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Fachbeitrag 02 · Werkstoff und Fertigung

Hochtemperaturwerkstoffe im 3D-Druck für fluidführende Bauteile

Ein Datenblatt, das 238 °C verspricht, meint unter Umständen 101 °C. Eine Wand, die bei 0,7 mm dicht ist, leckt bei 0,4 mm um mehr als zwei Größenordnungen. Was man wissen muss, bevor ein gedrucktes Teil Medium führt.

Stand
August 2026
Umfang
Lesezeit ca. 30 min
Für
Konstruktion · Fertigung · Einkauf
Quellen
43 belegte Fundstellen

Additive Fertigung ist im Prüfstandsbau längst angekommen — als Vorrichtung, als Adapter, als Strömungsgleichrichter. Sobald ein gedrucktes Teil aber Medium unter Druck führt, ändert sich die Fragestellung grundlegend. Es geht dann nicht mehr um Formfreiheit, sondern um Dichtheit, Reproduzierbarkeit und die Frage, welchen Kennwert man in eine Auslegung einsetzen darf.

Dieser Beitrag sammelt, was sich dazu belegen lässt. Er ist bewusst unbequem geschrieben: Die interessanten Zahlen sind nicht die, mit denen geworben wird, sondern die, die in derselben Tabelle eine Zeile darunter stehen. Alle Werte sind auf Werkstoffdatenblätter, Normen oder begutachtete Veröffentlichungen zurückgeführt; wo eine gängige Zahl nicht belegbar war, steht sie nicht hier.

  1. 01Was „temperaturbeständig" auf einem Datenblatt heißt
  2. 02Die Werkstoffe im Vergleich
  3. 03Die Z-Richtung: der teuerste Kennwert
  4. 04Dichtheit ist kein Werkstoffkennwert
  5. 05Was im Kanal passiert
  6. 06Medienbeständigkeit und die Rolle des Temperns
  7. 07Nachbearbeitung und ihre Grenzen
  8. 08Normen, Druckgeräte und Zulassung
  9. 09Wo wir es einsetzen — und wo nicht
  10. 10Quellen

01 · Was „temperaturbeständig" auf einem Datenblatt heißt

Die Wärmeformbeständigkeitstemperatur — HDT nach ASTM D648 oder ISO 75 — wird immer mit einem Lastfall angegeben. Geprüft wird ein Biegestab unter definierter Randfaserspannung; gemessen wird die Temperatur, bei der eine festgelegte Durchbiegung erreicht ist. Üblich sind zwei Lastfälle: 0,45 MPa und 1,8 MPa. Die Differenz zwischen beiden ist bei manchen Werkstoffen vernachlässigbar und bei anderen dramatisch.

Ein Hochtemperaturharz für die Stereolithografie wird mit einer Wärmeformbeständigkeit von 238 °C geführt. Dieser Wert gilt bei 0,45 MPa, nach Nachhärtung und zusätzlicher Ofentemperung bei 160 °C über 180 Minuten. Derselbe Werkstoff, dieselbe Probe, gemessen bei 1,8 MPa: 101 °C. Die Bruchdehnung beträgt 2,3 %.[16]

0 50 100 150 200 250 WÄRMEFORMBESTÄNDIGKEIT · °C ULTEM 1010 · FDM 214,1 212,2 PPSU Radel R-5000 · SG 207,0 0,45 MPa im Datenblatt nicht angegeben ULTEM 9085 · FDM 178,2 172,6 PSU Udel P-1700 · SG 174,0 0,45 MPa im Datenblatt nicht angegeben PEEK 450G · SG 152,0 0,45 MPa im Datenblatt nicht angegeben PEKK Kepstan 6000 · SG 139,0 0,45 MPa im Datenblatt nicht angegeben PPS-CF · FFF 245,0 1,8 MPa im Datenblatt nicht angegeben Hochtemperaturharz · SLA 238,0 101,0 PAHT CF15 · FFF 145,0 92,0 137 K Unterschied allein durch den Lastfall BEI 0,45 MPa BEI 1,8 MPa SG = SPRITZGUSSKENNWERT, NICHT GEDRUCKT
Wärmeformbeständigkeit nach ASTM D648 beziehungsweise ISO 75, jeweils bei beiden Lastfällen, soweit im Datenblatt angegeben. Werte mit „SG" stammen aus Spritzgussdatenblättern und gelten nicht für gedrucktes Material. Quellen der Reihe nach: ULTEM 1010[2], PPSU[11], ULTEM 9085[1], PSU[12], PEEK 450G[6], PEKK[10], PPS-CF[13], Hochtemperaturharz[16], PAHT CF15[14].
Für ein druckbeaufschlagtes Bauteil ist der 1,8-MPa-Wert die ehrlichere Bezugsgröße. Er liegt bei manchen Werkstoffen um mehr als hundert Kelvin unter der Zahl, die auf der Produktseite steht.

Eine zweite Fußangel liegt in der Herkunft der Zahl. Datenblätter der Polymerhersteller nennen Spritzgusskennwerte. Datenblätter der Anlagen- und Filamenthersteller nennen Kennwerte gedruckter Proben — und geben dann zusätzlich die Bauteilorientierung an. Beide Zahlensätze tragen dieselben Einheiten und dieselben Normnummern, meinen aber verschiedene Dinge. Ein PEEK-Filamentdatenblatt weist ausdrücklich darauf hin, dass nur Dichte und Durchmesser das Filament selbst betreffen; die mechanischen Werte sind Polymerkennwerte, keine Kennwerte des gedruckten Teils.[9]

02 · Die Werkstoffe im Vergleich

Die folgende Übersicht führt nur Werte, die in dem jeweils genannten Datenblatt stehen. Leere Felder bedeuten, dass der Wert dort nicht angegeben ist — nicht, dass er null wäre.

Kennwerte aus den Herstellerdatenblättern
WerkstoffVerfahrenGlasübergangHDT bei 1,8 MPaZugfestigkeitAnmerkung
ULTEM 1010 (PEI)FDM209 °C212,2 °C79,2 MPa (XZ)Z-Wert nur 28,2 MPa bei ±31 % Streuung[2]
ULTEM 9085 (PEI)FDM177 °C172,6 °C69,2 MPa (XZ)UL 94 V-0 ab 0,508 mm[1]
PPSU Radel R-5000Spritzguss220 °C207 °C69,6 MPaKerbschlag 690 J/m — der zäheste dieser Liste[11]
PSU Udel P-1700Spritzguss—174 °C70,3 MPaFDA 21 CFR 177.1655; NSF nur typenspezifisch[12]
PEEK 450GSpritzguss150 °C152 °C98,0 MPaUL-RTI 260 °C elektrisch, 240 °C Festigkeit[6] [8]
PEEK VESTAKEEP i4 3DFFFF-Filament152 °C150 °C94 MPaUSP Class VI konform, ISO 10993-1 geprüft[9]
PEKK Kepstan 6000Spritzguss158 °C139 °C88–89 MPapseudo-amorph, langsamste Kristallisation der Reihe[10]
PPS-CFFFF-Filament——95–105 MPa (XY)HDT 245 °C bei 0,455 MPa; Dauergebrauch 220 °C[13]
PAHT CF15FFF-Filament70 °C92 °C (trocken)103,2 MPa (XY)Z nur 18,2 MPa; konditioniert fällt XY auf 62,9 MPa[14]
PA 12MJF—95–106 °C48 MPa (XY und Z)in der Festigkeit nahezu isotrop[15]

Zwei Zeilen verdienen einen zweiten Blick. PAHT CF15 hat einen Glasübergang bei 70 °C.[14] Ein Wasser-Glykol-Kreis mit 80 °C Vorlauf betreibt dieses Material oberhalb seines Glasübergangs — unabhängig davon, dass die HDT bei 92 °C liegt. Und PA 12 aus dem Multi-Jet-Fusion-Verfahren ist mit 48 MPa in beiden Richtungen der einzige Polymerwerkstoff dieser Liste, bei dem die Aufbaurichtung die Festigkeit nicht bestimmt.[15] Dafür bestimmt sie dort etwas anderes — die Dichtheit, siehe Abschnitt 04.

Metalle

Für dauerhaft drucktragende Bauteile führt an der metallischen Pulverbettfusion kein Weg vorbei. Die Datenlage ist dort deutlich belastbarer, weil die Datenblätter Bauzustand und Wärmebehandlung getrennt ausweisen.

Metallische L-PBF-Werkstoffe, Kennwerte im Bauzustand
WerkstoffDichteRp0,2 vertikal / horizontalRm vertikal / horizontalAnmerkung
316L≥ 7,97 g/cm³480 / 540 MPa560 / 645 MPaBezug ASTM F138 bzw. AISI 316L; Rauheit typisch 5–25 µm[17]
IN718≥ 8,15 g/cm³650 / 800 MPa970 / 1090 MPabis 700 °C einsetzbar; nach Wärmebehandlung 1145 / 1240 MPa[18]
AlSi10Mg≥ 2,67 g/cm³230 / 270 MPa460 / 450 MPaWärmeleitfähigkeit 100 W/m·K, nach T6 165 W/m·K[19]

Eine Bezeichnungsfalle. Das Datenblatt für 316L nimmt Bezug auf ASTM F138 und AISI 316L.[17] Eine Gleichsetzung mit der europäischen Werkstoffnummer 1.4404 steht dort nicht. Für einen Werkstoffnachweis nach Druckgeräterichtlinie ist das kein Detail, sondern der Kern der Sache — siehe Abschnitt 08.

03 · Die Z-Richtung: der teuerste Kennwert

Jedes schichtweise aufgebaute Bauteil ist anisotrop. Innerhalb einer Schicht liegt zusammenhängendes, aufgeschmolzenes Material vor; zwischen zwei Schichten liegt eine Grenzfläche, deren Festigkeit vom Verschweißungsgrad abhängt. Bei einem druckbeaufschlagten Rohr liegt die Umfangsspannung — die größte Hauptspannung — genau dann in dieser Grenzfläche, wenn das Rohr stehend gebaut wird.

Die Zahlen dazu stehen in den Datenblättern, man muss sie nur nebeneinanderlegen:

  • ULTEM 9085: XZ 69,2 MPa gegenüber ZX 39,4 MPa. Die Z-Festigkeit beträgt 57 % der Festigkeit in der Ebene; die Bruchdehnung fällt von 5,4 % auf 1,9 %.[1]
  • ULTEM 1010: XZ 79,2 ± 4,9 MPa gegenüber ZX 28,2 ± 8,8 MPa. Das sind 36 % — bei einer Standardabweichung, die 31 % des Mittelwerts beträgt.[2]
  • PAHT CF15: XY 103,2 MPa gegenüber Z 18,2 MPa im trockenen Zustand. Das sind 17,6 %.[14]
Eine Auslegung, die mit einer Streuung von ±31 % beginnt, lässt sich durch keinen Sicherheitsbeiwert retten. Sie lässt sich nur durch eine Losprüfung retten — oder durch eine Bauteilorientierung, in der die Grenzfläche nicht trägt.

Die konstruktive Konsequenz ist unbequem, aber eindeutig: Für ein innendruckbelastetes Rohr aus einem FFF-Werkstoff ist die liegende Bauweise die einzige vertretbare. Damit wandert das Problem in die Stützstrukturen und in die Oberflächengüte der unten liegenden Kanalwand — siehe Abschnitt 05.

Bei PAHT CF15 kommt ein zweiter Effekt hinzu, der in Prüfstandsanwendungen regelmäßig übersehen wird: Bereits die Konditionierung bei normalem Raumklima über 72 Stunden senkt die XY-Zugfestigkeit von 103,2 auf 62,9 MPa und den Elastizitätsmodul von 8386 auf 5052 MPa.[14] Bei direktem Kontakt mit Wasser-Glykol ist der Feuchteeintrag um Größenordnungen höher; die konditionierten Werte sind damit noch die günstige Grenze.

04 · Dichtheit ist kein Werkstoffkennwert

Die zentrale Erkenntnis dieses Beitrags stammt aus einer Arbeit des Karlsruher Instituts für Technologie zu dünnwandigen fluidischen Bauteilen aus der Laser-Pulverbettfusion. Ihr Titel ist zugleich die Kernaussage: Gas-tight means zero defects.[23]

Die Arbeit unterscheidet zwei Schwellen — gasdicht unter 10⁻⁸ l·mbar·s⁻¹, flüssigkeitsdicht unter 10⁻⁴ l·mbar·s⁻¹ — und findet für 316L:

  • Reproduzierbar gasdicht ab einer Wandstärke von etwa 300 µm. Bei 200 bis 216 µm sank die Reproduzierbarkeit deutlich.
  • Gasdichte Proben erforderten eine Linienenergie über etwa 320 J·m⁻¹.
  • Die Überlappung der Schmelzbahnen zweier Lagen muss über 60 bis 70 % liegen, sonst entsteht Bindefehler.
  • Bei 30° Neigung zur Horizontalen entstanden noch gasdichte Proben, aber mit geringerer Wahrscheinlichkeit.
  • Der beste Kompromiss-Parametersatz lieferte 78 % leckfreie Proben — 18 von 23. Der dünnwandigste lieferte 48 %.
78 % leckfrei im optimierten Prozess. Für ein Prüfstandsbauteil heißt das: hundertprozentige Dichtheitsprüfung jedes einzelnen Teils. Eine Stichprobe ist bei dieser Verteilung keine Aussage.

Bei polymeren Verfahren liegt die Schwelle anders, aber sie ist genauso scharf. Eine Untersuchung an PA12 aus dem Multi-Jet-Fusion-Verfahren prüfte Wandungen von 0,4 bis 0,7 mm über eine Stunde bei 20 ± 2 °C.[24] Das Ergebnis ist keine Kurve, sondern eine Klippe — und sie hängt an der Aufbaurichtung.

0,001 0,01 0,1 0,4 PRÜFDRUCK · MPa WANDSTÄRKE · mm 0,4 0,003 0,052 0,5 0,044 > 0,400 0,6 0,357 > 0,400 0,7 > 0,400 > 0,400 SENKRECHT GEBAUT LIEGEND GEBAUT Senkrecht gebaut: Faktor 119 zwischen 0,6 und 0,4 mm Wandstärke
Prüfdruck bis zur ersten Leckage bei PA12 aus dem Multi-Jet-Fusion-Verfahren, nach Wandstärke und Aufbaurichtung. „> 0,400" bedeutet: bei 0,4 MPa noch dicht, höhere Drücke wurden in dieser Reihe nicht als Grenzwert ausgewiesen. Senkrecht gebaute Wandungen fallen zwischen 0,6 und 0,4 mm um mehr als zwei Größenordnungen ab. Datenquelle: Morales-Planas u. a.[24]

Die rasterelektronenmikroskopische Untersuchung der Autoren bestätigt den Befund im Gefüge: senkrecht gebaute Proben zeigen deutlich mehr Poren. Ihr Fazit lautet, die Orientierung habe „a great impact on the leak values, with the vertical orientation being the most critical".[24]

Auch dort, wo die Festigkeit gut aussieht, muss die Dichtheit es nicht. Laser-gesintertes PEEK erreicht 88,7 MPa Zugfestigkeit gegenüber 100 MPa im Spritzguss — bei einer Gesamtporosität von 4,36 % und teilgesinterten Partikeln an den Bruchflächen.[20] Für Festigkeit ist verteilte Porosität weitgehend unkritisch, für Dichtheit ist sie das Gegenteil.

Die Reproduzierbarkeitsfrage

Die praktisch wichtigste Zahl zur Prozessstreuung stammt aus einer Parameterstudie an PEEK im FFF-Verfahren. Über 16 Parameterkombinationen schwankte die Porosität zwischen 0,12 % und 10,8 %, die Kristallinität zwischen 20 % und 27 %, Zugfestigkeit und Elastizitätsmodul um bis zu 27 %.[22] Derselbe Werkstoff, dieselbe Maschine, ein Faktor von rund 90 in der Porosität — allein über den Parametersatz.

Ergänzend: Eine Übersichtsarbeit zu PEEK im FFF nennt Porenvolumenanteile von 6,7 % bei XY-Druck und 7,6 % bei Z-Druck, wobei die Einzelporen in Z deutlich größer ausfallen. Sie belegt außerdem, warum eine beheizte Bauraumkammer für diese Werkstoffe keine Komfortfunktion ist: Erst bei 200 °C Kammertemperatur übertraf der Elastizitätsmodul den des Spritzgussmaterials.[21]

05 · Was im Kanal passiert

Der Durchmesser, den man nicht bekommt

Ein gedruckter Kanal hat nicht den Durchmesser, der in der Zeichnung steht. Eine zerstörungsfreie Untersuchung an L-PBF-Kanälen mit 1,5 mm Nennmaß fand einen geometrischen mittleren Durchmesser von 1,31 mm — 190 µm weniger — und einen funktionalen Äquivalentdurchmesser von 1,27 mm. Die mittlere Topographiehöhe der Kanalwand lag bei 23 bis 24 µm, weitgehend unabhängig vom Kanaldurchmesser.[26]

Unsere Rechnung, nicht die der Quelle. Der Druckverlust im turbulenten Bereich skaliert etwa mit der fünften Potenz des Kehrwerts des Durchmessers. Ein Verlust von 190 µm bei 1,5 mm Nennmaß entspricht damit rund einem Faktor 1,9 im Druckverlust — vor jedem Rauheitseinfluss. Wer einen gedruckten Verteiler nach Nennmaß auslegt, liegt beim Druckverlust um etwa das Doppelte daneben.

Rauheit und die Grenzen von Moody und Colebrook

Die Frage, ob sich AM-Kanäle mit den klassischen Rohrreibungsansätzen rechnen lassen, ist experimentell untersucht. Eine Arbeit an halbkreisförmigen Kanälen aus dem selektiven Laserschmelzen mit relativen Rauheiten zwischen 0,0023 und 0,0044 findet:[25]

  • Der Umschlag von laminarer zu turbulenter Strömung erfolgt bereits bei Reynolds-Zahlen um 1400 bis 1800 statt bei etwa 2300.
  • Für die glatteren 4-mm-Kanäle war der Blasius-Ansatz brauchbar; für die raueren 2-mm-Kanäle lag er um über 40 % daneben.
  • Eine Verrundung der Kanalkanten erhöhte den Reibungsbeiwert um durchschnittlich etwa 9 %.

Eine zweite Arbeit nutzt die Colebrook-White-Beziehung in umgekehrter Richtung — um aus Strömungsmessungen den tatsächlichen hydraulischen Durchmesser zurückzurechnen — und erreicht damit gegenüber der Computertomografie eine Abweichung unter ±3 %.[26] Das ist der praktikable Weg: Der gedruckte Kanal wird durchströmt und daraus charakterisiert, statt aus der Zeichnung gerechnet.

Selbsttragende Querschnitte statt Stützstrukturen

Stützstrukturen in Innenkanälen sind nach dem Bau nicht entfernbar. Die Lösung liegt in der Querschnittsform: Flächen mit weniger als 30° Neigung zur Bauplatte sind nicht fertigbar; ein rautenförmiger Querschnitt mit 45° Profilwinkel und ein Tropfenquerschnitt mit 50° sind selbsttragend. Der Preis in Druckverlust bei Re = 8000 beträgt gegenüber dem Kreiskanal 22,5 % für die Raute und 8,6 % für den Tropfen. Zugleich weist der Kreiskanal im Überhang die größte Formabweichung — rund 300 µm — und die höchste Downskin-Rauheit auf, mit Ra-Werten zwischen 5,4 und 40,5 µm je nach Position.[27]

Der runde Innenkanal ist im Überhang der schlechteste Kompromiss: Er braucht Stützen oder verzieht sich, ist innen am rauesten — und hat trotzdem keinen Druckverlustvorteil, der das aufwöge. Der Tropfenquerschnitt kostet 8,6 % und löst alle drei Probleme.

Restpulver

In pulverbettbasierten Verfahren bleibt Pulver in Innenkanälen zurück. Eine Untersuchung an Kanälen ab 1 mm Durchmesser mit Helix- und U-Bogen-Geometrien zeigt: Handgeführtes Ultraschallpolieren räumt gerade Kanäle in unter zehn Sekunden frei, versagt aber an scharfen U-Bögen. Am wirksamsten war für die Laser-Pulverbettfusion die Kombination aus Ultraschallbad und Vakuumsieden.[28]

Entscheidend für die Abnahme ist die Nachweisgrenze: Eine Waage erkennt etwa 1 mm³ Pulver — das sind rund 100 000 Partikel. Die Röntgen-Computertomografie erkennt Pulvermengen eine Größenordnung darunter.[28]

Konsequenz für die Abnahme. Eine Wägung, die „sauber" anzeigt, garantiert nur, dass weniger als etwa ein Kubikmillimeter Pulver im Bauteil ist. In einem Öl- oder Kraftstoffkreis mit Sitzventilen, Düsen oder Plattenwärmetauschern ist das kein Freigabekriterium. Dort gehört entweder eine Computertomografie oder eine Durchflussprüfung mit Partikelzählung in den Abnahmeplan.

06 · Medienbeständigkeit und die Rolle des Temperns

Für PEEK liegt eine differenzierte Beständigkeitsmatrix des Polymerherstellers vor. Sie bewertet dreistufig — keine, leichte, starke Wechselwirkung — und über mehrere Temperaturen:[7]

PEEK gegen typische Prüfstandsmedien, nach Victrex-Beständigkeitsleitfaden
Medium23 °C100 °C200 °C
Ethylenglykolkeinekeineleichte
Motorölkeinekeinekeine
Benzinkeinekeine—
Dieselöl, Kerosinkeine——
Wasser und Dampfkeinekeinekeine

Für gedruckte Werkstoffe wird die Lage sofort dünner. Der Beständigkeitsvergleich eines großen FDM-Anbieters stuft ULTEM 9085 gegenüber Kühlmittel, Motoröl und Erdölkraftstoffen jeweils mit „eingeschränkt" ein, während ULTEM 1010 und die PEKK-Typen besser abschneiden.[4] Das widerspricht der verbreiteten Annahme, PEI sei generell chemikalienfest. Bemerkenswerter ist der Vorbehalt, den derselbe Anbieter formuliert: Die Bewertungen seien relativ und „not based on any specific testing".[4] Die Tabelle ist damit ein Vorauswahl-, kein Nachweisdokument.

Was Tempern bewirkt

Die aussagekräftigste belegte Prüfung stammt aus einer Untersuchung an gedrucktem PEKK nach ASTM D543, 168 Stunden Immersion, anschließende Zugprüfung nach ASTM D638, in beiden Orientierungen und jeweils spannungsfrei sowie unter 1 % Dehnung:[5]

Gedrucktes PEKK nach 168 h Immersion, ungetempert
MediumMassenänderungÄnderung der Zugfestigkeit
Jet-A (Flugturbinenkraftstoff)+1,2 %−3 bis −14 %
Hydraulikfluid Skydrol 500B-4+1,7 %−5 bis −16 %
Methylethylketonunter 1 %−7 bis −17 %
Ethylacetatunter 1 %−4 bis −20 %
Dichlormethan+43 bis +44,7 %−81 bis −88 %

Dichlormethan lässt das ungetemperte Material um 30,6 % in der Dicke quellen und zerstört es mechanisch. Nach dem Tempern sinkt die Massenänderung in demselben Medium auf 0,4 bis 0,6 % und die Festigkeitsänderung auf −15 bis +1 %; alle übrigen Medien bleiben zwischen −19 und +19 %. Der Hersteller fasst zusammen, das Tempern habe die chemische Empfindlichkeit aufgehoben.[5]

Bei teilkristallinen Hochleistungspolymeren aus dem Schmelzschichtverfahren ist die Wärmenachbehandlung kein Kosmetikschritt. Sie ist der Schritt, der über Medienbeständigkeit entscheidet — und gehört damit in die Fertigungsanweisung, nicht in die Kann-Bestimmung.

Für Kraftstoffkontakt bleibt der Befund trotzdem unbefriedigend: Es gibt keine belastbare Datenbasis außer einer eigenen Prüfung nach ASTM D543, mit der eigenen Bauteilorientierung und dem eigenen Temperzustand. Werkstoffdatenblätter helfen hier nicht weiter.

07 · Nachbearbeitung und ihre Grenzen

Das gebräuchliche Verfahren zum Glätten von Innenkanälen ist das Druckfließläppen. Eine Untersuchung an additiv gefertigtem Titan quantifiziert Nutzen und Nebenwirkung:[29]

  • Bei einer 10-mm-Durchgangsbohrung sank Ra über 15 Zyklen von 10,66 auf 6,32 µm, also um 40,7 %; die Standardabweichung von Ra fiel um 64,2 %.
  • Bei 4-mm-Kanälen mit Bögen betrug die Verbesserung 20,4 % (gerade) bis 38,5 % (mit drei Bögen).
  • Nebenwirkung: Die 4-mm-Kanäle weiteten sich nach 15 Zyklen um 6 % im Radius auf; Schlitzbreiten wuchsen um bis zu 0,216 mm.
  • Grenze: Wandungen unter 0,4 mm wurden bereits nach fünf Zyklen bleibend verformt.

Ein enges Fenster. Metallische Pulverbettfusion braucht rund 300 µm Wandstärke für reproduzierbare Gasdichtheit.[23] Druckfließläppen verformt Wandungen unter 400 µm.[29] Zwischen „dünn genug für den Leichtbauvorteil" und „dick genug für die Innenbearbeitung" liegen damit rund hundert Mikrometer. Wer beides will, muss die Wandstärke lokal differenzieren — und das ist genau die Freiheit, die additive Fertigung tatsächlich bietet.

08 · Normen, Druckgeräte und Zulassung

Der Normenrahmen

Die Terminologie regelt ISO/ASTM 52900.[30] Für den Einkauf von AM-Bauteilen — also für das, was ein Prüfstandsbauer üblicherweise braucht — ist ISO/ASTM 52901 die einschlägige Norm.[31] Sie legt fest, welche Angaben zwischen Besteller und Lieferant vereinbart werden müssen. ISO/ASTM 52920 betrifft dagegen Prozess und Produktionsstätte, nicht das einzelne Bauteil.[32]

Zwei häufige Verwechslungen. ISO/ASTM 52930 ist eine Technische Spezifikation, keine Norm, und gilt ausschließlich für die Qualifizierung von PBF-LB-Anlagen im Sinne von Installation, Betrieb und Leistungsfähigkeit.[33] Und ISO/ASTM 52920 qualifiziert die Fertigungsstätte, nicht das Bauteil.[32] Wer eine Bauteilfreigabe braucht, findet sie in keiner der beiden.

Für die mechanische Bewertung metallischer AM-Werkstoffe existiert ASTM F3122 als Leitfaden.[34] Für einen durchgängigen Qualifizierungspfad von Werkstoff über Prozess bis Bauteil ist DNV-ST-B203 in der Ausgabe 2025-11 die vollständigste öffentlich beziehbare Grundlage.[41] Frei zugänglich und trotz ihres Raumfahrtbezugs für die Bauteilklassifizierung nutzbar sind NASA-STD-6030[35] und MSFC-STD-3716.[36]

Der Befund zur Druckhaltung

Hier liegt das Ergebnis, das am häufigsten falsch wiedergegeben wird. ASME PTB-13-2021 ist ein Kriteriendokument, kein Code: Es beschreibt, welche Punkte ein künftiger Standard für drucktragende metallische Bauteile aus der Pulverbettfusion behandeln müsste.[37] Es begrenzt seine Kriterien zudem auf Niedertemperaturanwendungen — definiert als Auslegungstemperatur mindestens 25 °C unterhalb der Temperatur, ab der zeitabhängige Werkstoffkennwerte maßgebend werden.[38]

Der häufig als Beleg angeführte ASME Code Case 3020 betrifft nach der Darstellung des Argonne National Laboratory nicht die Laser-Pulverbettfusion, sondern die Verfahrensqualifizierung für metallisches Schutzgas-Lichtbogen-Auftragschweißen, genehmigt im Mai 2021.[38] Für L-PBF in 316L existiert derselben Quelle zufolge keine formale ASME-Qualifizierung; die Entwicklung eines entsprechenden Code Case wartet auf zusätzliche Ermüdungsprüfungen an bearbeiteten gegenüber gedruckten Proben.[38]

Stand heute gibt es keinen ASME-Code-Pfad für ein L-PBF-gefertigtes drucktragendes Bauteil. Es gibt ein Kriteriendokument und einen Code Case für ein anderes Verfahren.

Druckgeräterichtlinie

Für den europäischen Markt ist die Richtlinie 2014/68/EU maßgeblich.[39] Für den Prüfstandsbau ist Artikel 4 Absatz 3 der entscheidende Satz: Druckgeräte und Baugruppen, die die Kategorieschwellen nicht erreichen, müssen „in Übereinstimmung mit der in einem Mitgliedstaat geltenden guten Ingenieurpraxis ausgelegt und hergestellt werden".[39] Dort greift keine Konformitätsbewertung durch eine benannte Stelle — der Hersteller weist die Eignung nach, und ein additiv gefertigtes Bauteil ist zulässig, wenn dieser Nachweis trägt.

Oberhalb der Schwellen wird es aufwendig. Weil AM-Werkstoffe in keiner harmonisierten Werkstoffnorm gelistet sind, bleiben nur der Weg über eine europäische Werkstoffzulassung nach Artikel 15 oder ein Einzelgutachten durch die benannte Stelle.[39] Eine Prüfstelle beschreibt für den zweiten Weg ein Zertifizierungsprogramm auf Basis der sinngemäßen Anwendung von EN 13445-4 Abschnitt 3.1 und berichtet von einem Pilot-Audit für die Laser-Pulverbettfusion bei einem Pumpenhersteller.[40] Für Einzelstücke im Prüfstandsbau ist beides wirtschaftlich in aller Regel nicht darstellbar.

Medienkontakt und Trinkwasser

Belegte Zulassungen einzelner AM-Werkstoffe gibt es — aber nicht für die Anwendung, nach der im Anlagenbau am häufigsten gefragt wird. Nachgewiesen sind unter anderem: ULTEM 1010 in zertifizierter Ausführung mit NSF 51 sowie ISO 10993 beziehungsweise USP Class VI[3]; ein PEEK-Filament als USP-Class-VI-konform und nach ISO 10993-1 geprüft[9]; PA 12 für die Multi-Jet-Fusion mit USP Class I–VI.[15]

Für den Trinkwasserbereich sieht es anders aus. Die deutsche Bewertungsgrundlage KTW-BWGL liegt in der 6. Änderung vom 20. November 2025 vor[42], im Vereinigten Königreich erfolgt die Materialzulassung über WRAS auf Grundlage von BS 6920[43]. Einen additiv gefertigten Werkstoff mit KTW-BWGL-Konformität, WRAS-Zulassung oder NSF/ANSI-61-Zertifizierung konnten wir nicht belegen. Die NSF-Nennungen in den Polymerdatenblättern beziehen sich auf Spritzgusstypen bestimmter Basisharze[11] [12], nicht auf deren additive Verarbeitungsform.

Unsere Einordnung, keine Quellenaussage. Das ist technisch plausibel: Trinkwasserzulassungen bewerten Migration und Extrahierbarkeit über eine definierte Oberflächen-zu-Volumen-Relation. Ein gedrucktes Bauteil hat wegen Schichtstruktur, Restporosität und Rauheiten im Bereich einiger zehn Mikrometer eine erheblich größere und besser zugängliche reale Oberfläche als ein spritzgegossenes.

09 · Wo wir es einsetzen — und wo nicht

Aus dem Vorstehenden ergibt sich eine ziemlich klare Aufteilung. Sie ist unsere Schlussfolgerung, nicht die der zitierten Quellen.

Nicht geeignet

  1. Dauerdruck mit tragender Aufbaurichtung. ULTEM 1010 in Z: 28,2 MPa bei ±31 % Streuung.[2] Es gibt keinen Sicherheitsbeiwert, der eine solche Verteilung auffängt.
  2. Dünne Wandungen unter der jeweiligen Schwelle. Unter 300 µm bei metallischer Pulverbettfusion[23], unter 0,6 mm bei senkrecht gebautem MJF-PA12[24] gibt es keinen sanften Übergang, sondern eine Klippe.
  3. Dauerlast bei Temperatur. Kriechdaten für gedruckte Polymere bei Betriebstemperatur ließen sich nicht belegen. Für PEEK ist geringes Kriechen bei 23 °C und rund 60 MPa über 1000 Stunden dokumentiert[8]; darüber hinaus existiert für gedrucktes Material mit 0,12 bis 10,8 % Porosität[22] keine öffentliche Auslegungsgrundlage.
  4. Kraftstoffführung ohne eigene Prüfung. Die Herstellertabellen sind ausdrücklich nicht prüfungsbasiert.[4]
  5. Trinkwasserführung. Kein belegter AM-Werkstoff mit KTW-BWGL, WRAS oder NSF/ANSI 61.
  6. Drucktragende Bauteile oberhalb der PED-Kategorieschwellen — dort ist der Aufwand für Werkstoffzulassung oder Einzelgutachten bei Einzelstücken nicht darstellbar.[39]

Sinnvoll

  1. Strömungsgleichrichter und Verteiler mit komplexer Innengeometrie unterhalb der Kategorieschwellen, mit Tropfenquerschnitt statt Kreisquerschnitt — 8,6 % Mehrdruckverlust gegen erhebliche Bauteilzahlreduktion.[27]
  2. Heißluft- und Gasführungen ohne nennenswerten Innendruck, dort spielt ULTEM 1010 seine 212 °C bei 1,8 MPa aus.[2]
  3. Adapter und Prüfaufnahmen, bei denen die Dichtheitsprüfung ohnehin Teil der Abnahme ist.
  4. Metallische Bauteile aus 316L oder IN718 dort, wo die Geometrie konventionell nicht herstellbar ist — mit hundertprozentiger Dichtheitsprüfung, dokumentierter Pulverentfernung und der Wandstärke als eigenem Prüfmaß.

Wie wir damit umgehen. Ein additiv gefertigtes medienführendes Teil bekommt bei uns dieselbe Prüfkette wie ein geschweißtes: Druckprüfung, Dichtheitsprüfung an jedem Einzelstück, dokumentierte Bauteilorientierung und dokumentierter Temperzustand im Abnahmeprotokoll. Wo eine Computertomografie zur Pulverfreiheit nötig ist, steht sie im Angebot — nicht erst in der Rechnung.

10 · Quellen

Alle Fundstellen wurden im August 2026 abgerufen. Werkstoffdatenblätter sind revisionsgebunden; vor einer Auslegung ist die jeweils aktuelle Fassung beim Hersteller zu ziehen. Werte aus Spritzgussdatenblättern sind in diesem Beitrag durchgehend als solche gekennzeichnet und gelten nicht für gedrucktes Material.

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