Durchbruch bei 3D-gedrucktem Werkzeugstahl: Härte trifft Wärmeleitung

Ein Forschungsteam der Universität Paderborn und des Massachusetts Institute of Technology (MIT) hat einen neuartigen Werkzeugstahl für den 3D-Druck entwickelt, der ein zentrales Problem der additiven Fertigung adressiert: die bislang fehlende Kombination aus hoher Härte und guter Wärmeleitfähigkeit.

Gerade im Werkzeugbau spielt diese Eigenschaft eine entscheidende Rolle. Kunststoffbauteile werden in präzise gefertigten Stahlformen hergestellt, in denen das Material innerhalb kürzester Zeit abkühlt. Die Effizienz dieses Prozesses hängt maßgeblich von der Wärmeableitung im Werkzeug ab.

Schlüsselrolle für additive Fertigung im Werkzeugbau

Die additive Fertigung eröffnet hier neue Möglichkeiten. Durch konturnahe Kühlkanäle lassen sich Werkzeuge gezielt optimieren, sodass Kunststoffe schneller und gleichmäßiger abkühlen. Das reduziert Zykluszeiten, verbessert die Bauteilqualität und verlängert die Lebensdauer der Werkzeuge.

Bislang war der Einsatz additiv gefertigter Werkzeugstähle jedoch eingeschränkt: Verfügbare Legierungen boten entweder die notwendige Härte oder eine ausreichende Wärmeleitfähigkeit – jedoch nicht beides gleichzeitig.

Neues Stahlkonzept schließt Materiallücke

Genau an dieser Stelle setzt das neue Stahlkonzept an. Unter der Leitung von Dr. Florian Hengsbach wurde ein Werkstoff entwickelt, der beide Eigenschaften vereint und sich gleichzeitig für das gängige Laser-Pulverbettverfahren (LPBF) eignet.

Die Stähle wurden als Pulver hergestellt, erfolgreich 3D-gedruckt und bis auf atomarer Ebene analysiert. Damit steht erstmals ein Werkstoff zur Verfügung, der die Anforderungen des Werkzeugbaus mit den Möglichkeiten der additiven Fertigung verbindet.

Von der Forschung in die industrielle Anwendung

Im Zuge einer Ausgründung wurde das entwickelte Stahlkonzept in die industrielle Nutzung überführt. Ziel ist es, additiv gefertigte Werkzeuge ohne Leistungseinbußen gegenüber konventionellen Lösungen zu ermöglichen.

„Bislang mussten bei 3D-gedruckten Werkzeugen immer Kompromisse eingegangen werden. Mit dem neuen Werkstoff entfällt dieser Zielkonflikt“, so die Entwickler.

Potenzial für effizientere Produktion

Der neue Werkzeugstahl könnte die additive Fertigung im Werkzeugbau deutlich voranbringen. Insbesondere bei komplexen Geometrien und hohen Anforderungen an Zykluszeiten bietet die Kombination aus Härte und Wärmeleitfähigkeit neue Möglichkeiten.

Damit wird ein weiterer Schritt in Richtung industrieller Serienanwendungen additiver Verfahren möglich – mit direkten Effekten auf Effizienz, Qualität und Ressourceneinsatz in der Produktion.

Quelle: Wirtschaft Regional / Foto: Addition GmbH