Annealing (Glühen) im 3D-Druck: Was es ist, wie es funktioniert – Leitfaden 2025

Der Begriff Annealing, auf Deutsch Glühen, bezeichnet eine Wärmebehandlung, die dazu dient, die physikalischen und mechanischen Eigenschaften eines Materials zu verändern.
Von Metallen über Polymere bis hin zu 3D-gedruckten Bauteilen ist das Glühen ein entscheidender Schritt, um Festigkeit, Duktilität und Maßstabilität zu verbessern.

In diesem Leitfaden erfahren Sie, was Glühen bedeutet, wie der Prozess abläuft und welche Vorteile er für industrielle und additive Fertigungsanwendungen bietet.

Was bedeutet Glühen bei 3D-gedruckten Polymeren

Das Glühen ist ein kontrollierter thermischer Prozess in drei Phasen:

1. Erwärmen unterhalb des Schmelzpunktes

2. Haltephase (Soak), um Spannungen abzubauen und – bei teilkristallinen Polymeren – die Kristallinität zu erhöhen

3. Kontrolliertes Abkühlen, langsam und gleichmäßig, um neue Spannungen zu vermeiden

Erwartete Effekte:

• Geringere Verformung / weniger Warping

• Höhere Steifigkeit und Ermüdungsfestigkeit

• Langfristige Maßstabilität

• Mögliche Erhöhung der Wärmebeständigkeit bei teilkristallinen Polymeren

Wann Annealing sinnvoll ist

• Funktionsteile, die wiederholten Belastungen oder Wärme ausgesetzt sind
• Passflächen oder eng tolerierte Teile, die stabil bleiben müssen
• Hochleistungs- oder teilkristalline Polymere
• Vorserien oder Kleinserien zur Annäherung an das Endanwendungs­verhalten

Wie der Glühprozess funktioniert

Der genaue Ablauf hängt vom Material ab, das Grundprinzip bleibt jedoch gleich.

1. Erwärmung
   Das Material wird auf eine spezifische Temperatur erhitzt (unterhalb des Schmelzpunktes), die atomare Beweglichkeit erlaubt, ohne die Struktur zu schmelzen.
   Beispiele:

   • Stahl: 500–900 °C

   • Aluminium: 300–500 °C

   • Polymere (3D-Druck): 70–150 °C

2. Haltephase (Soak)
   Die Temperatur wird für eine bestimmte Zeit konstant gehalten, um atomare Diffusion und Spannungsabbau zu ermöglichen.
   Die Dauer hängt von Material und Wandstärke ab.

3. Kontrolliertes Abkühlen
   Das Abkühlen erfolgt langsam und gleichmäßig, um neue innere Spannungen zu vermeiden. In manchen Fällen geschieht dies in einem geschlossenen Ofen oder unter kontrollierter Atmosphäre (Luft, Inertgas, Öl).

Arten des Glühens

Es gibt verschiedene Glühverfahren, jeweils mit spezifischem Zweck:

• Vollglühen – stellt das Metall nach starker Verformung in seinen ursprünglichen Zustand zurück

• Spannungsarmglühen – entfernt Spannungen, die beim Schweißen oder Bearbeiten entstanden sind

• Isothermes Glühen – nutzt ein stufenweises Abkühlen bei konstanter Temperatur, um eine homogene Mikrostruktur zu erzielen

• Weichglühen (Teilglühen) – macht das Material duktiler für weitere Bearbeitungsschritte

• Kunststoffglühen (Annealing von Polymeren) – erhöht die Kristallinität und Maßstabilität bei 3D-gedruckten Teilen

Hauptvorteile des Glühens

Das Glühen bietet sowohl für Metalle als auch für Polymere verschiedene Vorteile:

Grenzen und Vorsichtsmaßnahmen

• Mögliche geringfügige Maßänderungen: Probestücke bei kritischen Toleranzen empfohlen

• Optische Veränderungen bei einigen Polymeren möglich

• Längere Prozesszeiten als im „as-printed“-Zustand

• Risiko von Verformungen ohne geeignete Vorrichtungen – kontrollierte Temperaturprofile empfohlen

• Material-/Technologiekompatibilität: Nicht alle Polymere/Harze profitieren gleichermaßen

Annealing im 3D-Druck

In den letzten Jahren hat sich das Glühen im 3D-Druck zu einem entscheidenden Schritt entwickelt, um die Leistungsfähigkeit thermoplastischer Bauteile zu steigern.

Während des Drucks werden die Schichten schnell abgekühlt und ungleichmäßig erstarrt, was innere Spannungen und Mikroporen verursacht.
Der Glühprozess im 3D-Druck dient dazu, diese Spannungen abzubauen und die mechanischen Eigenschaften zu optimieren.

Ablauf des Glühens im 3D-Druck

1. Das gedruckte Teil wird auf eine Temperatur nahe der Glasübergangstemperatur (Tg) erhitzt.

2. Die Temperatur wird für eine festgelegte Zeit konstant gehalten (30 Minuten bis mehrere Stunden).

3. Das Teil kühlt langsam im abgeschalteten Ofen oder unter kontrollierten Bedingungen ab.

Fokus auf Hochleistungsmaterialien

PEEK und PEI/ULTEM (FDM)

• ↑ Erhöhte Kristallinität und Mikrostrukturstabilität
• ↑ Verbesserte mechanische und Ermüdungsfestigkeit
• ↓ Geringere Verformung im Betrieb

Typische Materialien und Temperaturbereiche

Bei Weerg verwenden wir zertifizierte Glühprofile für jedes Material und jede Technologie.

FAQ–Annealing

Verändert das Glühen die Maße eines 3D-gedruckten Teils?
Es können geringfügige Maßänderungen auftreten. Bei Weerg kompensieren wir dies durch angepasste Profile und Vorrichtungen; bei kritischen Toleranzen empfehlen wir vorab ein Musterteil.

Wie lange dauert ein Glühzyklus?
Das hängt von Material, Technologie und Wandstärke ab: etwa 30 Minuten bis mehrere Stunden, inklusive Aufheiz- und Abkühlphasen.

Ist Glühen mit anderen Oberflächenbehandlungen kompatibel?
Ja. In der Regel wird es vor ästhetischen Nachbearbeitungen (z. B. Sandstrahlen, Lackieren) durchgeführt, um deren Wirkung nicht zu beeinträchtigen.

Fazit

Das Annealing oder Glühen ist ein zentraler Prozess, um die Qualität metallischer und polymerer Materialien zu verbessern.
Bei Hochleistungsmaterialien wie PEEK und ULTEM kann es den entscheidenden Unterschied machen, um reproduzierbare, industrietaugliche Ergebnisse zu erzielen.

Insbesondere geglühtes PEEK gilt als eines der fortschrittlichsten und leistungsfähigsten Materialien – ideal für Anwendungen, die Präzision, Festigkeit und langfristige Zuverlässigkeit erfordern.

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