der Firma Cubital (Israel) genutzt wurde, hat jedoch in den letzten Jahren sehr stark an Bedeutung verloren.
Merkmale
- Vorhandene 3D-CAD Daten werden in das STL-Format konvertiert. Diese Daten werden an die Stereolithographie-Dienstleister geschickt, die dann die eventuell notwendigen Stützkonstruktionen zufügen.
- Nach der Festlegung der Baulage erfolgt die Generierung der für die Anlage erforderlichen geomtrischen Steuerdaten, das sogenannte "Slicen".
- Diese Daten werden an das Fertigungssystem gesendet und bilden die Basis für die Steuerung des Laserstrahls auf der Badoberfläche.
- Innerhalb weniger Minuten oder Stunden bekommt man ein reales Modell der virtuell im CAD vorhandenen Teile.
- Stereolithografie ermöglicht eine hohe Präzision (max. 0,1 mm; bei RMPD Verfahren auch wesentlich niedriger bis zu 1 Mikrometer pro Schicht) bei feinen Strukturen und geringe Wandstärken. Da ein Modell in einer Flüssigkeit aufgebaut wird, benötigt man für überhängende Teile bei großen Bauteilen Stützstrukturen, die wieder entfernt werden müssen.
In den letzten Jahren erfolgten technische Entwicklungen, die das Multi Jet Modeling mit Grundprinzipien der Stereolithografie verbinden. Als Stützmaterial dient dabei ein Wachsmaterial, welches durch Erwärmen verflüssigt wird. Das Bauteil selbst wird analog zur Stereolithografie aus einem Photopolymer erzeugt. Beide Materialien werden über einen modifizierten Druckkopf (ähnlich den Tintenstrahldruckern) aufgetragen. Zusätzlich sorgt eine Lichtquelle für die Belichtung und damit das Aushärten des Photopolymers. Diese Systeme können im Gegensatz zu RP-Stereolithographie-Anlagen auch im Büro eingesetzt werden und sind Preisen ab ca. €50.000 deutlich billiger.
Anwendung
Anwendungen sind Anschauungsmodelle, Gussmodelle u.ä. bei RMPD auch Serienbauteile.