Wird 3D-Druck die Werkzeugbau-Industrie revolutionieren?

Ausgangslage: Werkzeugkosten als entscheidender Faktor

Produktfertigung umfasst weit mehr als Teilebearbeitung und Montage. Ein massiver Kostenblock ist der Werkzeugbau (Tooling) – oft bis zu 50 % der Gesamtproduktkosten. Neue Technologien, allen voran der 3D-Druck (Additive Fertigung), versprechen drastische Zeit- und Kostensenkungen. Doch kann der 3D-Druck konventionelle Werkzeugbauverfahren vollständig ersetzen?

Kunststoff-3D-Druck als Ersatz für Weichwerkzeuge (Soft Tooling)

Weichwerkzeuge – typischerweise Silikonformen für Kleinserien (1–1000 Teile) – sind günstiger als Hartwerkzeuge (Stahlspritzgussformen), aber limitiert in Standzeit. Der 3D-Druck spielt hier bereits eine Schlüsselrolle:

• Mastermodellbau: Komplexe Geometrien werden in einem Schritt additiv gefertigt – Komplexität kostet keine zusätzliche Zeit/Geld.
• Direkter Silikonformdruck: Aktuelle Drucker erreichen noch nicht die nötige Oberflächengüte bei Silikon-ähnlichen Materialien, aber bei weicheren Polymeren bereits sehr glatte Oberflächen. Sobald Materialien und Auflösung ausreichen, entfällt der Mastermodell-Schritt vollständig – ein disruptiver Schritt für die Silikonwerkzeugbranche.

3D-Druck im Hartwerkzeugbau (Hard Tooling)

Hartwerkzeuge (Stahl-Spritzgussformen, Schmiedewerkzeuge, Spannvorrichtungen, Messlehren) werden heute vorwiegend per CNC-Zerspanung aus gehärtetem Stahl gefertigt. Hohe Materialhärte = hohe Bearbeitungskosten und lange Lieferzeiten. Gleichzeitig sind Hartwerkzeuge oft Einzelstücke mit komplexer Geometrie und inneren Strukturen – genau das ideale Einsatzfeld für additive Fertigung.

Warum Metall-3D-Druck im Hartwerkzeugbau noch nicht Standard ist

1. Präzision & Oberflächengüte: Metal-AM (SLM/DMLS) erreicht noch nicht die Maßhaltigkeit und Glätte zerspanter Stahlwerkzeuge. Nachbearbeitung (Schleifen, Polieren) bleibt nötig → höhere Kosten.
2. Ermüdungsverhalten (Fatigue): Die Langzeitfestigkeit gesinterter Metalle ist noch nicht hinreichend erforscht. Ohne verlässliche Wöhlerlinien (S-N-Kurven) ist der Werkzeugeinsatz riskant.
3. Materialverfügbarkeit: Nur begrenzte Legierungen sind für SLM/DMLS prozesssicher verfügbar (z. B. 1.2709, Maraging-Stahl; H13-Werkzeugstahl in Entwicklung).

Die Zukunft des Werkzeugbaus mit Additiver Fertigung

Sobald die oben genannten Hürden überwunden sind, wird sich die Landschaft radikal wandeln:

• Geschwindigkeit: Werkzeuge in Tagen statt Monaten.
• Kosten: Einzelfertigung per 3D-Druck wird günstiger als Chargenfertigung per Zerspanung.
• Materialhärte irrelevant: Lokales Aufschmelzen statt spanendes Bearbeiten – auch härteste Stähle sind prozessierbar.
• Konforme Kühlkanäle: Das „Killer-Feature“: Additive Fertigung ermöglicht frei geformte, nah an der Kavität geführte Kühlkanäle (konforme Kühlung). Gleichmäßige Abkühlung → kürzere Zykluszeiten, weniger Verzug, höhere Teilequalität – ohne Mehrkosten am Werkzeug.

Fazit

Additive Fertigung hat noch einen weiten Weg, um konventionelle, ausgereifte Werkzeugbauverfahren vollständig zu substituieren. Doch sobald Technologie und Werkstoffkenntnis ausgereift sind, werden klassische Methoden ihre Wettbewerbsfähigkeit verlieren. Der Wandel hat begonnen – bei Weichwerkzeugen (Mastermodelle) ist er bereits Realität, bei Hartwerkzeugen steht er bevor.

WayKen begleitet diesen Übergang: Rapid Prototyping, Rapid Tooling (Aluminium/Stahl per CNC, 3D-gedruckte Einleger) und Kleinserienfertigung aus einer Hand.