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Der ultimative Leitfaden für den 3D-Druck im Stereolithographieverfahren (SLA)

Stereolithografie-3D-Druck (SLA) ist dank seiner Möglichkeiten, hochgenaue, isotrope, wasserdichte Prototypen in verschiedenen fortschrittlichen Materialien mit feinen Details und einer glatten Oberfläche zu bieten, äußerst beliebt geworden. 

In diesem umfassenden Whitepaper, das für das Jahr 2019 aktualisiert wurde, erfahren Sie, wie SLA-Technologien funktionieren, warum tausende Profis heutzutage diesen Prozess nutzen und was Sie wissen müssen, um bei Ihrer Arbeit von SLA 3D-Druck profitieren zu können.

Inhaltsverzeichnis


White Paper

Einführung in den 3D-Druck mit Desktop Stereolithographie (SLA)

Laden Sie unser erweitertes Whitepaper über Stereolithographie herunter, um zu erfahren, wie SLA-Drucktechnologien funktionieren, warum Tausende von Fachleuten diesen Prozess heute verwenden und wie dieser 3D-Druckprozess Ihrer Arbeit zugute kommen kann.
 

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Einleitung

Fortschritte beim 3D-Druck verändern kontinuierlich die Art und Weise, wie Unternehmen an die Prototypenfertigung und die Produktion herangehen. Da die Technologie immer zugänglicher und günstiger wird und Hardware und Materialien sich weiterentwickeln, um die Chancen und Anforderungen des Marktes zu erfüllen, integrieren Designer, Ingenieure und andere Profis den 3D-Druck in die Arbeitsprozesse in verschiedenen Entwicklungszyklen.

Über Branchen hinweg hilft der 3D-Druck Profis dabei, Outsourcingkosten zu reduzieren, schneller zu iterieren, Fertigungsprozesse zu optimieren und sogar ganz neue Geschäftsmodelle zu schaffen.

Besonders beim Stereolithografie-3D-Druck hat sich ein großer Wandel vollzogen. Ursprünglich waren SLA-Drucker unflexibel und unerschwinglich. Es waren ausgebildete Techniker und teure Wartungsverträge erforderlich. Heute können kleinformatige Desktop-Drucker Teile mit industrieller Qualität zu einem Bruchteil der Kosten und mit einer nie dagewesenen Vielseitigkeit fertigen.

Was ist Stereolithografie-3D-Druck?

SLA gehört zu einer Gruppe von additiven Fertigungstechniken, die auch als „Vat“-Photopolymerisation bezeichnet wird. Diese Geräte arbeiten alle nach demselben Prinzip, nämlich dem Einsatz einer Lichtquelle (UV-Laser oder Projektor) zur Aushärtung von flüssigem Kunstharz zu hartem Kunststoff. Der physikalische Hauptunterschied liegt in der Anordnung der Kernkomponenten, z. B. der Lichtquelle, der Konstruktionsplattform und des Harztanks.

Lernen Sie mehr über den Prozess des SLA 3D-Drucks.

SLA 3D-Drucker nutzen duroplastische Materialien, die mit Licht reagieren und als „Resins“ oder Kunstharze bekannt sind. Wenn SLA-Kunstharze bestimmten Lichtwellenlängen ausgesetzt werden, vereinen sich kurze Molekülketten, die Monomere und Oligomere polymerisieren und ausgehärtet steife oder flexible Geometrien bilden.

Eine grafische Darstellung der grundlegende Mechanik des SLA 3D-Drucks.

SLA-Teile liefern die höchste Auflösung und Genauigkeit, den höchsten Detailgrad und die glatteste Oberfläche aller 3D-Drucktechnologien. Der Hauptvorteil der Stereolithografie ist allerdings ihre Vielseitigkeit.

Materialhersteller haben innovative SLA-Kunstharzformulierungen entwickelt, die unterschiedliche optische, mechanische und thermische Eigenschaften bieten und denen von Standard-, technischen und industriellen Thermoplasten in nichts nachstehen.

Vergleichen wir Stereolithografie-3D-Druck mit den zwei anderen beliebten Technologien zum 3D-Druck von Kunststoffen: der Schmelzschichtung (FDM) und dem selektiven Lasersintern (SLS).

Der Arbeitsprozess beim SLA 3D-Druck

Erfahren Sie, wie Sie mit dem Form 3 SLA 3D-Drucker vom Design zum 3D-Druck übergehen. In diesem 5-minütigen Video werden die Grundlagen der Verwendung des Form 3 von der Software und den Materialien bis zum Drucken und Nachbearbeiten erläutert.
 

1. Design

 

Konstruieren Sie Ihr Modell mit einer beliebigen CAD-Software oder 3D-Scandaten und exportieren Sie es in einem für den 3D-Druck geeigneten Dateiformat (STL oder OBJ). Jeder SLA-Drucker verfügt über Software, um die Druckeinstellungen zu konfigurieren und das digitale Modell in Schichten aufzuteilen, die horizontale Querschnitte des Teils darstellen. Nach der Einstellung sendet die Druckvorbereitungssoftware die Vorgaben per WLAN- oder Kabelverbindung an den Drucker.

Fortgeschrittene Nutzer können Modelle speziell für den SLA-Prozess entwerfen, oder Schritte wie hohle Teile nutzen, um Material zu sparen.

 

 

2. Druck

 

Nach einer raschen Bestätigung der korrekten Einrichtung beginnt der Druckvorgang und das Gerät kann bis zu dessen Abschluss unbeaufsichtigt laufen. Bei Druckern mit Kartuschensystem wird das Material automatisch vom Gerät nachgefüllt.

Mit dem Online Dashboard von Formlabs können Sie aus der Ferne Drucker, Materialien und Teams managen.

 

 

 

3. Nachbearbeitung

 

Nach Abschluss des Druckvorgangs müssen die Druckteile in Isopropylalkohol (IPA) gespült werden, um alle unausgehärteten Harzablagerungen von den Oberflächen zu entfernen. Nachdem die gespülten Teile getrocknet sind, müssen manche Materialien nachgehärtet werden. Bei diesem Prozess lässt sich die höchstmögliche Festigkeit und Stabilität erreichen. Entfernen Sie abschließend die Stützen vom Teil und schleifen Sie die verbleibenden Stützspuren sauber ab. SLA-Teile können leicht für spezifische Anwendungen oder Oberflächengüten spanend bearbeitet, grundiert, lackiert und montiert werden.

Nachhärten ist besonders wichtig bei funktionalen Kunstharzen für technische Anwendungen und Pflicht bei einigen Materialien und Anwendungen in den Bereichen Zahntechnik und Schmuck.

 

Eine kurze Geschichte der Stereolithografie

Stereolithografie (SLA) wurde in den frühen 1980er Jahren erfunden, als der japanische Forscher Dr. Hideo Kodama den modernen Schichtaufbau für die Stereolithografie erfand und dabei UV-Licht nutzte, um lichtempfindliche Polymere zu härten. Der Begriff Stereolithografie wurde von Charles (Chuck) W. Hull erfunden, der die Technologie 1986 patentieren ließ und das Unternehmen 3D Systems gründete, um sie zu kommerzialisieren. Hull beschrieb die Methode als das Herstellen von dreidimensionalen Modellen durch das aufeinanderfolgende „Drucken“ dünner Schichten aus einem Material, das sich durch ultraviolettes Licht härten lässt.

SLA 3D-Druck war jedoch nicht die erste 3D-Drucktechnologie, die sich großer Beliebtheit erfreute. Als die Patente Ende der 2000er Jahre abliefen, wurde die additive Fertigung durch Einführung des kleinformatigen Desktop 3D-Drucks immer breiteren Anwenderkreisen zugänglich gemacht. Dabei kam zunächst das Fused Deposition Modeling (FDM, Schmelzschichtung) auf Desktop-Plattformen zum Einsatz.

Zwar trug diese erschwingliche Extrusionstechnik zur zunehmenden Verbreitung des 3D-Drucks bei, doch die Qualität der gefertigten Teile hat den Einsatz von FDM-Druckern begrenzt, da für professionelle Anwendungszwecke wie bei biokompatiblen Materialien in der Zahntechnik wiederholbare Ergebnisse von hoher Präzision unerlässlich sind. Hinzu kommen die Anforderungen der Schmuckherstellung und der Millifluidik, bei denen filigrane Details gefertigt werden müssen.

Prototypen des Form 1, des ersten Desktop SLA 3D-Druckers.

Prototypen des Form 1, des ersten Desktop SLA 3D-Druckers.

Desktop-SLA führt zur Disruption auf dem Markt

SLA wurde kurz nach FDM für den Desktop eingeführt, als Formlabs die Technologie 2011 anpasste. Kleinformatiger SLA-Druck versprach hochauflösende 3D-Druckergebnisse, die zuvor nur von industriellen Systemen erzielt worden waren, im Rahmen einer weitaus kleineren und kostengünstigeren Konfiguration und mit einer breiten Palette an Druckmaterialien. Diese Eigenschaften machten den 3D-Druck für eine Vielzahl verschiedener Spezial- und Hochpräzisionsanwendungen zugänglich, z. B. im Bereich des Ingenieurwesens, des Produktdesigns und der Fertigung sowie in der Dental- und Schmuckbranche und anderen Industriezweigen.

Im Jahr 2015 hat Formlabs seinen SLA-Drucker der nächsten Generation, den Form 2, eingeführt, der bald zum branchenführenden Desktop 3D-Drucker avancierte. In der Praxis ließen sich nun Teile wie günstige maßgefertigte Prothesen oder individuelle Rasierergriffe fertigen.

Der Form 2 brachte frischen Wind in die Diskussion um SLA 3D-Druck, indem er ein „verteiltes“ Produktionsmodell einführte, mit dem Unternehmen ihr Fertigung schrittweise skalieren konnten. So ließen sich kleinformatige Drucker mit wachsender Nachfrage hinzufügen und auf jedem Drucker konnte nun mit einem anderen Material gedruckt werden. Die Reife der Materialien hat nur zu immer umfassenderer Nutzung dieses Modells geführt, da durch fortschrittliche Kunstharze Anwendungen jenseits der Prototypenfertigung wie etwa Produktion und Fertigteile in verschiedenen Branchen erschlossen wurden.

Im Jahr 2019 sorgte Formlabs mit der Einführung des Form 3 und des Form 3L für den nächsten Quantensprung in der Branche . Die beiden neuen Hardwareprodukte setzen einen neuen Standard für SLA mit Systemen, die auf einem vollständig neuen Druckprozess basierten.

Der Form 3 und der Form 3L von Formlabs basieren auf der neuen Low Force Stereolithography (LFS) 3D-Drucktechnologie, einer fortschrittlichen Form der Stereolithografie, die einen flexiblen Tank und lineare Beleuchtung nutzt, um aus flüssigem Kunstharz mak

Der Form 3 und der Form 3L von Formlabs basieren auf der neuen Low Force Stereolithography (LFS) 3D-Drucktechnologie, einer fortschrittlichen Form der Stereolithografie, die einen flexiblen Tank und lineare Beleuchtung nutzt, um aus flüssigem Kunstharz mak

Das nächste Kapitel für SLA: Low Force Stereolithography 3D-Druck

 

Low Force Stereolithography (LFS)Technologie ist die neueste Entwicklung beim SLA 3D-Druck und erfüllt die Anforderungen des heutigen Markts an skalierbaren, zuverlässigen 3D-Druck in industrieller Qualität.

Bei dieser fortschrittlichen Form des SLA-Drucks kommen ein flexibler Tank und lineare Beleuchtung zum Einsatz, wodurch die auf die Teile wirkenden Kräfte deutlich reduziert und eine unglaubliche Oberflächenqualität und Druckgenauigkeit erzielt werden. Durch die geringeren Druckkräfte lassen sich berührungsempfindliche Stützstrukturen einsetzen, die leicht abgelöst werden können. Zusätzlich eröffnet der Prozess eine Vielzahl von Möglichkeiten bei der Entwicklung fortschrittlicher, produktionsreifer Materialien.

Die umgekehrte SLA sorgt für Abzugskräfte, die auf das Druckteil wirken, wenn es von der Tankoberfläche getrennt wird. Darum ist das Fertigungsvolumen begrenzt und robuste Stützstrukturen sind erforderlich. Der Form 2 ist genau kalibriert, um die Kräfte beim Ablöseprozesszu berücksichtigen und hochwertige Teile zu liefern. Erfahren Sie mehr über die Unterschiede zwischen dem Form 2 und dem Form 3, bei dem LFS-Technologie eingesetzt wird.

Beim LFS 3D-Druck kommen ein flexibler Tank und lineare Beleuchtung zum Einsatz, wodurch die auf die Teile wirkenden Kräfte deutlich reduziert und eine unglaubliche Oberflächenqualität und Druckgenauigkeit erzielt werden.  Erfahren Sie mehr über die Funktionsweise von LFS in diesem detaillierten Video.


Webinar: Vorstellung des Form 3

Sehen Sie eine Produktvorführung an und lassen Sie sich  den Form 3 und den LFS 3D-Druck durch einen Formlabs Experten erklären.

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Wieso SLA 3D-Druck?

Ingenieure, Designer, Hersteller und weitere Profis wählen SLA 3D-Druck wegen der feinen Merkmale, der glatten Oberfläche, der vollendeten Teilepräzision und -genauigkeit und den mechanischen Eigenschaften wie Isotropie, Wasserdichtigkeit und Vielseitigkeit der Materialien.

Isotropie

Da beim 3D-Druck die Teile schichtweise gefertigt werden, gibt es bei fertigen Druckteilen abhängig von der Ausrichtung des Teils zum Druckprozess möglicherweise Unterschiede in Sachen Festigkeit. Dabei treten unterschiedliche Eigenschaften in den X-, Y- und Z-Achsen zu Tage.

Druckprozesse wie Schmelzschichtung (FDM) sind aufgrund der beim Druckprozess entstehenden Unterschiede von Schicht zu Schicht als anisotrop bekannt. Diese Anisotropie begrenzt die Nutzbarkeit von FDM bei bestimmten Eigenschaften oder macht zusätzliche Anpassungen bei der Druckgeometrie erforderlich, um sie zu kompensieren.

Lesen Sie unsere ausführliche Anleitung zu FDM- und SLA-3D-Druckern und erfahren Sie, wie sie sich im Hinblick auf Druckqualität, Materialien, Anwendungen, Workflow, Geschwindigkeit, Kosten und unterscheiden.

Im Gegensatz dazu sorgt SLA-Druck für hochgradig isotrope Teile. Die Erzielung von Teileisotropie hängt von verschiedenen Faktoren ab, die genau gesteuert werden können, indem die Materialchemie für den Druckprozess genutzt wird. Während des Druckvorgangs bilden die Harzbestandteile kovalente Bindungen, doch von Schicht zu Schicht bleibt das Teil ein halb reagiertes „Grünteil“.

In diesem Grünteilzustand bleiben im Kunstharz polymerisierbare Gruppen zurück, die Verbindungen über Schichten hinweg eingehen können. Bei der endgültigen Aushärtung werden dem Teil so Isotropie und Wasserdichtigkeit verliehen. Auf molekularer Ebene gibt es keine Unterschiede zwischen den X-, Y- oder Z-Schichten. Dies führt zu Teilen mit vorhersehbaren mechanischen Eigenschaften, die für Anwendungen wie Vorrichtungen, Fertigteile und funktionsfähige Prototypen erforderlich sind.

SLA-Druckteile sind im Vergleich zu FDM-Druckteilen hochgradig isotrop.

SLA-Druckteile sind im Vergleich zu FDM-Druckteilen hochgradig isotrop.

Da sie isotrop sind, halten SLA-Druckteile wie diese Vorrichtung von Pankl Racing Systems Kräften aus unterschiedlichen Richtungen stand, denen sie bei Fertigungsschritten mit hohen Belastungen unterworfen sind.

Wasserdichtigkeit

SLA-Druckteile sind durchgehend, unabhängig davon, ob Geometrien mit massiven Details oder internen Kanälen erzeugt werden. Die Wasserdichtigkeit ist wichtig für ingenieurtechnische und fertigungstechnische Anwendungen, bei denen der Luft- oder Fluidfluss kontrolliert und vorhersehbar sein muss. Ingenieure und Designer nutzen die Wasserdichtigkeit von SLA, um Herausforderungen bei Luft- und Flüssigkeitsströmen in den Bereichen Automobiltechnik und biomedizinische Forschung zu lösen und Teiledesigns für Produkte wie Küchengeräte zu validieren.

OXO verlässt sich auf die Wasserdichtigkeit von SLA-Druck, um robuste funktionsfähige Prototypen für Produkte mit Luft- oder Fluidfluss wie dieser Kaffeemaschine zu fertigen.

Genauigkeit und Präzision

Branchen von der Zahnmedizin bis zur Fertigung verlassen sich auf SLA 3D-Druck, um wiederholt genaue, präzise Komponenten zu fertigen. Damit ein Druckprozess genaue und präzise Teile herstellen kann, müssen mehrere Faktoren genau gesteuert werden.

Im Vergleich zur Genauigkeit der spanenden Bearbeitung liegt der SLA 3D-Druck zwischen der Standardbearbeitung und der Feinbearbeitung. SLA hat die engsten Toleranzen aller kommerziell verfügbaren 3D-Technologien. Erfahren Sie mehr über Genauigkeit, Präzision und Toleranz im 3D-Druck.

Die Kombination aus beheiztem Harztank und geschlossener Konstruktionsumgebung gewährleistet nahezu identische Bedingungen für jeden Druckauftrag. Die höhere Genauigkeit lässt sich darauf zurückführen, dass mit niedrigeren Drucktemperaturen gearbeitet wird als bei Thermoplasttechnologien, bei denen das Rohmaterial geschmolzen wird. Da SLA statt Wärme Licht einsetzt, erfolgt der Druckvorgang nahezu bei Raumtemperatur. Aus diesem Grund kommt es bei den Druckteilen nicht zu Artefakten durch Wärmeausdehnung und Kontraktion.

Ein Beispiel aus der Zahntechnik, bei dem eine gescannte Komponente mit der ursprünglichen CAD-Geometrie verglichen wird, um die gleichbleibend engen Toleranzen über das gesamte SLA-Druckteil hinweg zu zeigen.

Beim Low Force Stereolithography (LFS) 3D-Druck befindet sich die Optik in einer Light Processing Unit (LPU), die sich in der X-Richtung bewegt. Ein Galvanometer positioniert den Laserstrahl in der Y-Richtung und lenkt ihn dann über einen Faltspiegel und einen Parabolspiegel, um einen Strahl zu erzeugen, der stets senkrecht auf die Druckebene fällt. So bewegt er sich immer in einer gerade Linie und sorgt für noch mehr Präzision und Genauigkeit. So kann die Gleichmäßigkeit ermöglicht werden, wenn Hardware auf größere Formate skaliert wird, wie den großformatigen SLA-Drucker Form 3L. Die LPU nutzt auch einen Raumfilter, um einen scharfen Laserstrahl mit größerer Präzision zu erzeugen.

Die Eigenschaften der individuellen Materialien sind ebenfalls wichtig, um einen zuverlässigen, wiederholbaren Druckprozess zu ermöglichen.

Formlabs Rigid Resin weist einen hohen Grünmodul oder Modul vor dem Nachhärten auf, was bedeutet, dass sehr dünne Teile präzise und mit höherer Erfolgsrate gedruckt werden.

Filigrane Details und makellose Oberflächenbeschaffenheit

SLA-Druck gilt als der Maßstab für die Erzielung einer glatten Oberfläche. Es lassen sich Oberflächenbeschaffenheiten erreichen, die denen bei traditionellen Fertigungsverfahren wie Bearbeitung, Spritzguss und Extrusion ähneln.

Diese Oberflächenbeschaffenheit ist für Anwendungen ideal, die makellose Oberflächen erfordern, und spart außerdem Zeit bei der Nachbearbeitung, da die Teile problemlos abgeschliffen, poliert und lackiert werden können. Beispielsweise nutzen Marktführer wie Gillette SLA 3D-Druck, um fertige Konsumprodukte wie 3D-gedruckte Rasierergriffe für seine Razor Maker Produktplattform zu drucken.

Marktführer wie Gillette nutzen SLA 3D-Druck, um fertige Konsumprodukte wie 3D-gedruckte Rasierergriffe für seine Razor Maker Produktplattform zu drucken.

Die Schichthöhe der Z-Achse wird häufig genutzt, um die Auflösung eines 3D-Druckers zu definieren. Sie kann bei Formlabs SLA 3D-Druckern zwischen 25 und 300 Mikrometern angepasst werden, wobei sich ein Kompromiss zwischen Geschwindigkeit und Qualität ergibt.

Im Vergleich dazu drucken FDM- und SLS-Drucker für gewöhnlich Z-Achsenschichten zwischen 100 und 300 Mikrometern. Jedoch unterscheidet sich ein Teil, das mit 100 Mikrometern auf einem FDM- oder SLS-Drucker hergestellt wurde, von einem Teil, das mit derselben Auflösung auf einem SLA-Drucker gedruckt wurde. SLA-Drucke haben eine glattere Oberfläche, wenn sie aus dem Drucker kommen, da die äußeren Begrenzungswände gerade sind, und die neu gedruckte Schicht mit der vorherigen Schicht interagiert, sodass der „Treppeneffekt“ geglättet wird. FDM-Drucke haben für gewöhnlich deutlich sichtbare Schichten, während die Oberfläche beim SLS-Verfahren aufgrund des gesinterten Pulvers körnig ist.

Beim SLA-Druck werden außerdem selbst winzigste Details weitaus genauer wiedergegeben. Grund hierfür ist die Tatsache, dass der Form 3 mit einer Laserspotgröße von 85 Mikrometern arbeitet, wohingegen industrielle SLS-Drucker Düsen von 350 Mikrometern verwenden und FDM-Maschinen Düsen von 250 bis 800 Mikrometern einsetzen.

Während bei FDM-Druckteilen häufig Schichtlinien sichtbar sind und um komplexe Merkmale herum Ungenauigkeiten aufweisen können, haben SLA-Druckteile scharfe Kanten, eine glatte Oberfläche und minimal sichtbare Schichtlinien.

Materialvielfalt

SLA-Kunstharze bieten eine große Anzahl an Formulierungskonfigurationen: Die Materialien können weicht oder hart, stark mit sekundären Materialien wie Glas oder Keramik gefüllt sein, oder über mechanische Eigenschaften wie eine hohe Wärmeformbeständigkeitstemperatur oder Schlagzähigkeit verfügen. Die Materialien reichen in ihren Anwendungen von branchenspezifisch wie jene für Zahnersatz bis hin zu Kunstharzen, die bei der Prototypenfertigung dem Endprodukt sehr ähneln, und formuliert sind, um umfangreichen Tests standzuhalten und unter Belastung zu funktionieren.

Mit Ceramic Resin können Sie 3D-Druckteile fertigen, deren Oberfläche Stein ähnelt. Sie können zu vollwertigen Keramikteilen gebrannt werden.

In manchen Fällen ist es diese Kombination aus Vielseitigkeit und Funktionalität, die Unternehmen dazu bewegt, SLA firmenintern zu nutzen. Nachdem eine Anwendung mit einem spezifischen funktionsfähigen Material gelöst wurde, dauert es häufig nicht lange, bis weitere Möglichkeiten gefunden werden und der Drucker zu einem Werkzeug wird, mit dem die verschiedenen Eigenschaften der unterschiedlichen Materialien genutzt werden können.

Beispielsweise verlassen sich hunderte Ingenieure der Design and Prototyping Group des Advanced Manufacturing Research Centre (AMRC) an der University of Sheffield auf den freien Zugang zu einer Flotte aus 12 SLA 3D-Druckern und einer Vielzahl an technischen Kunstharzen, um vielfältige Forschungsprojekte mit Industriepartnern wie Boeing, Rolls-Royce, BAE Systems und Airbus zu unterstützen. Das Team nutzte High Temp Resin, um Unterlegscheiben, Halterungen und ein Sensorhalterungssystem zu bauen,das hohen Temperaturen standhält. Es setzte außerdem Durable Resin ein, um maßgefertigte filigrane Federkomponenten für einen Pick-and-Place-Roboter zu fertigen, der die Herstellung von Verbundwerkstoffen automatisiert.

 

Ingenieure am AMRC nutzen eine Flotte aus 12 SLA 3D-Druckern und eine Vielzahl an technischen Materialien, um maßgefertigte Teile für diverse Forschungsprojekte herzustellen, darunter Halterungen für einen Pick-and-Place-Roboter (links) und Halterungen für Sensoren in einer Umgebung mit hohen Temperaturen (rechts).


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Anwendungen für SLA 3D-Druck

SLA 3D-Druck beschleunigt die Innovation und unterstützt Unternehmen in vielen verschiedenen Branchen wie Maschinenbau, Fertigung, Zahnmedizin, Gesundheit, Bildung, Unterhaltung, Schmuck, Hörakustik und mehr.

Maschinenbau und Produktdesign

Rapid Prototyping mit 3D-Druck gibt Ingenieuren und Designern die Möglichkeit, Ideen in realistische Proof-of-Concept-Modelle zu verwandeln, diese Konzepte zu hochpräzisen Prototypen weiterzuentwickeln, die aussehen und funktionieren wie die Endprodukte, und Produkte durch eine Reihe von Validierungsschritten zu führen, die in der Serienproduktion enden.

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Fertigung

Fertigungsunternehmen automatisieren Produktionsprozesse und rationalisieren Arbeitsabläufe, indem sie Werkzeugprototypen entwickeln und per 3D-Druck maßgefertigte Werkzeuge, Formen und Produktionshilfen deutlich kostengünstiger und schneller als traditionelle Fertigungsverfahren herstellen. Damit sparen sie Fertigungskosten ein, senken die Fehlerquote, steigern die Qualität, beschleunigen die Montage und nutzen Arbeitskraft optimal aus.

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Zahnmedizin

Digitale Zahnmedizin senkt das Risiko menschlichen Versagens und liefert gleichmäßigere Produkte und eine höhere Genauigkeit und Präzision bei jedem Arbeitsschritt. So erhält der Patient die bestmögliche Behandlung. 3D-Drucker können eine breite Spanne hochwertiger, maßgefertiger Produkte und Dentalvorrichtungen bei geringen Stückkosten herstellen. Dabei werden zudem eine exzellente Passform und wiederholbare Ergebnisse gewährleistet.

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Bildung

3D-Drucker sind multifunktionale Werkzeuge für immersives Lernen und innovative Forschung. Sie können die Kreativität fördern, Schülern und Studenten professionelle Technologie näherbringen und MINT-Kenntnisse in den Wissenschaften, Technik, bildenden Künsten und Design vermitteln.

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Gesundheitswesen

Erschwinglicher, professioneller Desktop 3D-Druck eröffnet Ärzten neue Wege, Behandlungen und Medizinprodukte zu bieten, die besser auf die einzelnen Patienten abgestimmt sind. So können sie leistungsstarke medizinische Anwendungen bereitstellen und gleichzeitig maßgeblich Zeit und Kosten einsparen – in der Behandlung ebenso wie im Labor.

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Unterhaltung

Hochaufgelöste physische Modelle kommen in der Bildhauerei, der Charaktermodellierung und der Herstellung von Requisiten häufig zur Anwendung. 3D-gedruckte Teile kamen bereits für Stop-Motion-Filme, Videospiele, maßgeschneiderte Kostüme und Special Effects in Blockbuster-Filmen zum Einsatz.

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Schmuck

Schmuckhersteller verwenden CAD- und 3D-Druck, um schnell Prototypen ihrer Designs anzufertigen, sie Kunden anprobieren zu lassen und große Chargen an gussbereiten Teilen herzustellen. Digitale Tools erlauben die Fertigung gleichmäßiger, detaillierter Schmuckstücke ohne die mühselige Kleinarbeit und die Abweichungen, die mit Wachsmodellierung einhergehen.

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Audiologie

Hörakustiker und -labore nutzen digitale Workflows und 3D-Druck, um hochwertige Otoplastiken gleichmäßiger und mit höheren Stückzahlen herzustellen. Anwendungsmöglichkeiten umfassen HDO-Hörgeräte, Hörschutz und maßgefertigte Ohrstöpsel und Ohrhörer.

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Firmeninterner SLA 3D-Druck

Viele Unternehmen nutzen 3D-Druck zunächst durch Outsourcing an Dienstleister oder Labore. Das Outsourcing der Produktion kann eine sehr gute Lösung für Teams sein, die 3D-Druck nur gelegentlich benötigen, oder bei Unikaten mit einzigartigen Materialeigenschaften oder Anwendungszwecken. Dienstleister können ebenfalls Ratschläge zu verschiedenen Materialien geben und bieten Mehrwertleistungenwie Design oder fortschrittliche Fertigstellung.

Die wichtigsten Nachteile des Outsourcings sind Kosten und Durchlaufzeiten. Häufig ist Outsourcing der erste Schritt zum firmeninternen 3D-Druck, wenn der Bedarf zunimmt. Einer der größten Vorteile des 3D-Drucks ist seine Schnelligkeit im Vergleich zu herkömmlichen Fertigungsmethoden, der jedoch schnell an Relevanz verliert, wenn ein ausgelagertes Teil erst Tage oder gar Wochen später ankommt. Mit der wachsenden Nachfrage und Produktion wird das Outsourcing auch schnell teuer.

Durch die Verfügbarkeit von günstigem 3D-Druck mit Industriequalität entscheiden sich immer mehr Unternehmen dafür, sofort auf firmeninternen 3D-Druck zu setzen. Sie integrieren ihn vertikal in bestehende Werkstätten oder Labore oder in Arbeitsplätze von Ingenieuren, Designern und anderen Profis, die von der Umsetzung digitaler Designs in physische Teile profitieren könnten, oder die an der Herstellung kleiner Produktionsreihen beteiligt sind.

Kleinformatige Desktop SLA 3D-Drucker sind eine ideale Lösung, wenn Sie Teile schnell benötigen. Abhängig von der Anzahl der Teile und des Druckvolumens kann sich die Investition in einen kleinformatigen 3D-Drucker schon innerhalb von Monaten amortisieren. Außerdem ist es bei kleinformatigen Geräten möglich, nur für die Kapazität zu zahlen, die ein Unternehmen benötigt, und die Produktion durch zusätzliche Drucker zu skalieren, wenn die Nachfrage wächst. Der Einsatz mehrerer 3D-Drucker bietet auch die Flexibilität, gleichzeitig Teile aus verschiedenen Materialien zu drucken. Dienstleister können diesen flexiblen Arbeitsprozess immer noch bei größeren Teilenoder ungewöhnlichen Materialien unterstützen.

Kurze Durchlaufzeiten und schnelle Designänderungen

Kurze Durchlaufzeiten sind ein großer Vorteil für Eigentümer von Desktop 3D-Druckern. Bei der Arbeit mit einem Druckdienstleister sorgen Durchlaufzeiten, Kommunikation und Lieferung für Verzögerungen. Mit einem Desktop 3D-Drucker wie dem Form 3 halten Sie das Teil nach wenigen Stunden in den Händen. So können Designer und Ingenieure mehrere Teile an einem Tag drucken, was schnellere Iterationen ermöglicht und die Produktentwicklungszeit reduziert. Mechanismen und Baugruppen können schnell getestet werden, um kostenspielige Werkzeugänderungen zu vermeiden.

Kosteneinsparungen

Ein eigener Desktop 3D-Drucker bietet erhebliche Einsparungen gegenüber 3D-Druckdienstleistern und traditionellen Bearbeitungsverfahren, da diese Alternativen mit zunehmender Nachfrage und wachsender Produktion schnell teuer werden.

Ein Beispiel: Um enge Produktionsfristen zu erfüllen, haben ein Prozessingenieur und sein Team bei Pankl Racing Systems den SLA 3D-Druck eingeführt, um maßgefertigte Halterungen und andere Kleinserienteile direkt für die Fertigungslinie herzustellen. Obwohl man im Unternehmen dem firmeninternen SLA-Druck zunächst skeptisch gegenüberstand, erwies er sich bald als ideale Alternative zur spanenden Fertigung verschiedener Werkzeuge. In einem Fall wurde die Durchlaufzeit von Haltevorrichtungen um 90 Prozent von zwei bis drei Wochen auf weniger als ein Tag reduziert. Die Kosteneinsparung lag zwischen 80 und 90 Prozent.

Kostenvergleich: Maßgefertigte Haltevorrichtung bei Pankl Racing Systems

 

KostenDurchlaufzeit
Firmeninterner SLA-Druck9-28 USD5 bis 9 Stunden
CNC-Bearbeitung45-340 USD2 - 3 Wochen

 

 

Pankl Racing Systems hat die Durchlaufzeiten und Kosten durch den firmeninternen 3D-Druck maßgefertigter Haltevorrichtungen bedeutend reduziert.

Nach Bedarf skalieren

Bei kleinformatigen Geräten ist es möglich, nur für die Kapazität zu zahlen, die ein Unternehmen benötigt, und die Produktion durch zusätzliche Drucker zu skalieren, wenn die Nachfrage wächst. Der Einsatz mehrerer 3D-Drucker bietet auch die Flexibilität, gleichzeitig Teile aus verschiedenen Materialien zu drucken.

Die Design and Prototyping Group des Advanced Manufacturing Research Centre (AMRC) der University of Sheffield betreibt eine additive Fertigungsstation mit einer Flotte von 12 Form 2 Stereolithografie (SLA) 3D-Druckern, die hunderten von Ingenieuren am Standort freien Zugang zum 3D-Druck bei ihren verschiedenen Projekten bietet.

Einstieg in den SLA 3D-Druck

Formlabs bietet zwei hochpräzise SLA 3D-Drucksysteme, eine wachsende Bibliothek an spezialisierten Materialien, intuitive Druckvorbereitungs- und Managementsoftware und professionelle Dienstleistungen – alles in einem Paket.

Um den SLA 3D-Druck noch näher kennen zu lernen, verschaffen Sie sich selbst einen Eindruck der Qualität des SLA-Verfahrens: Fordern Sie einen kostenlosen Probedruck aus Ihrem Wunschmaterial an, das direkt an Ihre Haustür geliefert wird.

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