Was macht Selektives Lasersintern und Stereolithographie jeweils aus?
Das 1983 vom US-Amerikaner Chuck Hull entwickelte 3D-Druckverfahren der Stereolithographie, auch bekannt unter dem Namen SLA-3D-Druck, kann mit einigem Recht als die „Mutter aller 3D-Druckverfahren“ bezeichnet werden, da dieses 3D-Druckverfahren vor allen anderen entwickelt wurde. Chuck Hull ließ seine Erfindung 1984 unter dem Namen „additive manufacturing“ patentieren, ein Begriff, der heute allerdings sehr viel weiter gefasst wird.
Die Stereolithographie basiert auf einem flüssigen Photopolymer, einem sogenanntem Resin, in diesem Fall Epoxy. Konkret handelt es sich bei diesen, hier zum Einsatz kommenden Resinen um Extraktstoffe aus dehydrierten Naturharzen, welche durch einen chemischen Umwandlungsprozess gewonnen werden. Dieser spezielle Kunststoff, der beim SLA-3D-Drucker in einem gefüllten Becken vorliegt, hat die spezielle Eigenschaft, nach einer gewissen Belichtungszeit zu erstarren, worauf die gesamte Stereolithografie letztlich beruht. Die einzelnen Schichten des zu erstellenden 3D-Druck-Objekts werden nun mithilfe eines Lasers nach und nach auf die Oberfläche des flüssigen Materials projiziert, wobei das darunter liegende bewegliche Druckbett jeweils Schicht für Schicht nach unten gezogen wird. Sobald der Stereolithografie-3D-Druckvorgang beendet ist wird das gehärtete 3D-Druck-Objekt aus dem Bad genommen und in der Regel noch in einer speziellen Belichtungskammer bis zur vollständigen Aushärtung nachbelichtet.
Die Stereolithographie Technologie, grob skizziert
Selektives Lasersintern: Pulver statt Flüssigkeit
Das Selektive Lasersintern, auch unter der Bezeichnung SLS-3D-Druck geläufig, beruht dagegen auf einem in Pulverform vorliegenden Ausgangsstoff, in der Regel ein Polyamid(PA)-Kunststoff. Dieses Feinpulver wird beim SLS-3D-Druck-Prozess mit Hilfe eines Laserstrahls punktuell verschmolzen, wobei der Laserstrahl die in der 3D-Datei konstruierten Umrisse exakt nachfährt und dabei das Material punktuell zu einem bruchfesten 3D-Druck-Modell verschmilzt. Das jeweils nicht benötigte Pulver wird beim SLS-3D-Druckvorgang abgesaugt und im nächsten Arbeitsschritt erneut verwendet.
Das Selektive Lasersintern in anschaulicher Darstellung
Ein besonderer Vorteil des Selektiven Lasersinterns liegt darin, dass auf diesem Wege besonders filigrane Bauteile ermöglicht werden. Die Stereolithografie gilt dagegen derzeit als das genaueste Rapid-Prototyping-Verfahren. Auch ermöglicht der SLA-3D-Druck Bauteile von höchster Komplexität. Mit Wandstärken von nur 0,1mm und Detailgraden von bis zu 0,25mm beeindruckt dagegen die SLS-3D-Druck-Technologie. Im Gegensatz zur Stereolithografie kommt der SLS-3D-Druck zudem ohne Support-Strukturen aus, da nach dem 3D-Druck-Vorgang zurück bleibendes Pulver leicht herausgeblasen oder –geschüttelt werden kann.
Typische Anwendungsgebiete für die Stereolithographie sind die Produktion komplexer Bauteile als Designmuster oder die Erstellung von Ausgangsformen für Vakuumgießen oder Spin-Casting. Selektives Lasersintern eignet sich insbesondere für bewegliche Bauteile, so wie für Kleinserien, Spritzgussformen oder für Prototypen in den Bereichen Kunst/Design oder Prothesenbau.
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SLS-Druck – 3D-Druck im selektiven Lasersintern
SLS-Druck, auch bekannt als Selective Laser Sintering, ist ein Pulverbettverfahren im 3D-Druck, einem der additiven Verfahren, bei denen Laserstrahlen zur Erzeugung von 3D-Modellen verwendet werden. Ausgangspunkt ist wie bei allen 3D-Druckverfahren die an den 3D-Drucker gesendete 3D-Datei.
Senken Sie die Konstruktionsplattform allmählich ab
Ausgangsmaterial ist meist Polyamid (PA)-Kunststoff in feiner Pulverform. Dieses feine Pulver wird nun auf eine Plattform gegeben und unter erhöhtem Druck erhitzt. Ein Laser verschmilzt diese Schichten nun entsprechend den Konturen des entstehenden 3D-Objekts zu Pulverschichten. Dabei werden die Partikel Schicht für Schicht miteinander verschmolzen, indem die Bauplattform abgesenkt und jeweils eine neue Pulverschicht aufgetragen wird. Ungeschmolzenes Material wird abgesaugt und kann wiederverwendet werden.
Neben Polyamiden können auch Aluminide, Elastomere und Polyamide mit SLS bedruckt werden. Schattierung und Haptik des Modells basieren auf dem ausgewählten Modell und dessen möglicher Nachbearbeitung.
Geschichte des SLS-Drucks
Die Geschichte des selektiven Lasersinterns reicht bis Mitte der 1980er Jahre zurück. Dr. Carl Deckard und Dr. Joe Beaman von der University of Texas at Austin hat diese additive Technologie erfolgreich entwickelt. Der SLS-Druck ist nach der Stereolithographie eines der ältesten 3D-Druckverfahren, das vor nicht allzu langer Zeit (ca. 1983) von Chuck Hull entwickelt wurde. Im Laufe der Jahre wurde selektives Lasersintern zusätzlich zu den oben genannten Materialien auf eine zunehmende Anzahl von Materialien angewendet, darunter Glas, Keramik oder verschiedene Verbundpulver.
Anwendungsgebiete
SLS-Drucken ist in zahlreichen Bereichen der industriellen Fertigung weit verbreitet, so etwa in der Fertigung von Anschauungsmodellen, von Funktionsteilen oder auch im Prothesenbau. Weitere Einsatzgebiete für das Selektive Lasersintern finden sich in der Luft- und Raumfahrt, in Medizin-Forschung und -Technik, im Werkzeugbau, in der Elektroindustrie oder auch im Motorsport.
