3D-Druck meistern: Qualität durch einfaches Tempern steigern

Jeder, der schon einmal ein 3D-Objekt gedruckt hat, kennt die unangenehmen Überraschungen, die nach dem Druck warten können.

Verzug, Delamination und andere Fehler können einen ansonsten gelungenen Druck ruinieren.

Wussten Sie, dass das Tempern Ihrer Drucke diese Probleme vermeiden und bessere Ergebnisse liefern kann?

3D-Druck ist eine fantastische Technologie, die die Welt im Sturm erobert hat. Doch wie jede Technologie hat sie ihre Tücken.

Tempern von 3D-Drucken

Eines der häufigsten Probleme beim 3D-Druck ist, dass die Drucke nicht so stabil sind, wie man es sich wünscht. Dies liegt oft an unzureichender Wärmezufuhr während des Drucks, wodurch der Kunststoff zu schnell abkühlt.

Wenn Sie Ihre gedruckten Objekte verbessern möchten, sollten Sie sie tempern! Das Tempern von 3D-Drucken ist eine hervorragende Methode, um deren Qualität und Haltbarkeit zu steigern.

Was ist Tempern beim 3D-Druck?

Tempern ist ein Wärmebehandlungsverfahren, bei dem thermoplastische Materialien auf eine bestimmte Temperatur erhitzt und dort für einen definierten Zeitraum gehalten werden. Ziel ist es, innere Spannungen abzubauen, die Kristallinität zu erhöhen und die mechanischen Eigenschaften wie Festigkeit, Zähigkeit und Temperaturbeständigkeit zu verbessern.

Ursprünglich aus der Metallurgie stammend, hat sich das Verfahren für Kunststoffe wie PLA, ABS und PETG etabliert. Der Prozess umfasst das Erhitzen auf eine materialspezifische Temperatur (meist knapp unter dem Schmelzpunkt), das Halten dieser Temperatur und das anschließende langsame Abkühlen auf Raumtemperatur.

Wichtige Parameter beim Tempern

Glasübergangstemperatur und Hitzebeständigkeit

Tempern sollte nur bei Materialien durchgeführt werden, die die erforderlichen Temperaturen aushalten. Das Material muss über die Glasübergangstemperatur (Tg) erhitzt werden, aber deutlich unter dem Schmelzpunkt bleiben. Für PLA liegt der optimale Bereich typischerweise zwischen 60 °C und 100 °C, für ABS zwischen 80 °C und 110 °C.

Temperatur und Zeit präzise steuern

Sowohl die Temperatur als auch die Haltezeit müssen exakt kontrolliert werden, um optimale Ergebnisse zu erzielen. Nach dem Tempern ist ein langsames, kontrolliertes Abkühlen entscheidend – idealerweise im ausgeschalteten Ofen, um thermische Schocks zu vermeiden. Beide Ofentypen (Umluft oder Konvektion) eignen sich, wobei Umluft eine gleichmäßigere Wärmeverteilung bietet.

Wie funktioniert das Tempern von PLA?

Beim Tempern von Polylactid (PLA) wird das Filament auf eine spezifische Temperatur erhitzt und für einen festgelegten Zeitraum gehalten. Dies ermöglicht den Polymerketten, sich neu anzuordnen und kristallinere Strukturen auszubilden – ein Prozess, der als Nachkristallisation bezeichnet wird.

Anschließend erfolgt das kontrollierte Abkühlen, typischerweise an der Luft im ausgeschalteten Ofen. Der Prozess kann mehrfach wiederholt werden und verbessert die Materialeigenschaften schrittweise. PLA ist im Ausgangszustand weitgehend amorphen Kunststoff. Durch die Wärmebehandlung bilden sich Kristallite, die die Festigkeit und Temperaturbeständigkeit signifikant erhöhen.

Warum benötigt PLA Tempern?

PLA ist ein thermoplastisches Polymer aus nachwachsenden Rohstoffen wie Maisstärke oder Zuckerrohr. Es hat einen niedrigeren Schmelzpunkt als ABS oder PETG und neigt bei hohen Drucktemperaturen zu Verzug und Schwindung.

Das Tempern baut die durch den schnellen Abkühlprozess beim Druck entstandenen inneren Spannungen ab und verbessert Duktilität und Zähigkeit. Getemperte Teile verziehen und schwinden weniger und sind bruchfester.

Zusätzlich erhöht das Tempern die Hitzebeständigkeit von PLA erheblich – von ca. 55 °C auf bis zu 100 °C –, was den Einsatzbereich deutlich erweitert.

Anleitung: PLA-Drucke tempern

Der Tempervorgang kann in einem haushaltsüblichen Backofen (Umluft oder Ober-/Unterhitze) durchgeführt werden. Wichtig: Die Temperatur muss unterhalb des Schmelzpunkts des Filaments liegen.

Die empfohlene Temperatur für PLA liegt bei 80–100 °C (nicht 175 °C, das wäre über dem Schmelzpunkt!). Die Haltezeit beträgt 30–60 Minuten, abhängig von Wandstärke und Geometrie. Nach Ablauf der Zeit den Ofen ausschalten und das Teil gemeinsam mit dem Ofen langsam auf Raumtemperatur abkühlen lassen.

Präzise Temperaturkontrolle (ideal mit Ofenthermometer) und langsames Abkühlen sind entscheidend für den Erfolg.

PLA ohne Ofen tempern – Alternativen

Wer keinen Ofen zur Verfügung hat, kann folgende Methoden nutzen – sie sind weniger effektiv, aber besser als gar keine Nachbehandlung:

1. Heizplatte: Druckobjekt auf eine temperaturgeregelte Heizplatte legen (ca. 80–90 °C). Platte muss absolut eben sein, um Verzug während des Temperns zu vermeiden.
2. Heißluftfön: Aus 15–20 cm Abstand gleichmäßig hin- und herbewegen. Dauer: ca. 10–15 Minuten pro Seite. Danach langsam abkühlen lassen.
3. Föhn (Haartrockner): Nur bei dünnen Wandstärken wirksam. 15–20 Sekunden gezielt erwärmen, dann abschalten und langsam abkühlen lassen.

Hinweis: Keine dieser Methoden erreicht die Gleichmäßigkeit und Wiederholbarkeit eines Ofens.

Glasübergangstemperatur: Bei welcher Temperatur tempert man PLA?

Die Glasübergangstemperatur (Tg) von PLA liegt bei ca. 55–60 °C. Effektives Tempern erfolgt oberhalb von Tg, typischerweise bei 80–100 °C. Die exakte Temperatur hängt vom spezifischen Filament (Hersteller, Additive) ab. Die Haltezeit variiert je nach Bauteildicke: dünne Wände 20–30 Min., massive Teile 60+ Min.

Wie Tempern Ihre 3D-Drucke verbessert

• Dimensionsstabilität: Deutlich weniger Verzug und Schwindung bei Temperaturschwankungen.
• Schichten verbinden sich fester, was das Schleifen erleichtert und eine homogenere Oberfläche schafft.
• Erhöhte Festigkeit: Zugfestigkeit und Schichtadhäsion steigen um 20–40 %.
• Höhere Hitzebeständigkeit: Einsatz bis ca. 100 °C möglich (vs. 55 °C unbehandelt).
• Bessere Klebbarkeit: Gleichmäßigere Kristallstrukturen verbessern die Haftung von Klebstoffen und Epoxiden.
• Optik: Oft glänzendere, farbintensivere Oberfläche durch Aufschmelzen mikroskopischer Rauheiten.

Bei ABS wirkt Tempern ähnlich: verbesserte Schichthaftung, weniger Verzug, einfachere Nachbearbeitung.

Tempern transparenter Materialien

Bei transparenten Filamenten (z. B. klares PETG, PC) ist besondere Vorsicht geboten. Sie müssen an der Glasübergangstemperatur getempert werden, um optische Homogenität zu erhalten. Zu schnelles Abkühlen führt zu Spannungsdoppelbrechung und Trübung. Reines Material (wie optisches PC) erfordert extrem präzise Temperaturkontrolle (±0,1 °C) und kontrollierte Abkühlraten. Verunreinigungen und Additive machen den Prozess fehleranfälliger. Rissbildung ist ein häufiges Risiko – selbst bei Wasserkühlung.

Kann PETG getempert werden?

PETG kann getempert werden, aber es ist anspruchsvoller als PLA oder ABS. PETG hat eine niedrigere Rekristallisationstemperatur, weshalb der Temperaturfenster zwischen Tg (~80 °C) und Schmelzpunkt (~230 °C) enger ist. Erfolgreiches Tempern erfordert:

• Temperatur: 70–85 °C (knapp über Tg)
• Längere Haltezeiten: 60–120 Minuten
• Sehr langsames Abkühlen

Die Hauptgefahr ist Verformung bei zu hoher Temperatur. Ergebnisse sind weniger dramatisch als bei PLA, aber Schichthaftung und Hitzebeständigkeit verbessern sich messbar.

Wie stark schwindet PLA beim Tempern?

PLA schwindet beim Tempern typischerweise 2–5 % in alle Dimensionen (nicht 10 % – das ist ein Extremwert bei sehr spezifischen Bedingungen). Dünne Wände und Überhänge sind besonders betroffen. Planen Sie Schrumpfung im Design ein (Skalierung im Slicer um 2–3 % oder konstruktive Kompensation).

ABS schwindet weniger (ca. 1–3 %), neigt aber stärker zu Verzug bei dünnen Wänden. Stützen und Rafts können helfen, die Geometrie während des Temperns zu stabilisieren.

Reinigung nach dem Tempern

Nach dem Tempern können Oxidationsrückstände oder Ofengeruch entstehen. Reinigen Sie das Teil mit Isopropylalkohol (IPA) und einem weichen Tuch. Vermeiden Sie aggressives Schleifen oder Lösungsmittel, die die nun verbesserte Oberflächenstruktur angreifen könnten. Feine Haare oder Grate können mit einem Skalpell oder feiner Feile entfernt werden – vorsichtig, da das Material nun härter, aber auch spröder sein kann.

Fazit

Tempern ist die effektivste Nachbehandlung für PLA und ABS, um Verzug zu minimieren, Festigkeit zu steigern und Hitzebeständigkeit zu verdoppeln. Es richtet die internen Polymerstrukturen aus, während die Außenkontur erhalten bleibt.

Machen Sie Ihre 3D-Drucke sauberer, stabiler und hitzebeständiger – tempern Sie sie vor dem Einsatz! Für ABS ist es die beste Behandlung, um interne Spannungen abzubauen und Handhabungsverzug zu verhindern.