Belichtungsstrategie (SL)

Der flüssige Kunststoff wird durch UV-Laserlicht belichtet, die Polymerisation startet spontan. Der Polymerisationsgrad ist abhängig von der absorbierten Laserenergie. Der Energieeintrag muss abhängig von der Bauteilgeometrie durch die Belichtungsstrategie so gesteuert werden, daß eine möglichst gleichmäßige Flächenenergieverteilung realisiert wird.

Die Belichtungsstrategie kann man in 4 Teilschritte unterteilen:

1. Volumenschnitte

   Das CAD-Volumenmodell wird in Volumenelemente mit einer definierten Schnitthöhe (Δz) zerlegt (slicen). Die Schnitthöhe entspricht der Schichthöhe mit der das Bauteil auf der SL-Maschine gebaut wird (Abb. 1).

   Abb. 1: Volumenschnitte

2. Bahnvektoren berechnen

   Betrachtet man das 1. Schnittelement von oben (Richtung -z Achse) sieht man die Schnittfläche in der x-y-Ebene (Abb. 2). Die Schnittfläche wird begrenzt durch Randkurven. Um einen Laserstrahl zu steuern ist die geometrische Randdefinition nicht ausreichend; die Bewegungsrichtung muss noch festgelegt werden. Die Randkurve wird zunächst in kleine Randkurvensegmente (Polygonzug) unterteilt; so können auch sehr komplexe Schnittränder durch einen Polygonzug ersetzt werden. Die Tangente der Randkurve bietet sich an um eine Bewegungsrichtung zu definieren. Damit kann der Polygonzug durch eine Bahnvektorfolge ersetzt werden. Die Schnittfläche wird durch rechts- und linksdrehende Bahnvektorfolgen begrenzt.

   Abb. 2: Bahnvektoren

3. Laserspot Kompensation

   Der fokussierte Laserstrahlt trifft die Oberfläche des flüssigen Kunststoffs mit einem minimalen Strahldurchmesser (Laserspot), der Spotmittelpunkt ist als Bahnkoordinate definiert. Im flüssigen Kunststoff hinterlässt der bewegte Laserstrahl eine ausgehärtete Spur, die Spurbreite entspricht etwa dem Laserspotdurchmesser. Um ein Bauteil maßhaltig herzustellen ist eine Laserspotkompensation erforderlich, das heißt alle Laserbahnen müssen bezüglich der Randkurve nach innen versetzt werden (Abb. 3).

   Abb. 3: Laserspot-Kompensation

4. Schraffurvektoren berechnen

   Nachdem die Schnittflächen durch die kompensierten Bahnvektoren nach außen (Randkurven) begrenzt sind, muss die Fläche innerhalb der Randbahnen noch belichtet werden. Die einfachste Lösung ist, die Fläche mit parallel verlaufenden Bahnvektoren zu füllen (Abb. 4: Schraffur).
   Der Abstand zwischen den Bahnvektoren (Schraffurabstand) entspricht etwa dem Laserspotdurchmesser. Die Ausrichtung der Schraffurvektoren wird in der Regel von Schicht zu Schicht abwechselnd in Richtung der x- und y-Koordinatenachse gewählt (x- oder y-Schraffur).

   Abb. 4: Schraffur