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Generative Fertigungsverfahren - Stereolithographie

Vorteile der Laser-Stereolithographie

Auszug aus
Andreas Gebhardt

Additive Fertigungsverfahren

10/2016, 736 Seiten, € 145,00
ISBN: 978-3-446-44401-0
S. 57

Die Laser-Stereolithographie zeichnet sich durch hohe Genauigkeit aus. Sie erlaubt die Herstellung interner Hohlräume und ermöglicht es, aus einzelnen Teilmodellen komplexe Gesamtmodelle zusammenzufügen.

Die Stereolithographie ist als Laser-Stereolithographie immer noch (2013) das genaueste aller Generativen Fertigungsverfahren. Die Genauigkeit wird heute durch die Maschine (vor allem durch die erzielbaren Strahldurchmesser), nicht aber durch physikalische Grenzen des Prozesses limitiert. Beispielsweise sind die minimal darstellbaren Stegbreiten im Wesentlichen eine Funktion des Durchmessers des Laserstrahls. Die Schichtdicke, also die Feinheit der z-Abstufung wird weniger von der Präzision des Beschichters der Bauplattform begrenzt. Die (eher theoretische) Begrenzung bildet die Benetzbarkeit einer festen Schicht durch die (folgende) flüssige Monomerschicht, ausgedrückt durch das Verhältnis der Volumenkraft (proportional zur Schichtdicke) und der Oberflächenspannung. Dünne Schichten neigen folglich zum „Aufreißen“. In der Praxis sind eher Kostengründe ausschlaggebend. Dünne Schichten verlängern die Bauzeit.

Grundsätzlich ist es möglich, durch entsprechende Steuerungs- (fünf Achsen) und Belichtungsstrategien (Variation des Puls-Pausen-Verhältnisses und der Laserleistung) die Berandungen der x-y-Flächen in z-Richtung zu konturieren und somit eine quasi kontinuierliche z-Modellierung zu erreichen.

Die Stereolithographie erlaubt nicht nur, wie fast alle anderen Generativen Verfahren auch, die Herstellung interner Hohlräume, sondern sie gestattet verfahrensbedingt auch deren völlige Entleerung. Dazu muss eine Drainageöffnung vorhanden sein, die aber deutlich kleiner als der Hohlraumquerschnitt ausfallen kann.

Stereolithographiematerialien waren früher allesamt transparent oder transluzent und erlaubten deshalb die visuelle Beurteilung interner Hohlräume. Das ist beispielsweise bei vielen Strömungsuntersuchungen und in der Medizin hilfreich. Heute sind viele Materialien undurchsichtig und fast weiß, so z. B. Somos 14120 (DSM), Accura SI 25 (3D Systems) und RenShape SL7580.

Bei Verfahren, die mechanisch zu entfernende Stützen benötigen, wie z. B. der Laser-Stereolithographie, müssen diese natürlich zugänglich sein. Verfahren mit auswaschbaren Stützmaterialien eignen sich auch für den Bau enger Kanäle.

Bei Verfahren mit Harzbad werden nur einzelne Bereiche des Bauteils mit Stützen versehen. Das Volumen der Stützen ist in der Regel deutlich geringer als das des Bauteils und kann vom Bediener beeinflusst werden. Bei Polymerdruckverfahren und beim Film Transfer Imaging Verfahren (FTI) wird immer das gesamte Volumen des Bauteils, also zwischen Bauteil und Bauplattform respektive innerhalb des Bauteils, verfestigt und besteht entweder aus Bau- oder aus Stützmaterial. Das Volumen der Stützstrukturen ist daher recht hoch. Das Stützmaterial ist Abfall.

Nicht vernetztes Monomer kann wieder verwendet werden. Vollständig polymerisiertes Harz kann wie Hausmüll behandelt werden, flüssiges Monomer ist Sondermüll.

Komplexe Modelle, oder solche, die die Abmessungen des Bauraums überschreiten, können aus einzelnen Teilmodellen zu beliebig komplexen Gesamtmodellen zusammengefügt werden. Dazu werden die gleichen photosensiblen Harze wie zur Fertigung der Bauteile verwendet und mit externen UV-Strahlquellen lokal ausgehärtet. Die Trennstellen sind visuell oder bezüglich ihrer mechanisch-technologischen Eigenschaften kaum zu bemerken.

Die Modelle können durch Sandstrahlen und Schleifen nachbearbeitet, in gewissem Umfang spanend bearbeitet und lackiert, sowie metallisiert oder beflockt werden.

Auszug aus
Andreas Gebhardt

Additive Fertigungsverfahren

10/2016, 736 Seiten, € 145,00
ISBN: 978-3-446-44401-0
S. 57
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