«Dem 3D-Druck gehört die Zukunft» – Kolibri Metals verschiebt die Werkstoffgrenzen

Der 3D-Druck von hochkohlenstoffhaltigen Schnellarbeitsstählen oder Sonderlegierungen – das ist das Spezialgebiet von Kolibri Metals. Hervorgegangen ist das Unternehmen aus dem Werkzeugbau für Stanz-Umform-Werkzeuge Webo: «Damals haben wir die Additive Fertigung als Lösung mit enormem Potenzial für uns entdeckt – und daraus wurde mehr», erinnert sich Geschäftsführer Axel Wittig.

Schon 2016 beschäftigte sich Webo in Amtzell mit verschiedenen Möglichkeiten, die Standzeiten von Schneidmatrizen und Stempeln zu erhöhen. «Wir haben zunächst versucht, standardmäßig vorhandene Werkzeugstähle mit Zusätzen zu versehen, um sie verschleißfester zu machen. Und dafür war die Additive Fertigung einfach unumgänglich», erklärt Wittig. Also wurde der erste 3D-Drucker mit einer beheizbaren Bauplattform angeschafft. «Die Ergebnisse waren besser, als wir erwartet hatten, und die Ausgründung für diesen Bereich drängte sich geradezu auf», sagt Wittig. So entstand 2018 aus dem 70-Mann-Unternehmen heraus Kolibri Metals. Heute beschäftigt das Unternehmen acht Mit­arbeitende, die sich im Firmenverbund ausschließlich um Additive Fertigung kümmern – vom technischen Betriebswirt über Werkzeugmechaniker bis zu Werkstoff- und Prozessingenieuren. 


Mit Pulvern Materialeigenschaften verbessern

Die Entwicklung von Metallpulvern für die Additive Fertigung im Pulverbettverfahren gehört inzwischen zum Kerngebiet von Kolibri. Die Vorteile des Einsatzes derartiger Werkstoffe liegen Wittig zufolge auf der Hand: «Früher waren die Materialeigenschaften immer durch die Legierungen des klassisch hergestellten, gewalzten Stahls vorgegeben. Wärmebehandlungen und Beschichtungen waren beinahe die einzigen Maßnahmen, um beispielsweise die Standzeiten zu verlängern, und die Ergebnisse entsprechend begrenzt.» Hier setzt Kolibri an: Durch die Beimengung von Zusatzstoffen zu regulär verfügbaren Pulvern können die Eigenschaften der Stähle gezielt beeinflusst werden. Die Partikel lassen sich dabei – anders als im Hochofen – völlig homogen mischen, «Materialien können mit Kolibri neu gedacht» werden, erklärt Axel Wittig stolz.

Die entwickelten Pulver werden zunächst in langwierigen und komplexen Parameterstudien druckbar gemacht und im Metallographie-Labor auf Herz und Nieren geprüft bzw. die geplanten Materialqualitäten verifiziert. Die Kolibri-Prozesstechnik erlaubt rissfreie Bauteile auch in großen Dimensionen mit sehr hoher Dichte – ideal für hochfeste und verschleißträchtige Einsatzgebiete. Erzielte Härten bei ferritischen Stählen von bis zu 68 HRC oder bei Edelstählen über 40 HRC zeichnen die additiv hergestellten Produkte aus. Elemente, die die Spezialisten von Kolibri in die Matrix hinzugeben, sind beispielsweise Industriediamant, Nitride, verschiedenste Karbide oder MoS₂. Ebenso entstehen mit vielen weiteren Komponenten immer wieder neue Kompositionen durch individuelle Kundenanforderungen.


Ein Plus an Produktivität und Nachhaltigkeit

Die von Kolibri hergestellten Materialien sind vielseitig einsetzbar – überall wo kritische Verschleiß- oder Ersatzteile vor Ort nachproduziert werden können, um Produktionsprozesse flexibler und effizienter zu gestalten, wo im Vergleich zu Hartmetall höhere Zähigkeit und gesteigerte Schneidleistungen gefordert sind, wo anwendungsspezifische Gestaltung mit komplexen Geometrien zum Einsatz kommen, wo Einzelkomponenten reduziert werden sollen und wo höchste Anforderungen in puncto Individualisierung, Präzision, Komplexität, Sicherheit und Gewicht gefordert sind. Nicht nur der Werkzeug- und Formenbau oder die Automobilindustrie sind denkbare Branchen für die Anwendung, auch im Bergbau, in der Medizintechnik, in der Luft- und Raumfahrt oder im Pharma- und Food-Sektor bewähren sich Kolibri-Materialien.

Doch der Werkzeug- und Formenbau ist einer der «First Mover» in der Additiven Fertigung. Für die verarbeiteten Pulver gibt es vielfältige Anwendungen in der Branche. «Spritzguss-Formeinsätze werden inzwischen ja standardmäßig mit additiv gefertigten, konturnahen Kühlkanälen versehen und genau hier können wir die Verschleißfestigkeit der Einsätze mit unseren ‹Metal Matrix Composites› deutlich steigern», erklärt Wittig. Aber auch bei Stanz- und Umformwerkzeugen kommen die sogenannten MMC für mehr Schnitthaltigkeit und Standzeit zum Einsatz: «Bei einer Schnittplatte eines Stanzwerkzeugs für Produkte eines führenden Kochgeräte-Herstellers konnten wir die Standzeit um das 12-Fache steigern, von etwa 200 000 auf 2,5 Millionen Hübe», so Wittig. Konkret bedeutet das: weniger Werkzeugwechsel durch verlängerte Laufzeiten und damit eine Steigerung der Produktivität.

Nachhaltig ist das Verfahren außerdem dadurch, dass verschlissene Werkzeuge einfach repariert und erneut eingesetzt werden können. Belastete Teile lassen sich zudem auf einen Grundkörper, der konventionell gefertigt wurde, aufdrucken. Das spart Pulvermaterial und Ressourcen. «Insofern rechnet sich die Investition in ein Werkzeug, das per MMC gedruckt wird, sehr schnell», dessen ist sich Wittig sicher. «Drucken so wenig wie möglich, aber mit dem besten Material» lautet das Credo des Unternehmers.


Eigenes Maschinenequipment für Spezial-Legierungen

Die gewünschten Legierungen tatsächlich additiv zu fertigen war am Anfang nicht einfach: «Eine 3D-Druck-Anlage, die genau unseren Anforderungen entspricht, war auf dem Markt nicht verfügbar», sagt Wittig. Bei Kolibri entschloss man sich deshalb, eigenes Equipment zu entwickeln. «K260HT» heißt das neueste, auf der formnext in Frankfurt vorgestellte Modell, mit dem Kolibri seine anspruchsvollen Werkstoffe verfahrenssicher in Serie verarbeitet. «Der Vorteil ist, dass Kolibri-Kunden mit unseren Maschinen auch im eigenen Unternehmen von den Materialeigenschaften des MMC profitieren können», führt Wittig aus. Dass die Zukunft dem 3D-Druck gehört, davon ist der 55-Jährige jedenfalls überzeugt: «Das Feld ist wirklich weitläufig und da wird sich demnächst garantiert noch eine Menge tun – auch bei der Regelung der elektrischen und thermischen Leitfähigkeit von Materialien oder bei antibakteriellen Eigenschaften … Aber genau diese Herausforderungen sind ja das Spannende!»

Kornelia Schmid, München