SLA-3D-Druck- und Designrichtlinien: 8 Essentielle Tipps

Die Stereolithographie (SLA) ist ein auf Harz basierendes 3D-Druckverfahren, bei dem ein UV-Laser dazu verwendet wird, ein flüssiges Photopolymer Schicht um Schicht aufzubauen. SLA steht dabei für die Fähigkeit, Teile mit extrem feinen Details, glatten Oberflächen und engen Toleranzen zu erzeugen – oft nur mit wenig bis gar keinen Erfordernissen einer Nachbearbeitung. Es unterstützt dabei verschiedene Materialien, inklusive Allzweckharzen, Hochtemperaturharzen und transparenten Optionen.

Diese Eigenschaften machen es geradezu ideal für das Prototyping, das Erstellen von Masterformen für Gussformen, Zahnmodelle, feinmechanische Komponenten und natürlich ästhetische Designteile. SLA-Teile sind jedoch im Allgemeinen weniger UV-stabil als Teile, die in thermoplastischen Verfahren gefertigt werden.

Nikolaus Mroncz

Head of Sales Engineering bei Xometry

Es ist gut, wenn Sie es im Hinterkopf behalten, dass auch Teile aus der SLA, trotz ihrer hervorragenden Oberflächenqualität, ihre Grenzen haben. Mit der Zeit kann die Exposition gegenüber Sonneneinstrahlung dazu führen, dass sie brüchig werden, und hellere Teile – insbesondere weiße und klare – können vergilben. Während man natürlich schnell eine klare Beschichtung aufbringen kann, um diesen Alterungseffekt zu mindern, gibt es doch einige Tipps für den Entwurf, die es wert sind, mit Ihnen geteilt zu werden, damit Sie sauberere Resultate erhalten, Fehler reduzieren und somit das Meiste aus dem herausholen können, was SLA zu bieten hat.

1. Mindestgrößen von Elementen für SLA einhalten

Während der SLA-3D-Druck gerade bei feinen Details brilliert, können sehr kleine Details bei Merkmalen und Elementen eines Werkstücks dennoch zu Problemen in der Fertigung führen. Dünne Stifte können brüchig werden, enge Schlitze können schlecht definiert sein, während kleine Löcher durch Harzansammlungen während des Drucks verschlossen werden können. Dies geschieht häufig als Ergebnis der Unterschreitung der zuverlässigen Grenzen der Geometrie.

Faustregel:

Halten Sie einen minimalen Stiftdurchmesser von 1 Millimeter für zuverlässige Stifte ein.
Es wird eine minimale Schlitzgröße von 0,5 Millimeter empfohlen, aber je größer, desto besser.
Bleiben Sie über einer Größe von 0,2 Millimeter für minimal druckbare Merkmale.

2. Konstruieren Sie mit einer Angemessen Wandstärke

Wandstärken sind einer der entscheidendsten Faktoren im Entwurf für den SLA-3D-Druck. Zu dünne Wände machen die Teile zerbrechlich oder führen gegebenenfalls direkt im Druck zum Bruch. Andererseits führen zu dicke Wände zu Materialverschwendung und zu möglichen Defekten wie dem Verziehen.

Darüber hinaus führen uneinheitliche Wandstärken zu unterschiedlichen Abkühlungsraten, wodurch dünnere Abschnitte schneller abkühlen als dickere Bereiche. Das bedeutet, dass die Wände die richtige Größe haben und einheitlich geformt sein sollten, um Risse, Verformungen und andere Defekte zu vermeiden.

Nicht abgestützte Wände, bei denen hingegen ein höheres Risiko des Verziehens oder Abbrechens besteht, sollten dicker sein. Sie können zudem mit, als Hohlkehlen ausgeführten, Sockeln versehen werden, um ihre mechanische Festigkeit zu erhöhen. Abgestützte Wände neigen weniger dazu sich zu verziehen, was im Umkehrschluss bedeutet, dass sie etwas dünner sein können. Dies sollte aber eine Grenze haben.

Faustregel:

Halten Sie die empfohlene Mindestdicke von 0,6 Millimeter für freitragende Wände ein.
Halten Sie die empfohlene Mindestdicke von 0,4 Millimeter für abgestützte Wände ein.

3. Berücksichtigung der SLA-Toleranzen bei zusammengehörigen Teilen

Obwohl der SLA-3D-Druck eine hohe Präzision erreichen kann, ist es dennoch wichtig, die Toleranzen bereits im Entwurf zu bedenken. Berücksichtigen Sie Faktoren wie die Schrumpfung beim Aushärten im Rahmen Ihrer Toleranzen.

Das stellt den einzigen Weg dar, wie enge Toleranzen eingehalten, und somit die einwandfreie Funktion der Teile gewährleistet werden können. Zwischen den zusammengehörigen Teilen sollte ein ausreichender Abstand vorhanden sein, um ein Verschmelzen beim Drucken zu verhindern. Dies hilft auch bei der nahtlosen Montage von Teilen.

Faustregel:

Einen Mindestabstand von 0,5 Millimeter zwischen zu montierenden beweglichen Teilen sicherstellen.
Abstände von 0,1 Millimeter für engsitzende Passungen verwenden.

4. Ausgehöhlte SLA-Teile zum Sparen von Harz

SLA kann komplett massive Teile erzeugen, jedoch hilft in vielen Fällen das Aushöhlen des Designs, den Materialverbrauch und die Druckzeit zu reduzieren. Die hohlen Bereiche müssen jedoch vorsichtig konstruiert werden, um sowohl die strukturelle Integrität aufrechtzuerhalten, als auch häufig auftretende Druckprobleme zu vermeiden. Dünne Wände oder vollständig umschlossene Hohlräume können nicht ausgehärtetes Harz im Inneren des Teils einschließen, was zu ungleichen Druckverhältnissen im Inneren, und somit zu Rissen oder dem gesamten Versagen des Teils führen kann. Darüber hinaus eine hohle oder konkave Form, die mit der Vorderseite nach unten auf die Basis gedruckt wird, eine Art Saugnapfeffekt bzw. ein durch Unterdruck bedingter Saugeffekt am Harztank erzeugen, der dann bewirken kann, dass sich das Teil plötzlich während des Drucks löst.

Um diese Probleme zu vermeiden, integrieren Sie bitte immer Drainageöffnungen, um das überschüssige Harz entweichen zu lassen und Saugkräfte zu vermeiden. Bei vollständig umschlossenen Körpern, wie Kugeln oder Hohlräumen sollten Sie den innenliegenden Hohlraum entweder komplett füllen oder mindestens eine Drainageöffnung an jedem Hohlprofil einfügen.

Faustregel:

Minimale Wandstärke von 2 Millimeter bei hohlen Bereichen.
Drainageöffnungen sollten mindestens 3,5 Millimeter im Durchmesser groß sein.
Mindestens eine Drainageöffnung pro ausgehöhltem Bereich.

5. Innen- und Außenkanten abrunden

Scharfe Ecken und Kanten an Teilen können Spannungskonzentrationen bewirken. Diese erzeugen das Risiko der Rissbildung und des endgültigen Versagens des Teils. Sowohl innen- als auch außenliegende Kanten abzurunden verteil die Belastung bzw. Spannung besser über die Gesamtstruktur. Indem Sie die Radien so groß wie möglich machen, fördern Sie die effiziente Verteilung der Last im SLA-3D-gedruckten Teil.

Faustregel:

Streben Sie einen Mindestradius von 0,5 Millimeter für die Kanten an.
Der Radius einer Innenecke sollte mindestens der Hälfte der Dicke der zugehörigen Wand betragen.
Der Radius der Außenecken sollte mindestens das 1,5-fache der Dicke der zugehörigen Wände betragen.

6. Fügen Sie Eindeutige Texte und Markierungen hinzu

SLA eignet sich gut für das Hinzufügen von kleinen Logos, Etiketten oder funktionaler Texte direkt auf der Oberfläche eines Teils. Geprägte oder gravierte Texte, die zu fein sind, können an Kontrast verlieren oder durch übermäßiges Aushärten oder Harzverlust an direkt unlesbar werden.

Um die Lesbarkeit sicherzustellen, sollte der Text genug Tiefe oder Höhe aufweisen, um einem leichten Glätten der Oberfläche zu widerstehen, während der Text im finalen Teil trotzdem scharf und gut erkennbar bleibt.

Faustregel:

Erhabene Merkmale müssen mindestens 0,5 Millimeter hoch und 0,4 Millimeter breit sein.
Gravierte Merkmale erfordern eine Mindesttiefe von 0,5 Millimeter und eine Breite von 0,5 Millimeter.
Minimale Schriftgröße: 1 Millimeter Zeichenhöhe, aber 2 Millimeter oder mehr werden empfohlen.

7. Minimierung und strategische Platzierung von Stützen

Stützstrukturen sind im SLA nicht gern gesehen, da sie „Fußabdrücke“ auf den Teilen hinterlassen.

Es gibt jedoch Fälle, in denen sie notwendig sind, wie z.B. bei Wänden und Überhängen. Stützstrukturen sind in der Regel leicht hinzuzufügen, da die meisten Slicing – Programme die passenden Positionen direkt erkennen können.

Fügen Sie bitte keine unnötigen Stützstrukturen hinzu. Falls es erforderlich ist, mit Stützstrukturen zu drucken, folgen Sie den Anforderungen an Mindestlänge und -höhe dieser speziellen Merkmale. Über diese Grenzen hinauszugehen kann bewirken, dass Überhänge abbrechen, wenn das Teil ausgeschält wird.

Faustregel:

Ungestützte Überhänge dürfen nicht länger als 2 Millimeter lang sein und dabei mindestens in einem Winkel von 30°- 45°
Platzieren Sie Stützen unter Überhänge, Bücken und andere Elemente, die sich verformen oder ihre Form verlieren können.
Verwenden Sie kleinere Berührungspunkte zur Unterstützung, um Markierungen auf den fertigen Teilen zu vermeiden.

8. Teile für minimalen Stützbedarf und ein verbessertes Finish ausrichten

Im SLA-3D-Druck beeinflusst die Ausrichtung des Drucks den Erfolg, die mechanische Festigkeit und die Sichtbarkeit von Stützmarken. Gut ausgerichtete Teile sind leichter zu drucken, erfordern weniger Stützen und unterliegen deutlich weniger Defekten wie dem Verziehen, Ansaugproblemen oder einer schwachen Adhesion. Die Ausrichtung des Teils in einem Winkel trägt auch dazu bei, dass Harz gleichmäßiger von der Oberfläche abfließen kann, und somit das Risiko des Ausbaus von Spannungskonzentrationen reduziert.

Faustregel:

Positionieren Sie Teile so, dass erforderliche Überhänge reduziert werden.
Vermeiden Sie flache Oberflächen parallel zur Bauplattform.
Nutzen Sie Winkel zwischen 30° – 45°, ⁣ um die Haftkraft zu verbessern, und die Belastung durch den Druck zu vermindern.

Zur Vermeidung des Schröpfens durch SLA-Design

Ein häufig im SLA-Druck auftretender Defekt ist das sogenannte Schröpfen. Es geschieht, wenn ein hohles oder konkaves Element – wie eine Vertiefung oder ein eingeschlossener Hohlraum – nach unten in Richtung der Harzwanne zeigt. Wenn das Teil von Schicht um Schicht vom Harztank abgezogen wird, dann kann der Hohlraum Luft oder unerwartet vorhandenes Harz einschließen, was einen Saugeffekt verursacht.

Dieser Druckunterschied kann zu einem Ausblasen führen, bei dem innen anliegender Druck einen Riss in einer Wand erzeugt, die dann spontan während des Druckens nach außen reißt. In schweren Fällen kann das Schröpfen das Teil oder den Harzbehälter beschädigen oder einen Harzaustritt in die Anlage oder Maschine an sich bewirken.

Zur Risikominderung:

Vermeiden Sie becher- oder saugnapfartige Geometrien mit nach unten gerichteten Öffnungen.
Verwenden Sie Abflussöffnungen, um eingeschlossene Volumina zu entlüften.
Richten Sie Teile so aus, dass hohle oder konkave Oberflächen nicht direkt nach unten in den Behälter zeigen.

Referenzhandbuch für Spezifikationen im SLA – 3D – Druck

Die folgende Tabelle zeigt Ihnen eine schnelle Zusammenfassung der 3D-Design-Spezifikationen seitens Xometry für verschiedene Teile. Sie sind alle während der Designphase für hochwertige Drucke von entscheidender Bedeutung:

Spezifikation:	Details
Maximales Bauvolumen	Abmessungen: 145 × 145 × 185 mm Industriell: 736 x 635 x 533 mm
Minimale Dicke eines Elements	0.20 mm
Empfohlene Minimale Wandstärke	0,4 mm (gestützte Wände), 0,6 mm (ungestützte Wände)
Schichtdicke	20-100 Mikrometer (abhängig vom Drucker)
Allgemeine Toleranz	±0.5% (±0.2 mm) (Standard) ±0.5% (±0.15 mm) (Industriell)

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Die Beherrschung des SLA 3D-Drucks eröffnet eine Welt voller Möglichkeiten für die Erzeugung detaillierter, hochpräziser Teile mit glatten Oberflächen. Indem Sie sich an diese Designtipps aus diesem Leitfaden halten, können Sie außergewöhnliche Ergebnisse erzielen und zudem sicherstellen, dass die gedruckten Teile funktionaler, haltbarer, verlässlicher und austauschbarer werden. Diese Tipps sind der Schlüssel zur Einhaltung hoher Industriestandards.

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