Tiefziehwerkzeuge aus dem 3D Drucker: Praxisbericht

Stand: April 2026 · Lesezeit ca. 5 Minuten

Was ist Thermoformen?

Beim Thermoformen werden thermoplastische Kunststofffolien oder -platten unter Wärme umgeformt. Druckluft und Vakuum pressen das erweichte Material in oder über ein Formwerkzeug — das sogenannte Tiefziehwerkzeug. Nach dem Abkühlen behält das Teil die Geometrie der Form.

Das Verfahren ist eine wirtschaftliche Alternative zum Spritzguss, besonders bei kleinen und mittleren Stückzahlen. Typische Thermoformteile finden sich im Maschinenbau (Verkleidungen, Abdeckungen), in der Baumaschinenindustrie (Kotflügel, Innenverkleidungen) und im Konsumgüterbereich (Kühlgeräte-Innenbehälter, Verpackungen).

Der Engpass liegt beim Werkzeug: Konventionelle Tiefziehformen aus CNC-gefrästem Aluminium kosten je nach Größe und Komplexität 2.000 bis 20.000 € und haben Lieferzeiten von mehreren Wochen. Für Prototypen, Musterbau und Kleinserien ist das ein erheblicher Kostenblock.

Anwendungsfall: 3D-gedruckte Tiefziehformen

Das Unternehmen 3D-Printingsolutions (Sven Doll) bündelt Expertise aus Mechatronik, Maschinenbau, Polymerwissenschaft und Thermoformung. Im Rahmen eines Kundenprojekts stellte sich die Frage: Lässt sich ein funktionsfähiges Tiefziehwerkzeug per FFF 3D Druck herstellen — statt es konventionell fräsen zu lassen?

Eingesetzt wurden zwei Meltingplot Drucker: der MBL 136 (136 Liter Bauraum) und der MBL 480 (480 Liter Bauraum), beide Vorgängermodelle des heutigen CHX 350. Gedruckt wurde das Tiefziehwerkzeug für einen vierfachen Tray — eine Schale, die vier Bauteile in eigenen Formnestern aufnimmt und in einem Thermoformzyklus entsteht.

Das Werkzeug ist ein Tiefziehwerkzeug mit Oberstempel: Der Oberstempel streckt die erwärmte Folie vor und formt sie unter Vakuum zur fertigen Tray-Geometrie aus. Über ihn werden Wandstärkenverteilung und Konturschärfe gesteuert — entscheidend, damit die Formnester die Bauteile später passgenau aufnehmen.

Das Ergebnis

Das 3D-gedruckte Tiefziehwerkzeug wurde erfolgreich umgesetzt. Der Oberstempel bildet die vier Formstationen mit sauberer Konturführung ab. Die eingeprägte MUSTER-Kennzeichnung weist das Werkzeug als Validierungswerkzeug für den Musterbau aus.

Der Funktionsnachweis wurde erbracht: Mit dem Werkzeug entstand ein tiefgezogener Tray, dessen Formnester die orangefarbenen Bauteile passgenau aufnehmen. Das Werkzeug hielt den Thermoform-Prozessparametern (Temperatur, Vakuum, Stempeldruck) stand und lieferte einen maßhaltigen Tray.

Damit ist belegt, dass FFF-gedruckte Formen für industrielle Thermoform-Prozesse geeignet sind — ein Verfahren, das bisher fast ausschließlich auf CNC-gefrästen Metallwerkzeugen basierte.

Vorteile gegenüber konventionellen Tiefziehformen

• Kostenreduktion: Kein CNC-Fräsen, kein externer Werkzeugbau. Die Werkzeugkosten reduzieren sich auf etwa 20 % der Kosten einer vergleichbaren CNC-gefrästen Aluminiumform
• Durchlaufzeit: Vom CAD-Modell zur fertigen Form in Tagen bis wenigen Wochen — statt Wochen oder Monaten beim konventionellen Werkzeugbau
• Designfreiheit: Komplexe Kavitätengeometrien, Hinterschnitte und integrierte Vakuumkanäle sind ohne Mehrkosten realisierbar
• Iterationsfähigkeit: Konstruktionsänderung? Neuer Druck. Keine Umrüstkosten, kein erneuter Fräsauftrag
• Musterbau: Ideal für Validierungswerkzeuge, Erstmuster und Kleinserien — genau dort, wo konventionelle Werkzeuge unwirtschaftlich sind

Eine ausführliche Kostenrechnung für 3D-gedruckte Werkzeuge finden Sie in unserem Artikel Werkzeugkosten senken mit 3D Druck.

Material und Prozessanforderungen

Tiefziehwerkzeuge müssen den thermischen und mechanischen Belastungen des Thermoform-Prozesses standhalten. Die Anforderungen hängen vom zu formenden Material ab:

• Temperaturbeständigkeit: Je nach Folienmaterial wird die Folie auf 120 bis 200 °C erwärmt. Das Werkzeug nimmt bei jedem Zyklus Wärme aus der Folie auf und darf sich dabei nicht verformen. Maßgeblich ist die Temperatur, die das Werkzeug im laufenden Betrieb erreicht: Sie muss unter der Dauergebrauchstemperatur des Werkzeugwerkstoffs bleiben
• Formstabilität: Unter Vakuum und Druckluft darf sich das Werkzeug nicht verziehen oder aufweiten
• Oberflächengüte: Die Werkzeugoberfläche bildet sich auf dem Thermoformteil ab. Je glatter die Oberfläche, desto höher die Teilequalität

Geeignete Filamente für Thermoformwerkzeuge sind temperaturbeständige, faserverstärkte Materialien wie PA6 CF HT (Dauergebrauch 150 °C, kurzzeitig 180 °C für insgesamt höchstens 200 Stunden, Wärmeformbeständigkeit 200 °C nach dem Tempern, Zugfestigkeit 170 MPa) oder PPS CF (Wärmeformbeständigkeit bis 260 °C nach dem Tempern). Für niedrigere Thermoform-Temperaturen kann auch ABS oder PETG ausreichen. Detaillierte Materialdaten finden Sie unter Hitzebeständige Kunststoffteile 3D drucken.

Maßgeblich ist dabei die Dauergebrauchstemperatur, nicht die Wärmeformbeständigkeit (HDT). Die HDT beschreibt, wann sich ein Prüfkörper unter Last in einer kurzen Prüfung verformt; der Dauergebrauchswert beschreibt, welche Temperatur das Material über tausende Stunden ohne Festigkeitsverlust erträgt. Für PA6 CF HT heißt das: 200 °C HDT nach dem Tempern, aber 150 °C im Dauergebrauch. Ein Werkzeug, das im Zyklus 180 °C erreicht, ist damit kein Dauerläufer, sondern auf höchstens 200 Betriebsstunden begrenzt.

Anforderungen an Drucker und Druckparameter

Welcher 3D Drucker für Tiefziehwerkzeuge taugt, entscheidet sich an vier Punkten: Bauraum, Bauraumtemperatur, Wandaufbau und Entlüftung.

• Bauraum: Das Werkzeug muss in einem Stück passen, inklusive Spannrand. Tiefziehwerkzeuge sind flächig, also zählt die Grundfläche: Der CHX 350 bietet 880 × 422 mm Platte und 943 mm Höhe, ein Tischgerät mit 250 mm Kantenlänge kommt für Mehrfachwerkzeuge nicht in Frage
• Bauraumtemperatur: Faserverstärkte Polyamide und PPS CF brauchen einen geschlossenen, beheizten Bauraum, sonst verziehen sich flächige Werkzeuge beim Abkühlen und die Formnester stimmen nicht mehr. Beim CHX 350 ist die Kammer geschlossen und passiv über die 110 °C-Platte beheizt, optional aktiv bis 80 °C
• Wandstärke und Füllgrad: Unter Vakuum wirkt auf die gesamte Werkzeugfläche der Luftdruck, auf ein Werkzeug von 300 × 400 mm rund 12 kN. Aus der Praxis: 6–10 mm Wandstärke und 40–60 % Füllgrad, damit die Form nicht nachgibt und die Formnester maßhaltig bleiben. Ein Standardprofil mit 1,2 mm Wand und 15 % Füllung kollabiert
• Entlüftung: Die Luft zwischen Folie und Werkzeug muss abgesaugt werden, sonst bildet sich die Kontur nicht aus. Zwei Wege haben sich bewährt: eine durchlässige Deckschicht, bei der der Materialfluss der obersten Schichten auf 80 % reduziert wird, so dass Mikroporen entstehen, die Luft durchlassen, aber kein sichtbares Bohrbild auf dem Formteil hinterlassen; oder Handbohrungen mit 0,8 mm an den tiefsten Stellen der Formnester, dort, wo die Folie zuletzt anliegt
• Oberfläche: Die Schichtstruktur zeichnet sich auf dem Formteil ab. Für technische Trays und Verpackungen ist das unkritisch, Sichtflächen erfordern Schleifen oder Füllen der Werkzeugoberfläche
• Düse: Dicke Wände und hoher Füllgrad bedeuten viel Material. Düsen von 0,8 bis 1,2 mm verkürzen die Druckzeit um ein Mehrfaches gegenüber 0,4 mm; die Oberfläche der Formnester leidet darunter weniger, als man erwartet, weil sie ohnehin nachgearbeitet oder durch die Folie geglättet wird

Vom MBL zum CHX 350: Noch mehr Möglichkeiten

Die beschriebene Anwendung wurde mit Druckern der MBL-Serie realisiert. Seit 2024 bietet Meltingplot mit dem CHX 350 ein Nachfolgemodell, das für anspruchsvolle Industriematerialien optimiert ist:

• Geschlossener Bauraum mit aktiver Beheizung (bis 80 °C): Reduziert Warping und Eigenspannungen bei technischen Kunststoffen — entscheidend für maßhaltige Werkzeuge
• 400 °C Hotend: Ermöglicht den Druck von Hochleistungspolymeren wie PPS CF und PEKK (255 °C im Dauergebrauch)
• Automatische Filamentkalibrierung: Kompensiert Chargenschwankungen im Filament automatisch — reproduzierbare Ergebnisse ohne manuelle Einstellung
• 880 × 422 × 943 mm Bauraum: Große Thermoformwerkzeuge in einem Stück drucken, ohne Teilen und Kleben

Was bereits mit der MBL-Serie funktioniert hat, lässt sich mit dem CHX 350 auf höhere Temperaturbereiche, größere Werkzeugabmessungen und anspruchsvollere Materialien skalieren.

Fazit

3D-gedruckte Tiefziehwerkzeuge sind keine Theorie — dieser Praxisbericht belegt, dass FFF-gedruckte Formen im industriellen Thermoform-Prozess funktionieren. Der Ansatz eignet sich besonders für den Musterbau, Prototypenwerkzeuge und Kleinserien, wo konventionelle CNC-Werkzeuge zu teuer und zu langsam sind. Die Kombination aus niedrigen Werkzeugkosten, kurzer Durchlaufzeit und hoher Iterationsfähigkeit macht den 3D Druck von Thermoformwerkzeugen zu einer wirtschaftlich sinnvollen Alternative. Dasselbe Prinzip trägt im Faserverbundbau: Laminierformen für GFK und CFK lassen sich ebenfalls direkt drucken, ohne Urmodell.