3D-Druck-Glossar · Metall-3D-Druck

Eigenspannungen im Metall-3D-Druck: Ursachen, Folgen, Abhilfe

Kurz gesagt

Eigenspannungen sind mechanische Spannungen, die in einem Bauteil wirken, obwohl keine äußere Kraft anliegt. Im Metall-3D-Druck entstehen sie vor allem durch das schnelle, örtlich begrenzte Aufschmelzen und Abkühlen jeder Schicht. Sie können Verzug, Risse und ein Ablösen von der Bauplattform verursachen und werden deshalb über Prozessführung, Konstruktion und Wärmebehandlung gezielt verringert.

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Stand: November 2026 · Redaktion 3D Druck Lab

Platzhalter · BildTitelbild: Schnitt durch ein laserstrahlgeschmolzenes Metallbauteil auf der Bauplatte mit farbiger Spannungsdarstellung: Zugspannungen in den oberen Lagen orange, Druckspannungen darunter blau; daneben dasselbe Teil nach dem Abtrennen leicht aufgebogen, Verformung überzeichnet und beschriftet

Was sind Eigenspannungen?

Eigenspannungen sind innere Spannungen, die in einem Bauteil vorhanden sind, ohne dass eine äußere Kraft darauf wirkt. Zug- und Druckspannungen halten sich im Bauteil die Waage. Deshalb sieht man ihnen von außen zunächst nichts an.

Sichtbar werden sie oft erst, wenn sich dieses Gleichgewicht ändert: beim Abtrennen von der Bauplattform, beim Fräsen einer Fläche oder unter Last im Einsatz. Bekannt sind Eigenspannungen aus dem Schweißen, Gießen und Härten.

Beim selektiven Laserschmelzen (SLM) sind sie besonders ausgeprägt, denn das Bauteil entsteht aus unzähligen winzigen Schweißbahnen. Eigenspannungen sind ein Hauptgrund, warum ein Metallteil im Pulverbett fest mit der Bauplatte verbunden wird und danach häufig eine Wärmebehandlung erhält.

Platzhalter · AnimationSeitenansicht eines Pulverbetts: Der Laser schmilzt eine Bahn auf, die Schmelze erstarrt und zieht sich zusammen; Pfeile zeigen, wie die kältere Schicht darunter das Schrumpfen behindert; Farbskala Zug (obere Lage, orange) und Druck (darunter, blau). Dauer ca. 15 Sekunden

Wie entstehen Eigenspannungen beim Laserschmelzen?

Der Laser erhitzt einen sehr kleinen Bereich in Sekundenbruchteilen über die Schmelztemperatur. Wenige Zehntelmillimeter daneben ist das Metall deutlich kälter. Aus diesen steilen Temperaturunterschieden entstehen die Spannungen.

Erwärmen

Die heiße Zone will sich ausdehnen, das kalte Material ringsum hält dagegen. Weil heißes Metall weich ist, wird sie dabei bleibend gestaucht.

Abkühlen

Beim Erstarren und Abkühlen zieht sich das Material zusammen. Die Schichten darunter behindern das Schrumpfen – in der neuen Lage bleiben Zugspannungen zurück.

Aufsummieren

Das wiederholt sich in jeder Schicht. Typisch sind hohe Zugspannungen in den zuletzt aufgebauten Lagen und ausgleichende Druckspannungen weiter innen.

Wie stark die Spannungen werden, hängt von Werkstoff, Bauteilgröße, Querschnitt und Prozessparametern ab. Große, massive Querschnitte bauen mehr Spannung auf als filigrane Strukturen. Ein verwandtes Phänomen kennen Sie vielleicht aus dem Kunststoffdruck: Beim Warping zieht sich abkühlendes Material zusammen und hebt Ecken vom Druckbett ab.

Welche Folgen haben Eigenspannungen?

Verzug

Löst man das Teil von der Plattform, gibt die Bindung nach: Das Teil biegt sich auf oder federt zurück. Maße und Ebenheit stimmen dann nicht mehr.

Risse

Übersteigen die Spannungen die Festigkeit, reißt der Werkstoff – im Bauteil oder an der Anbindung. Rissempfindliche Legierungen sind besonders betroffen.

Abgelöste Stützen

Stützstrukturen halten das Teil gegen den Verzug fest. Sind sie zu schwach, reißen sie ab, und das Teil wölbt sich schon während des Drucks.

Geringere Dauerfestigkeit

Zugspannungen an der Oberfläche addieren sich zur Betriebslast. Bei schwingend belasteten Teilen kann das die Dauerfestigkeit verringern.

Wölbt sich eine Kante während des Drucks nach oben, kann zudem der Beschichter daran hängen bleiben – eine Recoater-Kollision kann den ganzen Bauprozess abbrechen.

Wie lassen sich Eigenspannungen verringern?

Im Prozess und danach

Angepasste Belichtungsstrategie, etwa kurze Scanbahnen in Feldern und eine von Schicht zu Schicht gedrehte Richtung
Vorheizen über eine Bauplattenheizung, das die Temperaturunterschiede verkleinert
Eine Ausrichtung, die sehr große Flächen in einer Schicht vermeidet
Spannungsarmglühen – in der Praxis oft noch auf der Bauplatte, bevor das Teil abgetrennt wird

In der Konstruktion

Gleichmäßige Wandstärken und sanfte Übergänge statt Sprüngen im Querschnitt
Massive Bereiche mit Gitterstrukturen oder Topologieoptimierung entlasten
Scharfe Kerben vermeiden, weil sich dort Spannungen konzentrieren
Bearbeitungszugabe an Funktionsflächen einplanen, damit leichter Verzug weggefräst werden kann

Welche Maßnahmen beim SLM-Verfahren für Ihr Teil sinnvoll sind, legen wir je Projekt mit unserem Forschungs- und Fertigungspartner, einem Laserinstitut in Sachsen, fest. Nennen Sie kritische Maße und Ebenheiten am besten gleich in der Metall-Anfrage.

Häufige Fragen zu Eigenspannungen

Was ist der Unterschied zwischen Eigenspannungen und Verzug?

Eigenspannungen sind die Ursache, Verzug ist eine mögliche Folge. Solange die Spannungen im Gleichgewicht sind und das Teil fest auf der Bauplatte sitzt, bleibt es formstabil. Erst wenn sich Eigenspannungen lösen, etwa beim Abtrennen oder Zerspanen, verformt sich das Teil.

Entfernt Spannungsarmglühen alle Eigenspannungen?

Spannungsarmglühen baut Eigenspannungen deutlich ab, aber nicht unbedingt vollständig. Wie weit sie sinken, hängt von Temperatur, Haltezeit und Werkstoff ab. Mehr dazu erklärt der Artikel Wärmebehandlung.

Kann man Eigenspannungen messen?

Ja, allerdings mit Aufwand. Gängige Methoden sind die Röntgenbeugung, die Spannungen nahe der Oberfläche erfasst, und die Bohrlochmethode, bei der ein kleines Loch gebohrt und die Verformung ringsum gemessen wird. In der Praxis zeigen sich Eigenspannungen oft indirekt – als Verzug beim Abtrennen.

Haben FDM-Teile auch Eigenspannungen?

Ja, auch beim FDM-Druck kühlt jede Schicht ab und schrumpft. Bei Kunststoff sind die Spannungen aber deutlich geringer und zeigen sich vor allem als Warping bei großen, flachen Teilen, besonders aus ASA und ABS. Solche Teile fertigen wir selbst im FDM-Verfahren.

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