Grundprinzipien und -prozesse
Stereolithografie (SLA):
SLA verwendet einen Ultraviolett-(UV)-Laser, um selektiv Schichten aus flüssigem Photopolymerharz, das sich in einem Behälter befindet, auszuhärten und zu verfestigen. Der Laserstrahl, der von Galvanometern gesteuert wird, zeichnet den Querschnitt jeder Schicht auf die Harzoberfläche und härtet sie präzise aus. Nach Fertigstellung einer Schicht senkt sich die Bauplattform um die Schichtdicke ab, eine Beschichtungsklinge sorgt für eine frische Harzschicht, und der Prozess wiederholt sich, bis das Teil vollständig geformt ist. Die Nachbearbeitung umfasst die Teileentfernung, das Spülen in einem Lösungsmittel (z. B. Isopropylalkohol), um überschüssiges Harz zu entfernen, und die abschließende Aushärtung unter UV-Licht, um optimale mechanische Eigenschaften zu erzielen. Stützstrukturen sind oft für überhängende Merkmale erforderlich und müssen nach dem Drucken manuell entfernt werden.
Selektives Lasersintern (SLS):
SLS verwendet einen Hochleistungs-Infrarotlaser, um kleine Partikel aus Polymerpulver (typischerweise Materialien auf Nylonbasis wie PA12) zu verschmelzen. Der Prozess findet in einer beheizten Kammer statt, die auf eine Temperatur knapp unterhalb des Schmelzpunkts des Pulvers angehoben wird, um thermische Verformungen zu minimieren. Eine Walze oder Klinge verteilt zunächst eine dünne Pulverschicht über die Bauplattform. Der Laser scannt dann den Querschnitt des Teils und sintert die Pulverpartikel fest zusammen. Die Bauplattform senkt sich ab, eine neue Pulverschicht wird aufgetragen, und der Prozess wiederholt sich. Das ungesinterte Pulver, das das Teil während des Bauens umgibt, wirkt auf natürliche Weise als Stütze, wodurch die Erstellung komplexer Geometrien ohne dedizierte Stützstrukturen ermöglicht wird. Nach dem Drucken müssen die Teile in der Baukammer abgekühlt werden, bevor sie aus dem Pulverbett zur Reinigung (oft mit Druckluft oder Strahlmitteln) und zur potenziellen Nachbearbeitung entfernt werden.
Wesentliche Unterschiede zwischen SLA und SLS
Die folgende Tabelle fasst die wichtigsten Unterschiede zwischen diesen beiden Technologien zusammen:
| Aspekt | Stereolithografie (SLA) | Selektives Lasersintern (SLS) |
| Technologieprinzip | UV-Laser-Photopolymerisation von flüssigem Harz | Infrarot-Laser-Sintern von thermoplastischem Pulver |
| Primäre Materialien | Verschiedene Photopolymerharze (Standard, zäh, flexibel, gießbar, keramikgefüllt) | Thermoplastische Pulver (hauptsächlich Nylon/PA 11 & 12 und Verbundwerkstoffe wie glas- oder aluminiumgefüllt) |
| Stützstrukturen | Erforderlich für Überhänge | Nicht erforderlich |
| Typische Schichtdicke | 25 - 100 Mikrometer | 80 - 120 Mikrometer |
| Maßgenauigkeit | ± 0,1 % (untere Grenze ~ ± 0,05 mm) | ± 0,3 % (untere Grenze ~ ± 0,1 - 0,2 mm) |
| Oberflächenbeschaffenheit | Sehr glatt | Körnige, poröse, leicht raue Oberfläche |
| Bauvolumen | Mittel bis Groß (gängige Systeme bis zu ~800*800*500 mm) | Mittel (gängige Systeme um ~350*350*420 mm) |
| Nachbearbeitung | Entfernung von der Plattform, Entfernung der Stützen, Spülen (IPA), Nachhärten | Abkühlen, Entpulvern, (oft Strahlmittel oder Färben) |
| Wichtige mechanische Eigenschaften | Kann spröde sein15; Geringere Wärmebeständigkeit | Funktionsteile: Gute mechanische Festigkeit, Haltbarkeit und Wärmebeständigkeit |
Vor- und Nachteile
SLA-Vorteile:
Hohe Auflösung und glatte Oberflächenbeschaffenheit: Hervorragend für detaillierte Modelle, Erscheinungsprototypen und visuelle Anwendungen.
Feine Feature-Details: Kann sehr dünne Wände und komplizierte Features erzeugen.
Große Materialvielfalt: Bietet Harze, die verschiedene Kunststoffe mit Eigenschaften wie Transparenz, Flexibilität oder Hochtemperaturbeständigkeit simulieren (wenn auch oft mit Einschränkungen im Vergleich zu echten Thermoplasten).
Relativ schnelle Baugeschwindigkeit: Für kleine, komplizierte Teile kann SLA schneller sein als SLS.
SLA-Nachteile:
Spröde Materialeigenschaften:15 Standardharze sind nicht für Funktionsteile geeignet, die hohen Belastungen oder Beanspruchungen ausgesetzt sind.
Begrenzte Langzeitstabilität: Teile können sich bei längerer UV-Lichteinwirkung zersetzen und sind im Allgemeinen nicht für den Außeneinsatz geeignet.
Stützstrukturen erforderlich: Erhöht die Nachbearbeitungszeit und kann Flecken auf der Oberfläche hinterlassen.
Materialhandhabung: Flüssige Harze erfordern eine sorgfältige Handhabung und können unordentlich sein; die IPA-Reinigung erzeugt Abfall.
SLS-Vorteile:
Hervorragende mechanische Eigenschaften: Produziert starke, langlebige und funktionale Teile, die für Endanwendungen, Prototyping unter Belastung und lebende Scharniere geeignet sind.
Keine Stützstrukturen erforderlich:56 Das Pulverbett selbst stützt die Teile und ermöglicht hochkomplexe Geometrien, ineinandergreifende Teile und eine optimale Verschachtelung mehrerer Komponenten in einem einzigen Bau.
Hohe Materialausnutzung: Ungesintertes Pulver kann weitgehend recycelt und für nachfolgende Bauten wiederverwendet werden (obwohl die Erneuerungsraten verwaltet werden müssen).
Gute Chemikalien- und Wärmebeständigkeit: Nylonmaterialien bieten eine bessere Leistung in rauen Umgebungen im Vergleich zu Standardharzen.
SLS-Nachteile:
Raue Oberflächenbeschaffenheit: Teile haben eine charakteristische körnige, poröse Oberfläche, die oft eine Nachbearbeitung für ästhetische Anwendungen erfordert.
Im Allgemeinen langsamere Vorlaufzeit: Der Prozess umfasst lange Vorheiz- und Nachkühlphasen, wodurch die Gesamtproduktionszeit verlängert wird.
Höhere Geräte- und Betriebskosten: Maschinen sind im Allgemeinen teurer als vergleichbare SLA-Systeme.
Materialbeschränkungen: Hauptsächlich auf verschiedene Nylonpulver beschränkt; andere Materialien sind weniger verbreitet.
Pulverhandhabung: Erfordert eine sorgfältige Handhabung und einen dedizierten Arbeitsbereich; Inhalationsrisiken erfordern eine ausreichende Belüftung oder geschlossene Systeme.
Anwendungsszenarien und Auswahlrichtlinien
Die Wahl zwischen SLA und SLS hängt stark von der beabsichtigten Anwendung und den Teilanforderungen ab.
Wählen Sie SLA für:
Visuelle und ästhetische Prototypen: Modelle, bei denen Aussehen, Glätte und feine Details von größter Bedeutung sind (z. B. Modelle für das Produktdesign, Architekturmodelle, Figuren).
Detaillierte Muster und Formen: Anwendungen wie Feingussmuster.
Modelle, die Transparenz erfordern: Klare Harze sind für Anwendungen wie Lichtleiter oder die Visualisierung von Flüssigkeitsströmen erhältlich.
Anwendungen, bei denen eine sehr glatte Oberfläche entscheidend ist und eine Sekundärverarbeitung (wie z. B. Lackieren) geplant ist.
Wählen Sie SLS für:
Funktionelles Prototyping und Testen: Teile, die mechanischen Belastungen, Beanspruchungen standhalten oder endgültige Produktionsmaterialien simulieren müssen (z. B. Gehäuseprototypen, Funktionszahnräder, Halterungen, Scharniere).
Komplexe, integrierte Baugruppen: Entwerfen von Teilen, die andernfalls aus mehreren Komponenten zusammengesetzt werden müssten, da ineinandergreifende und geschlossene Merkmale ohne Stützen gedruckt werden können.
Endteile in geringen Mengen: Herstellung kleiner Chargen von Endprodukten, bei denen herkömmliche Spritzgusswerkzeuge nicht wirtschaftlich sind.
Teile, die gute mechanische Eigenschaften und Wärmebeständigkeit erfordern.
