Fachbeitrag · Werkstoff und Fertigung

Hochtemperaturwerkstoffe im 3D-Druck für fluidführende Bauteile

Belegte Kennwerte zu Temperatur, Festigkeit, Dichtheit und Medienbeständigkeit gedruckter Bauteile, die Medium unter Druck führen. Dazu Normenlage und Druckgeräterichtlinie.

Einordnung

Inhalt und Geltung

RecherchestandAugust 2026
Lesezeitetwa 30 min
ZielgruppeKonstruktion, Fertigung, Einkauf
Quellen43 belegte Fundstellen

Im Prüfstandsbau ist die additive Fertigung verbreitet: für Vorrichtungen, Adapter und Strömungsgleichrichter. Wenn ein gedrucktes Teil Medium unter Druck führt, dann ändert sich die Fragestellung grundlegend. Maßgeblich sind dann Dichtheit, Reproduzierbarkeit und der Kennwert, der in eine Auslegung eingehen darf. Die Formfreiheit tritt zurück.

Der Beitrag fasst die belegbaren Angaben zusammen. Die maßgeblichen Zahlen sind oft nicht die beworbenen Werte, sondern die Werte eine Zeile darunter in derselben Tabelle. Ein Datenblatt mit 238 °C meint unter Umständen 101 °C. Bei senkrecht gebauten Wänden aus PA12 sinkt der Druck bis zur ersten Leckage zwischen 0,6 und 0,4 mm Wandstärke um mehr als 2 Größenordnungen. Alle Werte stammen aus Werkstoffdatenblättern, Normen oder begutachteten Veröffentlichungen. Wenn eine gängige Zahl nicht belegbar war, dann fehlt sie hier.

Wärmeformbeständigkeit auf dem Datenblatt

Die Wärmeformbeständigkeit (HDT, Heat Deflection Temperature) nach ASTM D648 oder ISO 75 gilt immer für einen Lastfall. Die Prüfung belastet einen Biegestab mit einer definierten Randfaserspannung. Die Messgröße ist die Temperatur, bei der eine festgelegte Durchbiegung eintritt. Üblich sind 2 Lastfälle: 0,45 MPa und 1,8 MPa. Die Differenz zwischen beiden ist bei manchen Werkstoffen vernachlässigbar und bei anderen groß.

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

Abb. 1 · Wärmeformbeständigkeit nach ASTM D648 oder 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 Wert bei 1,8 MPa die strengere Bezugsgröße. Er liegt bei manchen Werkstoffen mehr als 100 K unter dem Wert auf der Produktseite.

Eine zweite Fehlerquelle ist die Herkunft der Zahl. Datenblätter der Polymerhersteller nennen Kennwerte aus dem Spritzguss. Datenblätter der Anlagen- und Filamenthersteller nennen Kennwerte gedruckter Proben und geben zusätzlich die Bauteilorientierung an. Beide Zahlensätze tragen dieselben Einheiten und Normnummern, bedeuten aber Verschiedenes. Ein Datenblatt für PEEK-Filament weist ausdrücklich darauf hin: Nur Dichte und Durchmesser betreffen das Filament selbst. Die mechanischen Werte sind Polymerkennwerte und keine Kennwerte des gedruckten Teils^[9].

Werkstoffe im Vergleich

Die Übersicht nennt nur Werte aus dem jeweils genannten Datenblatt. Der Eintrag „keine Angabe“ bedeutet: Das Datenblatt nennt den Wert nicht. Der Eintrag bedeutet nicht, dass der Wert null ist.

Kennwerte aus den Herstellerdatenblättern
Werkstoff	Verfahren	Glasübergang	HDT bei 1,8 MPa	Zugfestigkeit	Anmerkung
ULTEM 1010 (PEI)	FDM	209 °C	212,2 °C	79,2 MPa (XZ)	Z-Wert nur 28,2 MPa bei ± 31 % Streuung^[2]
ULTEM 9085 (PEI)	FDM	177 °C	172,6 °C	69,2 MPa (XZ)	UL 94 V-0 ab 0,508 mm^[1]
PPSU Radel R-5000	Spritzguss	220 °C	207 °C	69,6 MPa	Kerbschlagzähigkeit 690 J/m, höchster Wert dieser Liste^[11]
PSU Udel P-1700	Spritzguss	keine Angabe	174 °C	70,3 MPa	FDA 21 CFR 177.1655, NSF nur typenspezifisch^[12]
PEEK 450G	Spritzguss	150 °C	152 °C	98,0 MPa	UL-RTI 260 °C elektrisch, 240 °C Festigkeit^{[6], [8]}
PEEK VESTAKEEP i4 3DF	FFF-Filament	152 °C	150 °C	94 MPa	USP Class VI konform, ISO 10993-1 geprüft^[9]
PEKK Kepstan 6000	Spritzguss	158 °C	139 °C	88 bis 89 MPa	pseudo-amorph, langsamste Kristallisation der Reihe^[10]
PPS-CF	FFF-Filament	keine Angabe	keine Angabe	95 bis 105 MPa (XY)	HDT 245 °C bei 0,455 MPa, Dauergebrauch 220 °C^[13]
PAHT CF15	FFF-Filament	70 °C	92 °C (trocken)	103,2 MPa (XY)	Z nur 18,2 MPa, konditioniert fällt XY auf 62,9 MPa^[14]
PA 12	MJF	keine Angabe	95 bis 106 °C	48 MPa (XY und Z)	in der Festigkeit nahezu isotrop^[15]

FDM: Fused Deposition Modeling · FFF: Fused Filament Fabrication · MJF: Multi Jet Fusion · PEI: Polyetherimid · HDT: Wärmeformbeständigkeit · XY: in der Bauebene · Z: in Aufbaurichtung

Zu 2 Zeilen der Tabelle: PAHT CF15 hat einen Glasübergang bei 70 °C^[14]. Ein Wasser-Glykol-Kreis mit 80 °C Vorlauf betreibt diesen Werkstoff oberhalb des Glasübergangs, auch wenn die HDT bei 92 °C liegt. PA 12 aus dem Multi-Jet-Fusion-Verfahren hat 48 MPa in beiden Richtungen. Damit ist PA 12 der einzige Polymerwerkstoff der Liste, bei dem die Aufbaurichtung die Festigkeit nicht bestimmt^[15]. Dafür bestimmt die Aufbaurichtung bei PA 12 die Dichtheit (siehe Abschnitt 04).

Metalle

Unter den additiven Verfahren dieses Beitrags kommt für dauerhaft drucktragende Bauteile nur die metallische Pulverbettfusion in Frage. Die Datenlage ist dort belastbarer, weil die Datenblätter Bauzustand und Wärmebehandlung getrennt ausweisen.

Metallische Werkstoffe aus der Laser-Pulverbettfusion (L-PBF), Kennwerte im Bauzustand
Werkstoff	Dichte	R_p0,2 vertikal / horizontal	R_m vertikal / horizontal	Anmerkung
316L	≥ 7,97 g/cm³	480 / 540 MPa	560 / 645 MPa	Bezug ASTM F138 und AISI 316L, Rauheit typisch 5 bis 25 µm^[17]
IN718	≥ 8,15 g/cm³	650 / 800 MPa	970 / 1 090 MPa	bis 700 °C einsetzbar, nach Wärmebehandlung 1 145 / 1 240 MPa^[18]
AlSi10Mg	≥ 2,67 g/cm³	230 / 270 MPa	460 / 450 MPa	Wärmeleitfähigkeit 100 W/(m·K), nach T6 165 W/(m·K)^[19]

Werkstoffbezeichnung 316L. Das Datenblatt für 316L bezieht sich auf ASTM F138 und AISI 316L^[17]. Eine Gleichsetzung mit der europäischen Werkstoffnummer 1.4404 steht dort nicht. Für einen Werkstoffnachweis nach Druckgeräterichtlinie ist genau dieser Punkt maßgeblich (siehe Abschnitt 08).

Festigkeit in Aufbaurichtung

Jedes schichtweise aufgebaute Bauteil ist anisotrop. Innerhalb einer Schicht liegt zusammenhängendes, aufgeschmolzenes Material vor. Zwischen 2 Schichten liegt eine Grenzfläche. Ihre Festigkeit hängt vom Verschweißungsgrad ab.

Bei einem druckbeaufschlagten Rohr ist die Umfangsspannung die größte Hauptspannung. Die Axialspannung eines geschlossenen Rohrs beträgt die Hälfte der Umfangsspannung. Für die Grenzfläche ist die Spannung maßgeblich, die quer zur Schicht wirkt.

Die Datenblätter enthalten die Zahlen dazu:

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 %. Die Standardabweichung beträgt 31 % des Mittelwerts^[2].
PAHT CF15: XY 103,2 MPa gegenüber Z 18,2 MPa im trockenen Zustand. Das sind 17,6 %^[14].

Bei ULTEM 1010 ergibt der Mittelwert minus 2 Standardabweichungen in Z rund 10,6 MPa. Das sind rund 38 % des Mittelwerts. Wirksam sind 2 Maßnahmen: eine Losprüfung oder eine Bauteilorientierung, in der die Grenzfläche möglichst wenig Last trägt.

Rechnung von Profectronics zur Bauweise, keine Aussage der Quellen. Mit der Kesselformel folgen für ein dünnwandiges, geschlossenes Rohr 2 Fälle:

Stehend gebaut (Rohrachse in Aufbaurichtung): Die Umfangsspannung wirkt in der Schichtebene. Quer zur Schicht wirkt nur die Axialspannung, also die halbe Umfangsspannung.
Liegend gebaut (Rohrachse in der Bauebene): An den Flanken des Rohrs wirkt die volle Umfangsspannung quer zur Schicht.

Für ULTEM 1010 mit 79,2 MPa in der Ebene und 28,2 MPa in Z^[2] folgt: Stehend begrenzt die Z-Festigkeit die Umfangsspannung auf 2 × 28,2 = 56,4 MPa. Liegend begrenzt sie die Umfangsspannung auf 28,2 MPa. Die stehende Bauweise trägt damit etwa den doppelten Innendruck. Ein senkrechter Kanal braucht außerdem keine Stützstrukturen.

Für ein gerades Rohr mit Innendruck aus einem FFF-Werkstoff ist damit die stehende Bauweise günstiger. Ein Verteiler hat meist Kanäle in mehreren Richtungen. Für jeden Kanal quer zur Aufbaurichtung gilt der liegende Fall. Dort kommen Stützstrukturen und die Oberflächengüte der nach unten weisenden Kanalwand hinzu (siehe Abschnitt 05).

Bei PAHT CF15 kommt ein zweiter Effekt hinzu. In Prüfstandsanwendungen bleibt er regelmäßig unbeachtet. Bereits die Konditionierung bei normalem Raumklima über 72 h senkt die XY-Zugfestigkeit von 103,2 auf 62,9 MPa. Der Elastizitätsmodul sinkt von 8 386 auf 5 052 MPa^[14]. Bei direktem Kontakt mit Wasser-Glykol ist der Feuchteeintrag höher als im Normklima. Die konditionierten Werte sind damit noch die günstige Grenze.

Dichtheit gedruckter Wandungen

Die zentrale Erkenntnis des Beitrags stammt aus einer Arbeit des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) zu dünnwandigen fluidischen Bauteilen aus der Laser-Pulverbettfusion. Der Titel der Arbeit ist zugleich ihre Kernaussage: Gas-tight means zero defects^[23].

Die Arbeit unterscheidet nach eigener Definition 2 Schwellen: gasdicht unter 10⁻⁸ mbar·l/s und flüssigkeitsdicht unter 10⁻⁴ mbar·l/s^[23]. Für 316L findet sie:

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 entstehen Bindefehler.
Bei 30° Neigung zur Horizontalen entstanden noch gasdichte Proben, aber mit geringerer Wahrscheinlichkeit.
Der Parametersatz mit dem günstigsten Kompromiss lieferte 78 % leckfreie Proben (18 von 23). Der Parametersatz für die dünnsten Wände lieferte 48 %.

Im optimierten Prozess waren 78 % der Proben leckfrei. Für ein Prüfstandsbauteil bedeutet das: Jedes einzelne Teil braucht eine Dichtheitsprüfung. Bei dieser Verteilung hat eine Stichprobe keine Aussagekraft.

Bei polymeren Verfahren liegt die Schwelle anders, ist aber genauso scharf. Eine Untersuchung an PA12 aus dem Multi-Jet-Fusion-Verfahren prüfte Wandungen von 0,4 bis 0,7 mm über 1 h bei 20 ± 2 °C^[24]. Das Ergebnis zeigt keinen stetigen Verlauf, sondern einen Sprung. Dieser Sprung hängt von der Aufbaurichtung ab.

Abb. 2 · 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 weist diese Versuchsreihe nicht als Grenzwert aus. Senkrecht gebaute Wandungen fallen zwischen 0,6 und 0,4 mm um mehr als 2 Größenordnungen ab. Datenquelle: Morales-Planas und andere^[24].

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

Eine gute Festigkeit bedeutet keine gute Dichtheit. Laser-gesintertes PEEK erreicht 88,7 MPa Zugfestigkeit, im Spritzguss 100 MPa. Die Gesamtporosität beträgt dabei 4,36 %. An den Bruchflächen liegen teilgesinterte Partikel^[20]. Für die Festigkeit ist verteilte Porosität weitgehend unkritisch, für die Dichtheit ist sie kritisch.

Reproduzierbarkeit

Die maßgebliche 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 schwankte zwischen 20 % und 27 %, Zugfestigkeit und Elastizitätsmodul um bis zu 27 %^[22]. Derselbe Werkstoff und dieselbe Maschine ergeben allein über den Parametersatz einen Faktor von rund 90 in der Porosität.

Eine Übersichtsarbeit zu PEEK im FFF nennt Porenvolumenanteile von 6,7 % beim Druck in XY und 7,6 % beim Druck in Z. Die Einzelporen in Z sind deutlich größer. Die Arbeit zeigt außerdem, dass diese Werkstoffe eine beheizte Bauraumkammer brauchen: Erst bei 200 °C Kammertemperatur übertraf der Elastizitätsmodul den des Spritzgussmaterials^[21].

Strömung im gedruckten Kanal

Durchmesser des gedruckten Kanals

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

Rechnung von Profectronics, keine Aussage der Quelle. Bei gleichem Volumenstrom skaliert der Druckverlust im turbulenten Bereich mit dem Kehrwert des Durchmessers hoch 4,75 (Blasius) bis 5 (konstanter Reibungsbeiwert). 1,31 statt 1,5 mm ergeben damit den Faktor 1,9 bis 2,0 im Druckverlust, ohne Rauheitseinfluss. Ein gedruckter Kanal mit 1,5 mm Nennmaß, der nach Nennmaß ausgelegt ist, hat damit etwa den doppelten Druckverlust.

Rauheit und Rohrreibungsansätze nach Moody und Colebrook

Eine Arbeit untersucht, ob die klassischen Rohrreibungsansätze für additiv gefertigte Kanäle gelten. Sie nutzt halbkreisförmige Kanäle aus dem selektiven Laserschmelzen mit relativen Rauheiten von 0,0023 bis 0,0044. Die Ergebnisse^[25]:

Der Umschlag von laminarer zu turbulenter Strömung liegt bereits bei Reynolds-Zahlen um 1 400 bis 1 800 statt bei etwa 2 300.
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: Sie berechnet aus Strömungsmessungen den tatsächlichen hydraulischen Durchmesser. Die Abweichung gegenüber der Computertomografie liegt unter ± 3 %^[26]. Dieser Weg ist praktikabel: Die Kennwerte des Kanals stammen aus der Durchströmung und nicht aus der Zeichnung.

Selbsttragende Querschnitte statt Stützstrukturen

Stützstrukturen in Innenkanälen lassen sich nach dem Bau nicht entfernen. 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^[27].

Bei Re = 8 000 haben diese Querschnitte mehr Druckverlust als der Kreiskanal: 22,5 % mehr für die Raute und 8,6 % mehr für den Tropfen. Der Kreiskanal hat im Überhang die größte Formabweichung, rund 300 µm. Er hat außerdem die höchste Rauheit an der Unterseite (Downskin), mit Ra-Werten von 5,4 bis 40,5 µm je nach Position^[27].

Der runde Innenkanal hat im Überhang damit 2 Nachteile: Er braucht Stützen oder verzieht sich, und er ist innen am rauesten. Einen Vorteil im Druckverlust, der das ausgleicht, hat er nicht. Der Tropfenquerschnitt ist selbsttragend und hat 8,6 % mehr Druckverlust.

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 10 s frei. An scharfen U-Bögen versagt das Verfahren. Für die Laser-Pulverbettfusion war die Kombination aus Ultraschallbad und Vakuumsieden am wirksamsten^[28].

Für die Abnahme ist die Nachweisgrenze maßgeblich. Eine Waage erkennt etwa 1 mm³ Pulver, das sind rund 100 000 Partikel. Die Röntgen-Computertomografie erkennt Pulvermengen eine Größenordnung darunter^[28].

Folge für die Abnahme. Eine Wägung ohne Befund zeigt nur, dass weniger als etwa 1 mm³ Pulver im Bauteil ist. In einem Öl- oder Kraftstoffkreis mit Sitzventilen, Düsen oder Plattenwärmeübertragern ist das kein Freigabekriterium. Dort gehört eine Computertomografie oder eine Durchflussprüfung mit Partikelzählung in den Abnahmeplan.

Medienbeständigkeit und Tempern

Für PEEK liegt eine differenzierte Beständigkeitsmatrix des Polymerherstellers vor. Sie bewertet in 3 Stufen (keine, leichte, starke Wechselwirkung) und über mehrere Temperaturen^[7]:

PEEK gegen typische Prüfstandsmedien, nach Beständigkeitsleitfaden von Victrex
Medium	Wechselwirkung bei 23 °C	bei 100 °C	bei 200 °C
Ethylenglykol	keine	keine	leichte
Motoröl	keine	keine	keine
Benzin	keine	keine	keine Angabe
Dieselöl, Kerosin	keine	keine Angabe	keine Angabe
Wasser und Dampf	keine	keine	keine

Für gedruckte Werkstoffe ist die Datenlage dünner. Der Beständigkeitsvergleich eines großen FDM-Anbieters stuft ULTEM 9085 gegenüber Kühlmittel, Motoröl und Erdölkraftstoffen jeweils als „eingeschränkt“ ein. ULTEM 1010 und die PEKK-Typen schneiden besser ab^[4]. Das widerspricht der verbreiteten Annahme, PEI sei generell chemikalienfest. Derselbe Anbieter formuliert einen Vorbehalt: Die Bewertungen seien nur vergleichend und „not based on any specific testing“^[4]. Die Tabelle dient damit der Vorauswahl und ist kein Nachweis.

Wirkung des Temperns

Die aussagekräftigste belegte Prüfung stammt aus einer Untersuchung an gedrucktem PEKK nach ASTM D543: 168 h Immersion, danach Zugprüfung nach ASTM D638. Die Proben lagen in beiden Orientierungen vor, jeweils spannungsfrei und unter 1 % Dehnung^[5].

Gedrucktes PEKK nach 168 h Immersion, ungetempert
Medium	Massenänderung	Änderung der Zugfestigkeit
Jet-A (Flugturbinenkraftstoff)	+1,2 %	−3 bis −14 %
Hydraulikfluid Skydrol 500B-4	+1,7 %	−5 bis −16 %
Methylethylketon	unter 1 %	−7 bis −17 %
Ethylacetat	unter 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 im selben Medium auf 0,4 bis 0,6 %. Die Festigkeitsänderung liegt dann bei −15 bis +1 %. Alle übrigen Medien bleiben zwischen −19 und +19 %. Nach Angabe des Herstellers hebt das Tempern die chemische Empfindlichkeit auf^[5].

Bei teilkristallinen Hochleistungspolymeren aus dem Schmelzschichtverfahren entscheidet die Wärmenachbehandlung über die Medienbeständigkeit. Das Tempern gehört deshalb als Pflichtschritt in die Fertigungsanweisung.

Für Kraftstoffkontakt bleibt die Datenlage unzureichend. Belastbar ist nur eine eigene Prüfung nach ASTM D543 mit der eigenen Bauteilorientierung und dem eigenen Temperzustand. Werkstoffdatenblätter liefern dazu keine Grundlage.

Nachbearbeitung von Innenkanälen

Das gebräuchliche Verfahren zum Glätten von Innenkanälen ist das Druckfließläppen. Eine Untersuchung an additiv gefertigtem Titan beziffert 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 3 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 verformten sich bereits nach 5 Zyklen bleibend.

Enges Fenster für die Wandstärke. Metallische Pulverbettfusion braucht bei 316L rund 300 µm Wandstärke für reproduzierbare Gasdichtheit^[23]. Druckfließläppen verformt Wandungen aus Titan unter 400 µm^[29]. Die beiden Werte stammen von verschiedenen Werkstoffen und zeigen nur die Größenordnung. Zwischen „dünn genug für den Leichtbauvorteil“ und „dick genug für die Innenbearbeitung“ liegen damit rund 100 µm.

Für beide Ziele muss die Konstruktion die Wandstärke lokal anpassen. Diese Freiheit bietet die additive Fertigung.

Normen, Druckgeräte und Zulassung

Normenrahmen

ISO/ASTM 52900 regelt die Terminologie^[30]. Für den Einkauf von AM-Bauteilen (AM, Additive Manufacturing) ist ISO/ASTM 52901 die einschlägige Norm^[31]. Diese Norm betrifft Unternehmen, die AM-Bauteile zukaufen. Sie legt fest, welche Angaben Besteller und Lieferant vereinbaren müssen. ISO/ASTM 52920 betrifft dagegen Prozess und Produktionsstätte, nicht das einzelne Bauteil^[32].

Abgrenzung ISO/ASTM 52930 und ISO/ASTM 52920. ISO/ASTM 52930 ist eine Technische Spezifikation und keine Norm. Sie gilt nur für die Qualifizierung von PBF-LB-Anlagen hinsichtlich Installation, Betrieb und Leistungsfähigkeit^[33]. ISO/ASTM 52920 qualifiziert die Fertigungsstätte, nicht das Bauteil^[32]. Eine Bauteilfreigabe regelt keines der beiden Dokumente.

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

Druckhaltung nach ASME

ASME PTB-13-2021 ist ein Kriteriendokument und kein Code. Es beschreibt die Punkte, die ein künftiger Standard für drucktragende metallische Bauteile aus der Pulverbettfusion behandeln muss^[37]. Die Kriterien gelten nur für Niedertemperaturanwendungen. Das bedeutet: Die Auslegungstemperatur liegt mindestens 25 K unter der Temperatur, ab der zeitabhängige Werkstoffkennwerte maßgebend werden^[38].

ASME Code Case 3020 gilt häufig als Beleg. Nach der Darstellung des Argonne National Laboratory betrifft er aber nicht die Laser-Pulverbettfusion. Er betrifft die Verfahrensqualifizierung für metallisches Schutzgas-Lichtbogen-Auftragschweißen, genehmigt im Mai 2021^[38]. Für L-PBF in 316L existiert nach derselben Quelle keine formale ASME-Qualifizierung. Ein entsprechender Code Case wartet auf zusätzliche Ermüdungsprüfungen an bearbeiteten und gedruckten Proben^[38].

Mit Recherchestand August 2026 besteht kein ASME-Code-Pfad für ein drucktragendes Bauteil aus L-PBF. Vorhanden sind ein Kriteriendokument und ein 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 entscheidend. Druckgeräte und Baugruppen, die höchstens die Grenzwerte nach Artikel 4 Absatz 1 und 2 erreichen, müssen „in Übereinstimmung mit der in einem Mitgliedstaat geltenden guten Ingenieurpraxis ausgelegt und hergestellt werden“^[39]. Sie gehören keiner Kategorie an. Damit gilt für sie kein Verfahren zur Konformitätsbewertung nach Artikel 14, und sie dürfen keine CE-Kennzeichnung nach Artikel 18 tragen^[39].

Der Hersteller weist die sichere Verwendung nach. Ein additiv gefertigtes Bauteil ist zulässig, wenn dieser Nachweis trägt.

Oberhalb der Schwellen gilt Anhang I Nummer 4.2. AM-Werkstoffe stehen in keiner harmonisierten Werkstoffnorm. Damit bleiben 2 Wege: eine europäische Werkstoffzulassung nach Artikel 15 oder ein Einzelgutachten zu den Werkstoffen^[39]. Das Einzelgutachten legt der Hersteller in den technischen Unterlagen vor. In den Kategorien III und IV bewertet die notifizierte Stelle das Einzelgutachten zusätzlich^[39].

Für das Einzelgutachten beschreibt eine Prüfstelle ein Zertifizierungsprogramm, das EN 13445-4 Abschnitt 3.1 sinngemäß anwendet. Die Prüfstelle berichtet von einem Pilot-Audit für die Laser-Pulverbettfusion bei einem Pumpenhersteller^[40]. Nach Einschätzung von Profectronics übersteigt der Aufwand beider Wege bei Einzelstücken im Prüfstandsbau in der Regel den Nutzen.

Medienkontakt und Trinkwasser

Für einzelne AM-Werkstoffe sind Zulassungen belegt. Sie gelten aber nicht für die Anwendung, die im Anlagenbau am häufigsten gefragt ist. Belegt sind unter anderem:

ULTEM 1010 in zertifizierter Ausführung: NSF 51 sowie ISO 10993 beziehungsweise USP Class VI^[3]
ein PEEK-Filament: USP Class VI konform, geprüft nach ISO 10993-1^[9]
PA 12 für Multi Jet Fusion: USP Class I bis VI^[15]

Im Trinkwasserbereich ist die Lage anders. Die deutsche Bewertungsgrundlage für Kunststoffe und andere organische Materialien im Kontakt mit Trinkwasser (KTW-BWGL) liegt in der 6. Änderung vom 20.11.2025 vor^[42]. Im Vereinigten Königreich läuft die Materialzulassung über das Water Regulations Approval Scheme (WRAS) auf Grundlage von BS 6920^[43]. Die Recherche fand für keinen additiv gefertigten Werkstoff einen Beleg für KTW-BWGL-Konformität, WRAS-Zulassung oder Zertifizierung nach NSF/ANSI 61. Die NSF-Nennungen in den Polymerdatenblättern betreffen Spritzgusstypen bestimmter Basisharze^{[11], [12]} und nicht deren additive Verarbeitungsform.

Einordnung von Profectronics, keine Aussage der Quellen. Dieser Befund ist technisch plausibel. Trinkwasserzulassungen bewerten Migration und Extrahierbarkeit über ein definiertes Verhältnis von Oberfläche zu Volumen. Ein gedrucktes Bauteil hat Schichtstruktur, Restporosität und Rauheiten im Bereich einiger zehn Mikrometer. Seine reale Oberfläche ist deshalb erheblich größer und besser zugänglich als bei einem spritzgegossenen Bauteil.

Einsatzbereiche bei Profectronics

Aus den Abschnitten 01 bis 08 folgt eine klare Aufteilung. Sie ist eine Schlussfolgerung von Profectronics und nicht der zitierten Quellen.

Nicht geeignet

Dauerdruck mit tragender Aufbaurichtung. ULTEM 1010 in Z: 28,2 MPa bei ± 31 % Streuung^[2]. Mittelwert minus 2 Standardabweichungen ergibt rund 10,6 MPa.
Dünne Wandungen unter der jeweiligen Schwelle. Unter 300 µm bei metallischer Pulverbettfusion^[23] und unter 0,6 mm bei senkrecht gebautem MJF-PA12^[24] fällt die Dichtheit sprunghaft ab.
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 1 000 h dokumentiert^[8]. Für gedrucktes Material mit 0,12 bis 10,8 % Porosität^[22] fehlt darüber hinaus eine öffentliche Auslegungsgrundlage.
Kraftstoffführung ohne eigene Prüfung. Die Herstellertabellen beruhen ausdrücklich nicht auf Prüfungen^[4].
Trinkwasserführung. Für KTW-BWGL, WRAS oder NSF/ANSI 61 ist kein AM-Werkstoff belegt.
Drucktragende Bauteile oberhalb der Kategorieschwellen der Druckgeräterichtlinie. Dort verlangt die Richtlinie für AM-Werkstoffe eine Werkstoffzulassung oder ein Einzelgutachten, in den Kategorien III und IV mit Bewertung durch die notifizierte Stelle^[39]. Für Einzelstücke steht dieser Aufwand nach Einschätzung von Profectronics in keinem Verhältnis zum Nutzen.

Geeignet

Strömungsgleichrichter und Verteiler mit komplexer Innengeometrie unterhalb der Kategorieschwellen, mit Tropfenquerschnitt statt Kreisquerschnitt. 8,6 % mehr Druckverlust^[27] stehen einer geringeren Bauteilzahl gegenüber.
Heißluft- und Gasführungen ohne nennenswerten Innendruck. Dort nutzt ULTEM 1010 seine 212 °C bei 1,8 MPa^[2].
Adapter und Prüfaufnahmen, bei denen die Dichtheitsprüfung ohnehin Teil der Abnahme ist.
Metallische Bauteile aus 316L oder IN718, wenn die Geometrie konventionell nicht herstellbar ist. Voraussetzungen: Dichtheitsprüfung an jedem Teil, dokumentierte Pulverentfernung und die Wandstärke als eigenes Prüfmaß.

Prüfkette für gedruckte medienführende Teile. Für gedruckte Teile gilt dieselbe Prüfkette wie für geschweißte Teile: Druckprüfung, Dichtheitsprüfung an jedem Einzelstück, dokumentierte Bauteilorientierung und dokumentierter Temperzustand im Abnahmeprotokoll. Wenn eine Computertomografie zum Nachweis der Pulverfreiheit nötig ist, dann gehört sie in den Abnahmeplan.

Quellen

Alle Fundstellen abgerufen im August 2026. Werkstoffdatenblätter sind an ihre Revision gebunden. Fordern Sie vor einer Auslegung die aktuelle Fassung beim Hersteller an. Der Beitrag kennzeichnet Werte aus Spritzgussdatenblättern durchgehend. Diese Werte gelten nicht für gedrucktes Material.

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