Was ist Tempern beim 3D-Druck?

Tempern ist eine kontrollierte Wärmebehandlung nach dem Druck. Das Bauteil wird in einem Ofen auf eine Temperatur zwischen Glasübergang und Schmelzpunkt gebracht, dort gehalten und langsam abgekühlt. Ziel ist es, Kristallinität aufzubauen und Eigenspannungen abzubauen.

Bei welcher Temperatur wird PEEK getempert?

Für den Spannungsabbau nennt Victrex bis 230 Grad Celsius, für hohe Kristallinität 300 Grad Celsius und mehr. In der Praxis sind 200 bis 250 Grad Celsius verbreitet. Die Haltezeit beträgt etwa eine Stunde pro Millimeter Wandstärke, die Abkühlung erfolgt mit rund 10 Kelvin pro Stunde bis unter 140 Grad Celsius.

Wie viel Festigkeit gewinnt getempertes PEEK?

Die veröffentlichten Werte liegen zwischen plus 12 und plus 64 Prozent Zugfestigkeit, abhängig von Temperprofil, Füllgrad und Bahnorientierung. Der Kristallinitätsgrad steigt typischerweise von rund 17 auf über 30 Prozent.

Kann Tempern ein Bauteil verschlechtern?

Ja, und zwar messbar. Bei PPA sinkt die Charpy-Schlagzähigkeit durch die Temperung um über 40 Prozent, von 13,1 auf 7,3 kJ/m² bei PPA-CF25. Zu hohe Temperaturen verspröden unverstärktes PEEK bis zum reinen Sprödbruch und können Oberflächenoxidation verursachen. Bei PPS führt sehr langes Halten knapp oberhalb des Glasübergangs zu Alterung statt zu Verbesserung. Die Temperung ist immer ein Tausch: Wärmeformbeständigkeit und Steifigkeit gegen Zähigkeit.

Verzieht sich ein Bauteil beim Tempern?

Das Risiko besteht, besonders bei dünnwandigen, großflächigen oder unsymmetrischen Teilen. In der additiven Fertigung ist es üblich, Bauteile beim Tempern in sandartigen Medien mechanisch zu stützen. Die Maßänderung liegt unter guten Bedingungen unter einem Prozent, muss aber in der Fertigungsreihenfolge berücksichtigt werden.

Müssen PPS-GF20-Bauteile getempert werden?

Ja, wenn das Bauteil warm und unter Last arbeiten soll. Und die Temperatur der Temperung entscheidet mit: Bei 10 Stunden und 130 Grad Celsius liegt die Wärmeformbeständigkeit unter 1,8 MPa Last bei 125,8 Grad Celsius, bei einer Temperung auf 230 Grad Celsius bei 219,6 Grad Celsius. Das sind fast 94 Kelvin Unterschied am identischen Bauteil. Die Kristallisationstemperatur von PPS-GF20 liegt bei 225,8 Grad Celsius, eine Temperung bei 130 Grad Celsius arbeitet also weit unterhalb des Bereichs, in dem der Werkstoff kristallisiert.

Muss PPA getempert werden?

Ja. Ungetempert ist PPA kein Hochtemperaturwerkstoff. Die Wärmeformbeständigkeit bei 0,45 MPa steigt durch die Temperung von 97 auf 199 Grad Celsius bei PPA-CF25 und von 84 auf 185 Grad Celsius bei PPA-GF15, also um rund 100 Kelvin. Unter 1,8 MPa Last sind es 84 auf 126 beziehungsweise 80 auf 112,2 Grad Celsius. Wer PPA ungetempert einsetzt, bezahlt einen Hochtemperaturwerkstoff und erhält die Wärmeformbeständigkeit eines technischen Polyamids. Der Preis ist ein Verlust von über 40 Prozent der Schlagzähigkeit.

Ist Trocknen dasselbe wie Tempern?

Nein. Getrocknet wird das Filament vor dem Druck, um Hydrolyse und Blasen in der Düse zu vermeiden. Getempert wird das fertige Bauteil nach dem Druck, um Kristallinität aufzubauen und Eigenspannungen abzubauen. Bei PPA sind beide Schritte nötig, weil PPA mit 1,09 bis 1,37 Prozent deutlich mehr Wasser aufnimmt als PPS-GF20 mit 0,11 Prozent oder PEEK mit 0,03 Prozent.

Woran erkenne ich, ob ein Datenblattwert getempert gilt?

Nur daran, dass es dabeisteht. Fehlt die Angabe, ist der Wert für eine Auslegung nicht brauchbar, denn bei PPA und PPS unterscheiden sich getemperter und ungetemperter Zustand um bis zu 100 Kelvin Wärmeformbeständigkeit. Prüfen Sie zusätzlich, bei welcher Last die Wärmeformbeständigkeit gilt, 0,45 oder 1,8 MPa, und ob der Wert an einem gedruckten oder einem spritzgegossenen Prüfkörper ermittelt wurde.

Tempern vor oder nach dem Zerspanen?

Grundsätzlich zuerst tempern, dann Passungen, Funktionsflächen und Gewinde fertigen, weil das Tempern die Maße verändert. Bei hoch beanspruchten Bauteilen kann ein zweiter, milderer Zyklus nach der Bearbeitung sinnvoll sein, um die eingebrachten Spannungen abzubauen.