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    Stereolithografie

    Die Stereolithografie zählt zu den additiven Verfahren des Rapid Prototyping und Rapid Manufacturing und gilt als das erste 3D-Druckverfahren. Mit der Stereolithografie können aus 3D-CAD-Konstruktionsdaten mittels eines UV-Lasers und einem flüssigen, unter UV-Strahlung härtendem Harz in kurzer Zeit komplexe Bauteile erstellt werden. Der Begriff Stereolithografie geht zurück auf die drei altgriechischen Wörter "stereo" für räumlich, "litho" für Stein und "graphien" für schreiben. Das Kunstwort wurde vom Erfinder des Verfahrens, dem Amerikaner Chuck Hull, kreiert. Seit der Markteinführung Ende der 1980er Jahre hat sich die Stereolithografie vor allem im Bereich des Prototypenbaus, für die Anfertigung von Funktionsmodellen und in der Medizintechnik etablieren können.


    Stereolithografie

    © Guru 3D | Shutterstock.com



    Stereolithografie - Das Verfahren

    Der Ausgangspunkt bei der Stereolithografie sind mit einer 3D-CAD-Software erstellte dreidimensionale Objekte. Die 3D-CAD-Daten werden in einem weiteren Schritt in das STL-Dateiformat konvertiert. Nach Festlegung der Baulage des Objektes in der Maschine und dem Hinzufügen eventuell erforderlicher Stützstrukturen zum Fixieren und Abstützen größerer Überhänge am Bauteil, erfolgt das sogenannte "Slicen". Dabei wird das Objekt einschließlich der Stützstrukturen in dünne, horizontale Schichten zerlegt und die Steuerungsdaten für die Maschine erzeugt. Die Schichtdicken der Slices variieren dabei je nach den Möglichkeiten der Maschinen und den Anforderungen an die Güte des späteren Bauteils von 0,05 bis etwa 0,25 mm. Bei der Micro-Stereografie für besonders feine und filigrane Bauteile sind Schichtdicken von nur 0,001 mm möglich. Die aufbereiteten Daten werden anschließend an die Stereolithografie-Maschine übertragen.


    In der Maschine befindet sich ein Behälter, der mit einem unter UV-Licht härtenden Harz gefüllt ist. In dem Behälter ist eine absenkbare Plattform angeordnet, die das Bauteil trägt. Entsprechend den bei der Verarbeitung der 3D-CAD-Daten erzeugten Slices wird ein UV-Laser durch einen computergesteuerten, beweglichen Spiegel über die Oberfläche des Kunstharzes geführt und härtet das Harz selektiv aus. Sind die Konturen und Flächen einer Schicht fertig ausgehärtet, wird die Plattform um den Betrag der Dicke eines Slices im Behälter abgesenkt. Bei den meisten Maschinen fährt nach dem Absenken ein Wischer oder Rakel über die Harzoberfläche, um sicherzustellen, dass die Oberfläche des fertigen Slices wieder mit Harz bedeckt ist. Danach beginnt der Vorgang von Neuem und wird so lange wiederholt, bis das Bauteil fertig ist.

    Nach der Fertigstellung wird das Bauteil von der Plattform genommen und überschüssiges Harz abgespült. Das gesäuberte Bauteil wird im Anschluss für einige Zeit in einem speziellen UV-Schrank oder unter einer UV-Lampe nachgehärtet. Danach werden, falls vorhanden, die Stützstrukturen entfernt und das vollständig ausgehärtete Bauteil kann bei Bedarf mechanisch bearbeitet werden.


    Werkstoffe der Stereolithografie

    Bei der Stereolithografie werden unter UV-Licht härtende Harze auf Epoxid-, Acryl- und Vinylbasis verwendet. In den ersten Jahren waren diese Harze sehr selten und dementsprechend teuer. Mit der fortschreitenden Verbreitung der Stereolithografie sind jedoch immer mehr Hersteller hinzugekommen, sodass die Harze heute wesentlich günstiger angeboten werden. Die Verarbeiter haben heute zudem eine große Auswahl unter verschiedenen Harzen mit unterschiedlichen Eigenschaften hinsichtlich, Festigkeit, Formstabilität, Temperaturbeständigkeit und Biokompatibilität.


    Anwendungsbereiche der Stereolithografie

    Seit den Anfängen bis heute wird das Stereolithografie-Verfahren vor allem für die Erstellung von Prototypen im Rahmen der Produktentwicklung bei Maschinenbau- und Automobilherstellern sowie Forschungs- und Entwicklungseinrichtungen eingesetzt. Ein weiteres Anwendungsgebiet sind präzise Gussmodelle und Architekturmodelle. In der jüngeren Vergangenheit sind praktische Anwendungen aus dem Bereich der Medizintechnik, wie die Anfertigung individuell angepasster Gehäuse für Hörgeräte, hinzugekommen. Eine weitere Entwicklung geht in Richtung der direkten Herstellung von Endprodukten mit der Stereolithografie. Das Verfahren wird hierbei insbesondere für das sogenannte Rapid Manufacturing bei Kleinst- und Kleinserien komplexer Bauteile angewendet, die mit herkömmlichen Verfahren nicht oder bei geringen Stückzahlen nicht wirtschaftlich gefertigt werden können.


    Hier finden Sie eine ausführliche Infografik zum 3D-Druck



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