Aushärten durch UV-Licht-Bestrahlung

Verfahrensprinzip

Unter diese Verfahrensgruppe fällt die wohl bekannteste und auch äteste Rapid-Technologie überhaupt, die Stereolithographie (SLA) (erstes Patent 1977; erste Anlage 1984). Grundprinzip zur schichtweisen Herstellung von Bauteilen ist hier die Aushärtung von flüssigen Photo- polymeren mittels lokal induzierter Copolymerisation, ausgelöst durch die Bestrahlung mit UV-Licht. Das grundlegende Wirkprinzip ist somit die gezielte Vernetzung ungesättigter Moleküle zu Makromolekülen. Als Energiequelle dient meist ein UV-Laser (siehe Abbildung).

Die Funktionsweise einer Stereolithographieanlage setzt sich aus der wiederholten Aneinan- derreihung der grundsätzlichen Prozessschritte der generativen Fertigung, Auftragen - Verfestigen - Absenken, zusammen. Aufgetragen wird in diesem Fall ein flüssiges Photopolymer, das sogennante Harz. In heutigen Stereolithographieanlagen kommen eine Vielzahl verschiedener Harze zum Einsatz (Acryl-, Epoxid- und Venyletherharze). Die Auwahl geschieht auf Grund der gewünschten Bauteileigenschaften.

Die Verfestigung erfolgt durch die Vernetzung der ungesättigten Monomere zu Polymeren. Ausgelöst wird dies durch die selektive Bestrahlung mit fokussiertem UV Licht. Ein gesteuerter Spiegel lenkt dazu UV-Laser Licht auf die Oberfläche des Monomerbades. Dort bewegt sich dieser auf vorausberechenten Bahnen und liefert die Aktivierungsenergie für die Copolymerisation. Dies führt zur beabsichtigten Verfestigung innerhalb einer Schicht, aber auch zu einer Verbindung übereinanderliegender Schichten.

Durch Absenken der Bauplattform um eine Schichtdicke wird Platz für den nächsten Schichtauftrag geschaffen. Eine dreidimensionale Geometrie entsteht.

Stützkonstruktionen Um bei überhängen am Bauteil(z.B. Henkel bei einer Tasse; vgl. Abbildung) die nötige Stabilität während des Bauprozesses zu gewährleisten, werden bei flüssigen Ausgangsmaterialien sog. Stützkonstruktionen (Support) notwendig. Hierzu werden zusätzliche Stützen verfestigt, welche die überhänge während des Bauprozesses tragen. Im Anschluss an den Bauprozess müssen diese Support-Strukturen wieder vom Bauteil entfernt werden.

Anwendung des Verfahrens

Mit Stereolithographie (SLA) kann aufgrund von hohen Maßgenauigkeiten eine erhebliche Bauteilkomplexität dargestellt werden. Anwendung findet diese Art der generativen Fertigung vor allem bei der Ertstellung von Konzept- oder Funktionsmodelle im Produktentstehungs- prozess. Zum Einsatz kommen diese Modelle als Anschauungsobjekte in der Entwicklung, für Marketingzwecke sowie für Fertigungs- und Montageuntersuchungen. Die große Vielfalt an möglichen Farben bis hin zur Verwendung transparenter Werkstoffe eröffnet SLA Bauteilen ein breites Band an möglichen Anwendungsfeldern.

Neben der beschriebenen Anwendung im RP-Bereich können Stereolithographiebauteile auch als Urmodelle für den Vakkum- und Feinguss eingesetzt werden und finden so ihre Anwendung im Bereich Rapid-Tooling.

Ein Spezialgebiet der UV-Licht aushärtenden Verfahren ist die Mikrostereolithographie, eine Weiterentwicklung der bisherigen SLA. Durch die Verwendung eines Digital Light Processing Chips (DLP-Chip) anstatt eines Laser zu UV-Licht-Einbringung werden hoch komplexe Bauteile mit sehr feinen Details darstellbar (siehe Abbildung). Die Aushärtung erfolgt hierbei gleichzeitig für die ganze Schicht.