Badbasierte Photopolymerisation - Verfahrensprinzip

engl. vat photopolymerization (VPP), auch Stereolithographie (SLA) oder DLP (Digital Light Processing)

Die Polymerisation (Poly-Kettenreaktion) ist ein Begriff für eine Synthesereaktion, in der die einzelnen Monomere zu Polymeren verkettet werden. Ein Polymer ist ein – aus mehreren Molekülen bestehender, verzweigter und vernetzter – chemischer Stoff.

Flüssiges Material (Monomere, Präpolymere, Methacrylate oder Keramiken) wird mit UV-Licht (z. B. Laserstrahlung) lokal belichtet und dadurch polymerisiert. Der Photopolymerisations-Prozess liefert somit die formgebende Teilverfestigung. Zu Beginn erfolgte die Belichtung von oben. Durch Absenken der Bauplattform nach der Belichtung bildete sich eine neue Schicht von flüssigem Ausgangsmaterial über der zuvor verfestigten Schicht (Recoating). Diese wurde erneut belichtet und verfestigt. Durch eine Wiederholung dieser Prozessschritte entstand das Bauteil Schicht für Schicht auf der Bauplattform. Heute erfolgt die Belichtung von unten durch einen transparenten Boden und das Bauteil wird von der Bauplattform kopfüber aus der Flüssigkeit herausgezogen.  Dies ist von Vorteil, da nur eine geringe Menge an flüssigem Ausgangsmaterial erforderlich ist und die maximal realisierbare Objektgröße nicht abhängig von der Tiefe des Monomer-Bades ist. Die neue flüssige Schicht entsteht dann unterhalb der zuvor erzeugten Schicht, wenn die Bauplattform nach oben gezogen wird.

Bei komplexeren Bauteilen mit Überhängen werden Stützkonstruktionen aus dem gleichen Material mitgefertigt. Diese werden nach der Fertigung entfernt.  Danach müssen noch die am Bauteil anhaftenden Monomerreste entfernt werden. Durch einen sogenannten Waschvorgang in einem Lösungsmittelbad aus Isopropylalkohol, Tripropylenglykolmonomethylether oder auch nur Wasser werden die Monomere in die Flüssigkeit gelöst und somit vom Bauteil entfernt. Anschließend wird das Bauteil in einer Kammer mit UV-Licht abschließend gleichmäßig nachgehärtet. Die Nachbehandlung zählt zum Prozessschritt „Post-Processing“. Als “Finishing“ wird eine Nachbearbeitung der Oberfläche durch Polieren, Strahlen oder Beschichten (z.B. Lackieren) bezeichnet. Ein Finishing kann an das Post-Processing angeschlossen werden, wenn besondere Oberflächeneigenschaften erforderlich sind.

Werkstoffe

Die am häufigsten eingesetzten Werkstoffe sind gefüllte und ungefüllte Epoxid- und Acrylharze. Die ungefüllten Werkstoffe haben eine geringere mechanische und thermische Festigkeit. Durch Zugabe von Füllmaterialien, wie kleinsten Teilchen von Aluminium, Kohlenstoff oder Glas, können die mechanischen Eigenschaften optimiert werden.