Die Anwendung der 3D-Drucktechnologie im Formenbau

Veröffentlichungsdatum: 10.04.2026

Die 3D-Drucktechnologie entstand Mitte der 1990er-Jahre. Sie nutzt ein computergeneriertes 3D-Designmodell als Vorlage, zerlegt dieses mithilfe von Software in einzelne Schichten und baut physische Objekte Schicht für Schicht auf. Spezielle Materialien – wie Keramikpulver, Metallpulver, Kunststoffe oder sogar biologisches Gewebe – werden gezielt mit Laserstrahlen, beheizten Düsen oder anderen Energiequellen verschmolzen oder verbunden. Das grundlegende Funktionsprinzip ähnelt dem eines herkömmlichen Druckers: Anstelle von Tinte und Papier besteht das „Druckmaterial“ aus verarbeiteten Pulvern oder Flüssigkeiten wie Keramik, Metallen oder Polymeren.

Im Formenbau ermöglicht der 3D-Druck die Fertigung von Formteilen mit komplexen Innenstrukturen – insbesondere konturnahen Kühlkanälen –, die mit konventionellen Fertigungsmethoden nur schwer oder gar nicht realisierbar sind. Die Integration konturnaher Kühlsysteme steigert die Kühlleistung deutlich, fördert eine gleichmäßige Temperaturverteilung und verbessert dadurch sowohl die Produktqualität als auch den Produktionsdurchsatz.

Anwendung des 3D-Drucks im Formenbau

Das Produktdesign entwickelt sich stetig weiter, parallel zu technologischen, kulturellen und ästhetischen Fortschritten. Dank des 3D-Drucks sind Designer nicht länger an die Grenzen traditioneller Fertigungsmethoden gebunden. Diese Freiheit ermöglicht es ihnen, sich stärker auf die kreative Formfindung und funktionale Innovationen zu konzentrieren.

Moderne Produktentwicklung setzt zunehmend auf simultanes (paralleles) Engineering. Durch die frühzeitige Integration von Aspekten des gesamten Produktlebenszyklus in die Designphase lassen sich potenzielle Probleme aus nachgelagerten Phasen – wie Fertigung, Montage oder Wartung – frühzeitig erkennen und beheben. Dieser Ansatz minimiert Designiterationen und verkürzt die gesamte Entwicklungszeit.

In diesem Paradigma des simultanen Designs arbeiten verschiedene Phasen und Teams gleichzeitig und kollaborativ. Der 3D-Druck spielt dabei eine zentrale Rolle: Er ermöglicht es Designteams, konzeptionelle Modelle bereits in der frühen Entwurfsphase schnell in präzise physische Prototypen umzuwandeln und so eine effektive Kommunikation und Evaluierung zu erleichtern.

Anders als herkömmliche Arbeitsabläufe, die sich ausschließlich auf abstrakte Skizzen oder 2D-Zeichnungen zur Visualisierung stützen – was oft die Kommunikation im Team erschwert –, ermöglicht der 3D-Druck allen Beteiligten, einschließlich der Endnutzer, funktionale Prototypen direkt zu sehen und anzufassen. Diese greifbare Interaktion erlaubt einen direkten Vergleich struktureller, ästhetischer und funktionaler Unterschiede zwischen Designalternativen und hilft so, Fehler schnell zu erkennen und das Konzept in iterativen Zyklen zu verfeinern, bis das finale Design optimiert ist.

Anwendung des 3D-Drucks im Formenbau

Heute nutzen viele Hersteller branchenübergreifend den 3D-Druck, wobei Formenbauer zu den aktivsten Anwendern zählen. Traditionell wird der 3D-Druck häufig zur Herstellung von Prototypen eingesetzt, um Struktur, Aussehen und Funktionalität eines Produkts zu überprüfen, bevor die Serienfertigung von Formen beginnt.

In den letzten Jahren haben sich die Technologien des 3D-Metalldrucks kontinuierlich weiterentwickelt und sind ausgereifter geworden. Daher erforschen immer mehr Formenbauunternehmen den direkten Einsatz des 3D-Drucks im Formenbau selbst. Dank seiner einzigartigen Vorteile trägt diese Technologie dazu bei, die Vorlaufzeiten für Formen deutlich zu verkürzen und die Produktionskosten zu senken.

Der 3D-Metalldruck wird hauptsächlich zur Herstellung von Formeinsätzen eingesetzt – insbesondere von Kernen, Kavitäten und komplexen Schiebern mit integrierten Kühlkanälen. Im Vergleich zur konventionellen Bearbeitung bietet der direkte 3D-Druck dieser Bauteile eine deutlich höhere Effizienz und Flexibilität, unabhängig von internen Geometrien oder externer Komplexität.

Traditionell werden Kühlkanäle durch das Bohren gerader zylindrischer Löcher erzeugt, die um strukturelle Merkmale und bereits montierte Bauteile herumgeführt werden müssen – was die Gestaltungsfreiheit stark einschränkt. Im Gegensatz dazu ermöglicht der 3D-Druck die Herstellung von konturierte Kühlkanäle Sie folgen präzise der Kontur der Formoberfläche. Dies führt nicht nur zu gleichmäßigeren Formtemperaturen, sondern ermöglicht auch eine schnellere und effizientere Kühlung. Dadurch werden Entformungsgeschwindigkeit und Zykluszeiten verkürzt, ohne dass Eigenspannungen, Verzug oder andere Defekte entstehen, die häufig mit überhasteter Kühlung einhergehen – die Kühlleistung ist herkömmlichen Methoden deutlich überlegen.

Bei herkömmlichen Konstruktionen müssen Kühlkanäle Einsätze und Strukturelemente umgehen, was eine optimale Positionierung verhindert. Wie die obige Abbildung zeigt, kann der Kühlkanal in einem Kerneinsatz beispielsweise dessen komplexer Form nicht gleichmäßig folgen, was zu ungleichmäßiger Kühlung und einem hohen Risiko der Bauteilverformung führt.

Diese Einschränkung ergibt sich direkt aus den herkömmlichen Fertigungsverfahren, die ausschließlich auf Bohren oder die Montage von Einsätzen setzen – Methoden, die von Natur aus nicht in der Lage sind, gekrümmte oder topologieoptimierte Kanäle herzustellen.

Mit dem Fortschritt und der zunehmenden Verbreitung des 3D-Metalldrucks im Formenbau steht Konstrukteuren nun eine innovative Plattform zur Verfügung, um passgenaue Kühlsysteme zu entwickeln. Befreit von den Einschränkungen herkömmlicher Prozesse können sie Kühlkanäle gezielt integrieren, die der Geometrie der Formeinsätze gleichmäßig folgen und so eine schnelle und homogene Kühlung ermöglichen.

Vorteile von 3D-konformen Kühlsystemen gegenüber herkömmlichen Systemen:

1. Verkürzte KühlzeitVerkürzt die Zykluszeiten beim Spritzgießen oder Druckgießen um 30–70 % und steigert so die Produktionseffizienz, den Ausstoß und die Ausbeutequalität deutlich.
2. Verbesserte Teilequalität: Verhindert Verformungen, Risse, Grate, Porosität und andere Defekte, die durch ungleichmäßige Abkühlung oder Restspannungen verursacht werden, und verbessert so die Konsistenz und Zuverlässigkeit des Endprodukts.
3. Längere Lebensdauer der Schimmelpilze & niedrigere KostenEine gleichmäßigere Wärmeableitung verringert die thermische Ermüdung, verlängert die Lebensdauer der Form und senkt die Produktionskosten pro Einheit.

Insgesamt hinkt die Verbreitung von 3D-gedruckten Formen in China zwar noch internationalen Standards hinterher, doch der transformative Einfluss dieser Technologie auf die Formenherstellung ist unbestreitbar. Die Integration des 3D-Drucks in die Formenkonstruktion und -produktion ist ein klarer Branchentrend. Aktuell forschen nur wenige chinesische Unternehmen aktiv an dieser Anwendung – doch mit zunehmender Industrialisierung und Kommerzialisierung des 3D-Drucks stellt die Formenherstellung ein äußerst vielversprechendes Feld dar, insbesondere für die zahlreichen kleinen und mittelständischen Formenbauunternehmen.

Fallstudie zur Formeinsatzstudie

• VerfahrenSLM (Selektives Laserschmelzen)
• MaterialWerkzeugstahl (18Ni300)
• Schichtdicke: 0,035 mm
• Ausrüstung: Forgecise iSLM280 Metall-3D-Drucker
• Bauzeit2 Stunden 15 Minuten
• NachbearbeitungFräsen
• AnwendungFormenbau

Aus einer breiteren Perspektive betrachtet, während die Luft- und Raumfahrt- sowie die Verteidigungsbranche hohe technische Spezifikationen fordern und medizinische Anwendungen mit strengen regulatorischen Hürden und begrenzten Anpassungsmöglichkeiten konfrontiert sind, ist die Formenindustrie – unterstützt durch ein dichtes Ökosystem spezialisierter Unternehmen und Industriecluster – außergewöhnlich gut für die breite Einführung und Skalierung der 3D-Drucktechnologie aufgestellt.

Um Forgecise

Forgecise ist ein Innovator im Bereich der additiven Fertigungstechnologie und hat sich der Bereitstellung von Hochleistungsmaterialien, Anlagen und Prozesslösungen für den 3D-Metalldruck für die Formenherstellung, die Energiewirtschaft und andere Industriezweige verschrieben.