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Tempern von 3D Druckteilen: Theorie, Praxis, Rezepte

Stand: April 2026 · Lesezeit: ca. 5 Minuten

Was passiert beim Tempern?

Tempern (Wärmenachbehandlung) ist ein kontrollierter Erwärmungs- und Abkühlprozess, der die Materialeigenschaften von 3D Druckteilen gezielt verbessert. Beim FFF 3D Druck kühlt jede Schicht rasch ab, bevor die nächste aufgetragen wird. Diese schnelle Abkühlung verhindert, dass sich die Polymerketten vollständig ordnen können — das Material bleibt teilweise amorph, auch wenn es grundlegend teilkristallin ist.

Beim Tempern wird das Bauteil über einen definierten Zeitraum auf eine Temperatur zwischen Glastemperatur und Schmelzpunkt erwärmt. Dabei laufen drei Prozesse ab:

• Nachkristallisation: Die Polymerketten ordnen sich in kristalline Strukturen. Der Kristallisationsgrad steigt, was Steifigkeit und Wärmeformbeständigkeit erhöht.
• Spannungsabbau: Innere Spannungen, die durch ungleichmäßige Abkühlung beim Drucken entstanden sind, werden abgebaut. Das Bauteil wird formstabiler.
• Verbesserung der Schichthaftung: An den Schichtgrenzen diffundieren Polymerketten ineinander. Die Verbindung zwischen den Schichten wird fester.

Welche Materialien profitieren — und welche nicht

Tempern wirkt nur bei teilkristallinen Kunststoffen, die einen messbaren Kristallisationsgrad besitzen. Amorphe Kunststoffe wie PC oder ABS zeigen keinen nennenswerten Effekt, weil ihnen die kristalline Struktur fehlt, die sich reorganisieren könnte.

• Stark profitierend: PA6, PA6 CF, PPS CF, PEKK — teilkristalline Hochleistungskunststoffe mit großem Potenzial für Nachkristallisation. Die Wärmeformbeständigkeit (HDT) kann sich verdoppeln.
• Bedingt profitierend: PP — bereits teilkristallin, Tempern kann die Festigkeit leicht erhöhen, der Effekt ist aber geringer als bei PA6.
• Nicht sinnvoll: PLA — theoretisch teilkristallin, aber die Tempertemperatur liegt so nah am Erweichungspunkt, dass Bauteile sich verformen, bevor ein Nutzen eintritt. PETG und PC — amorph, kein Effekt.

Praktische Anleitung: Ablauf und Bedingungen

Ein erfolgreicher Temperprozess besteht aus vier Phasen:

1. Vorbereitung: Bauteil auf eine formstabile Unterlage legen (Stahlblech, Keramikfliese). Bei flachen Teilen ein Gewicht auflegen, um Verzug zu minimieren. Stützstrukturen vor dem Tempern entfernen.
2. Aufheizphase: Den Ofen langsam aufheizen — idealerweise mit maximal 2 °C pro Minute. Schnelles Aufheizen erzeugt Temperaturgradienten im Bauteil und damit erneut innere Spannungen. Das Bauteil zusammen mit dem kalten Ofen starten, nicht in einen vorgeheizten Ofen einlegen.
3. Haltephase: Die Zieltemperatur für die definierte Haltezeit konstant halten. Während dieser Phase findet die Nachkristallisation statt. Die Dauer hängt von der Wandstärke ab: dünnwandige Teile (1–3 mm) benötigen kürzere Zeiten als massivere Bauteile (5–10 mm).
4. Abkühlphase: Den Ofen ausschalten und das Bauteil im geschlossenen Ofen langsam abkühlen lassen. Nicht entnehmen, bis die Temperatur unter 60 °C gefallen ist. Schnelles Abkühlen (z. B. Entnahme bei Haltetemperatur) erzeugt erneut Spannungen und kann zu Rissen führen.

Temperrezepte nach Material

Der Temperprozess ist zweistufig und leitet sich aus der Glasübergangstemperatur (Tg) des Materials ab:

• Stufe 1 — Spannungsfreiglühen: Temperatur auf Tg − 10 °C einstellen. Dabei bauen sich die inneren Spannungen aus dem Druckprozess ab, ohne dass sich das Bauteil verformt. Haltezeit: 1 Stunde pro mm der dicksten Wandstärke.
• Stufe 2 — Tempern (Nachkristallisation): Temperatur auf Tg + 30 °C erhöhen. In dieser Phase ordnen sich die Polymerketten und der Kristallisationsgrad steigt. Haltezeit: ebenfalls 1 Stunde pro mm Wandstärke.
• Abkühlung: Ofen ausschalten, Bauteil langsam im geschlossenen Ofen abkühlen lassen. Erst unter 50 °C entnehmen. Zu schnelles Abkühlen erzeugt erneut Spannungen und kann das Bauteil beschädigen.

Die Tg steht im Materialdatenblatt des Filamentherstellers. Die folgende Tabelle zeigt die Werte für gängige Materialien:

Material	Tg	Stufe 1 (Tg−10)	Stufe 2 (Tg+30)	HDT nachher	Schwindung
PA6 CF HT	80 °C	70 °C	110 °C	180–200 °C	0,8–1,5 %
PPS CF	90 °C	80 °C	120 °C	250–260 °C	0,3–0,8 %
PEKK	160 °C	150 °C	190 °C	260–280 °C	0,5–1,0 %
PP	kein def. Tg	40 °C	60–70 °C	80–100 °C	1,0–2,0 %

Maßänderung durch Tempern: Schwindung einplanen

Nachkristallisation geht mit einer Volumenabnahme einher: Die Polymerketten ordnen sich dichter an, das Bauteil schrumpft. Diese Schwindung ist richtungsabhängig — in Aufbaurichtung (Z-Achse) ist sie typisch größer als in der XY-Ebene, weil die Schichtgrenzen mehr amorphes Material enthalten.

Für maßhaltige Bauteile muss die Schwindung bereits in der Konstruktion berücksichtigt werden. Die erreichbaren Toleranzen nach dem Tempern liegen typisch bei ±0,3 bis ±0,5 Prozent der Nennmaße. Ein Bauteil mit 100 mm Länge kann also um 0,3 bis 0,5 mm schrumpfen. Kohlefaserverstärkte Varianten (PA6 CF, PPS CF) schrumpfen weniger als unverstärkte, weil die Fasern die Dimensionsstabilität erhöhen.

Empfehlung: Fertigen Sie bei neuen Materialien zunächst einen Testwürfel (20 × 20 × 20 mm), messen Sie vor und nach dem Tempern und berechnen Sie den materialtypischen Skalierungsfaktor. Diesen Faktor können Sie im Slicer als Kompensation hinterlegen. Hinweise zur Konstruktion für FFF 3D Druck finden Sie im verlinkten Artikel.

Wann lohnt sich Tempern — und wann nicht?

Tempern ist kein Selbstzweck. Es lohnt sich, wenn mindestens eine der folgenden Anforderungen zutrifft:

• Wärmeformbeständigkeit: Das Bauteil muss dauerhaft Temperaturen über 80 °C widerstehen. Ohne Tempern liegt die HDT von PA6 bei nur 65 °C — nach dem Tempern bei 160 bis 180 °C. Für hitzebeständige Kunststoffteile ist Tempern oft der entscheidende Veredelungsschritt.
• Mechanische Belastung: Erhöhte Steifigkeit und Festigkeit durch höheren Kristallisationsgrad. Relevant bei Vorrichtungen, Werkzeugen und Funktionsteilen.
• Dimensionsstabilität unter Feuchtigkeitseinfluss: PA6 CF HT kriecht ohne Tempern massiv, sobald das Material wieder Feuchtigkeit aus der Umgebung aufnimmt. Das Bauteil verformt sich unter Last über Tage und Wochen. Nach dem Tempern ist dieser Effekt kaum noch vorhanden — die geordnete Kristallstruktur widersteht dem feuchtigkeitsbedingten Kriechen deutlich besser.
• Dimensionsstabilität: Spannungsabbau verhindert nachträglichen Verzug, der bei ungetemperten Teilen unter Betriebstemperatur auftreten kann.

Tempern lohnt sich nicht, wenn:

• Das Bauteil keine erhöhten Temperatur- oder Festigkeitsanforderungen hat (z. B. Prototypen, Lehren ohne thermische Belastung).
• Enge Toleranzen gefordert sind und die Schwindung nicht kompensiert werden kann.
• Das Material amorph ist (PC, PETG, ABS) — hier bringt Tempern keinen messbaren Vorteil.

Geeignete Öfen und Aufbau

Für das Tempern eignen sich industrielle Umluftöfen mit präziser Temperaturregelung (±2 °C). Der Vorteil: Dieselben Öfen, die zum Filament trocknen verwendet werden, eignen sich auch zum Tempern — ein Gerät für beide Prozesse. Herkömmliche Backöfen sind nur bedingt geeignet, weil ihre Temperaturregelung oft ±10 °C oder mehr schwankt — das kann den Unterschied zwischen erfolgreicher Nachkristallisation und Bauteilverformung ausmachen.

Wichtig: Der Ofen sollte keine offenen Heizstäbe haben, die das Bauteil lokal überhitzen könnten. Umluft ist Pflicht, damit die Temperaturverteilung gleichmäßig ist. Für größere Bauteile oder regelmäßiges Tempern empfiehlt sich ein Industrieofen mit programmierbarem Temperaturprofil (Aufheizrampe, Haltephase, Abkühlrampe).

Fazit

Tempern ist ein einfacher, aber wirkungsvoller Nachbearbeitungsschritt, der die Materialeigenschaften teilkristalliner Kunststoffe erheblich verbessert. Die Wärmeformbeständigkeit von PA6 steigt von 65 auf über 160 °C, die Festigkeit nimmt zu, innere Spannungen werden abgebaut. Der Prozess erfordert lediglich einen Umluftöfen, Zeit und die Kenntnis der richtigen Parameter. Wer die Schwindung in der Konstruktion berücksichtigt, erhält Bauteile, deren Eigenschaften an spritzgegossene Teile heranreichen — bei der geometrischen Freiheit des 3D Drucks.