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Die Stereolithographie (SL) ist der Urvater aller RP-Verfahren. Die gehört zu der Klasse der Verfahren, die mit einem flüssigen Ausgangsmaterial arbeiten (Bild 1). Sie benutzt das Prinzip ein flüssiges Monomer durch Licht einer Frequenz zu polymerisieren. Unter Einwirkung von UV-Licht verketten sich die Monomere zu Polymeren, wodurch das Material in den festen Zustand übergeht.

Die Laser-Scannereinheit (HeCd- oder CO2-Laser) belichtet schraffurartig eine definierte Fläche auf der Oberfläche des flüssigen Monomers und härtet auf diese Weise mit einer bestimmten Eindringtiefe eine Schicht des zu fertigenden Modells aus. Die Trägerplattform trägt bei diesem Vorgang das eigentliche Modell und der Fahrstuhl sorgt dafür, dass es von Schicht zu Schicht um die definierte Schichtdicke abgesenkt wird. Dabei erfolgt eine Wiederbeschichtung, wobei das Monomer in definierter Dicke über die vorherige feste Schicht aufgebracht wird. Darauf erfolgt die Belichtung der nächsten Schicht. Als Verbindung zwischen Modell und Bauplattform sind bei diesem SL-Prozess Stützen notwendig, die von der Maschine während des Bauvorgangs generiert werden.

Bild 1: Schematischer Aufbau des Stereolithographieprozesses [28]

Nach der Schichtengenerierung folgt die Prozedur der Reinigung mit Lösungsmitteln, Entfernung der Stützen und Nachvernetzung der Modelle unter UV Licht. Dieser Schritt ist notwendig, falls Schraffurstile angewendet werden, bei denen während des Aufbaus keine vollständige Aushärtung vorgenommen wird. Danach erfolgt die Fertigbearbeitung, die sehr unterschiedlich sein kann. Fast immer ist ein Glätten von Oberflächen durch Schleifen oder Sandstrahlen erforderlich. Je nach Verwendung erfolgen anschließend verschiedene Oberflächenbehandlungen wie Spachteln, Lackieren oder Beschichten.

Die Stereolithographie ist an die Verwendung eines Photopolymers geknüpft. Deshalb werden Kunststoffe verwendet. Epoxydharz ist der Standartwerkstoff. Es gibt verschieden Typen von Harz, durch die man bestimmte Eigenschaften erreichen kann. Die Harze können z. B. entweder besonders maßgenau, temperaturbeständig, elastisch oder wasserfest sein. Die Werkstoffkennwerte sind aber im Allgemeinen schlechter als die der Serienwerkstoffe. Durch geeignete Folgeprozesse ist die Mate-rialpalette für die Modelle stark erweiterbar.

Die erste Stereolithographie-Maschine wurde 1987 von der Firma 3D-Systems, USA, angeboten (Bild 2). Seitdem haben verschiedene Anbieter Maschinen, die nach dem gleichen Prinzip arbeiten, auf den Markt gebracht. So wurde z. B. bis 1997 von der Firma EOS, München, die sogenannte "Stereographiemaschine" hergestellt. Von der Firma Fockele & Schwarze (F&S), Paderborn, wird der "FS-Realizer" ange-boten. Die Kaufpreise der Maschinen betragen bei den kleineren Ausführungen mit einem 250 mm x 250 mm x 250 mm großen Bauraum zwischen € 100.000,- und € 200.000,- und bei den größeren Maschinen mit einem 1000 mm x 800 mm x 500 mm großen Bauraum bis zu mehreren Hunderttausend €.

Bild 2: 3D-Systems-Stereolithographie-Anlage des BIBA

Lasertyp: HeCd - Laser (P = 30 mW)
Fokusdurchmesser: 0,2 mm
Material: Epoxydharz (flüssig)
Schichtdicke: 150 µm
Bauraumgröße: 250 x 250 x 250 mm3

Stereolithographie ist geeignet um Geometrie- und Funktionsmodelle zu fertigen. Die Herstellung von Formen und Werkzeugen erfolgt indirekt über Abformprozesse (Bild 3 und Bild 4).

Bild 3: Modell eines mit dem Stereolithographieverfahren hergestellten Motors



Bild 4: Funktionsprototypenteile für KFZ-Modulträger
Tabelle: Funktionsprototypenteile für KFZ-Modulträger
Prototyper Stereolithographie, Vakuumguß
Bearbeitung
SLA-Urmodell 1 Tag
Finish Urmodell 1 Tag
Gußformherstellung 1 Tag
Teileabguß/10 St. 1 Tag
Teilenachbearbeitung 1 Tag
Kosten
SLA-Urmodell inkl. Finish 215,- €
Gußform inkl. 10 Abgüsse 380,- €
Merkmale
  • ohne Formschrägen, Hinterschnitte
  • St ückzahlen 25 - 30 St ./Form
  • Material ABS-, PP-, PE-, PVC-ähnlich
  • versch. Farben (uni / transparent)
  • Werkstoffe1

    ABS-ähnliche
    Gießharze
    E-Modul 1200-3500 N/mm2
    Zugfestigkeit 40-80 N/mm2
    Härte 65-85 Shore D
    Temp.-Beständ. 80-140 °C
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