Die Henry Fords des Metallpulvers für den 3D-Druck

Text: Thomas Masuch; Fotos: Formetrix, Thomas Masuch — 30.05.2019

Zwei Herzen schlagen in Dr. Harald Lemkes Ingenieursbrust. Seit 27 Jahren lebt der gebürtige Rheinländer in den USA, doch fast im Monatsrhythmus sitzt er seit 5 Jahren im Flugzeug von Boston nach Düsseldorf. Der 50-Jährige ist »zu 50 Prozent Amerikaner und 50 Prozent Deutscher« und kennt die amerikanische Businessmentalität und die deutsche Gründlichkeit ganz genau. Die Vorteile dieser zugleich ähnlichen und verschiedenen Welten versucht er zu nutzen. »Es ist einfach die optimale Kombination zwischen solider Technologieentwicklung in Deutschland und deren schneller Marktumsetzung in den USA.«

Die vielen Tausend Flugmeilen nimmt Lemke nicht nur aus Liebe zum Düsseldorfer Altbier und dem rheinischen Sauerbraten auf sich. Für sein Unternehmen Formetrix, ein junger Anbieter anwendungs - spezifischer Metallpulver für die Additive Fertigung, besucht er regelmäßig Kunden, Dienstleister und Forschungseinrichtungen in der alten Heimat. »Deutschland bietet eine sehr gute technologische Basis in der Breite und einen Zusammenhalt in der Branche, auch dank der effizienten Vernetzung der Verbände. Das ist ziemlich einmalig auf der Welt.« Und so lassen sich hier zum Beispiel industrienahe Entwicklungen durchführen, »bei denen nicht gleich nach dem Return on Invest gefragt wird.«

Dass es das Unternehmen Formetrix, für das Lemke als Chief Commercial Officer tätig ist, überhaupt gibt, liegt aber auch an der amerikanischen Macher-Mentalität. Jahre lang hatten Lemke und zwei Kollegen vom Pulverhersteller Nanosteel in Providence, rund 50 Kilometer südwestlich von Boston, an Metallpulvern für die Additive Fertigung geforscht. »Das Ziel war, Legierungen und harte Produktionsteile direkt im Laser-Pulverbett-Verfahren drucken zu können«, so Lemke.

»Die Amerikaner haben eine Let’s-do-it-Mentalität gegenüber neuen Technologien. Risiken werden als Chancen empfunden.«

Das Ergebnis war das Material »L-40«, und damit das erste Produkt der Ausgründung Formetrix. Auf dem Patent, das Nanosteel gehört und jetzt exklusiv weltweit an Formetrix lizensiert wurde, ist auch Dr. Harald Lemke als einer der Erfinder vermerkt. »L40« stößt in eine Marktlücke, weil man »jetzt härtere und stoßfestere Teile und Produktionswerkzeuge als je zuvor bei Raumtemperatur direkt 3D-drucken kann,« so Dr. Lemke mit amerikanischem Selbstbewusstsein.

Möglich wird das durch die besondere Zusammensetzung der Legierung. »L-40« basiert im Gegensatz zu traditionellen Werkzeugstählen nicht auf einem hohen Kohlenstoffgehalt. »Und ein hoher Kohlenstoffgehalt begünstigt beim Laserdrucken aufgrund der extrem hohen Abkühlrate der Metallschmelze die Rissbildung«, erklärt Lemke. Das werde bei »L-40« vermieden. Mit dem Ansatz »neue Werkstoffe für neue Prozesse« sorgen Lemke und Formetrix dafür, dass zum Beispiel »das ökonomisch unvorteilhafte Vorheizen des Bauraums auf 500° C oder mehr entfallen kann.«

Die Gründung von Formetrix im Sommer 2018 wurde auch durch eine Serie-A-Finanzierung ermöglicht, an der sowohl Finanzinvestoren als auch langfristig orientierte strategische Partner beteiligt sind. Laut Lemke eine gute Mischung, um sich nachhaltig zu entwickeln und gleichzeitig auch an soliden Return zu denken. »Solche Finanzierungen sind eine Stärke des amerikanischen Marktes und ermöglichen eine schnelle Entwicklung junger Unternehmen. « Während man in Deutschland über Eventualitäten nachdenkt und versucht, alles bis ins Detail zu planen, »haben die Amerikaner eine Let’s-do-it-Mentalität gegenüber neuen Technologien. Risiken werden als Chancen empfunden«, so Dr. Lemke. Auch der Zugang zu Risikokapital sei leichter als in Europa: Investoren seien zu Risiken bereit, solange die zu erwartenden Rendite hoch genug sei.

In Mansfield, auf halben Weg zwischen Boston und Providence, ist Lemke mit seinen sieben Kollegen im März 2019 in einen modernen Flachbau in einem von alten Eichen und Buchen umsäumten Industriegebiet gezogen. Hier sind die Mieten recht bezahlbar, gleichzeitig ist Boston mit seinen zahlreichen Universitäten nicht weit. Auf 580 Quadratmetern werden entweder Testteile für Kunden oder Probestücke von neuen Legierungen gedruckt. Dazu verfügt das Unternehmen über mehrere Softwarepakete zur Entwicklung neuer Legierungen, einer »Formup Pulverbett-Fusion- Maschine« von Addup, und über ein metallisches Labor für Qualitäts- und Eigenschaftsprüfungen.

Bereits 1992 kam Lemke mit zwei Koffern in die USA: In Texas startete er in der Erdölindustrie. Mit der industriellen Anwendung Additiver Fertigung beschäftigte er sich, als vielen diese Technologie kaum bekannt war, und druckte 2006 im Dienst des amerikanischen Werkzeugherstellers Kennametal schon Werkzeugteile. »Das war damals zwar noch nicht so erfolgreich wie erhofft, hat mir aber Erkenntnisse gebracht, wie sie nur wenige damals hatten. Ich habe mich besonders früh auf die Non-sexy-Markets fokussiert jenseits der Luftfahrt und Medizin.«

Damit meint Lemke zum Beispiel die Werkzeug-, Maschinenbau-, Druckguss- und Automobilindustrie. Für 3D-gedruckten Werkzeugstahl warten hier große Absatzmengen, in diesen Branchen wird viel enger kalkuliert als in der Luftfahrt oder Medizintechnik. Deshalb geht es vor allem um den Preis.«

»Der Pulverpreis muss runter«

In dem Bereich kennt sich Lemke aus, jahrelang konnte er aus eigener Erfahrung die Besonderheiten dieser Branchen erleben. »Für eine nicht additive typische hochvolumige Pulveranwendung in der Automobilindustrie hatten wir vor Jahren einmal den Pulverpreis von unter 5 US-Dollar pro Kilogramm um 8 Prozent erhöht und dadurch wären die Geschäftsbeziehung fast zerbrochen. Und in der Additiven Fertigung reden wir aktuell über 50 US-Dollar oder mehr pro Kilogramm. Das ist langfristig für Volumenanwendungen in diesen Industrien nicht zu halten.« Dieser Herausforderung stellt sich der Deutsch-Amerikaner: »Der Pulverpreis muss runter – langfristig auf unter 10 US-Dollar/kg, und mit Stahllegierungen kann man das schaffen. Für mich zählt jeder Cent.« Ein Beitrag dazu lieferten auch erste erfolgreiche 3D-Druckversuche mit wasserverdüstem Pulver.

Formetrix will in den Massenmarkt. »Wir sind die Henry Fords des Metallpulvers für den 3D-Druck.« Lemke spürt auch einen immer größeren Bedarf aus der allgemeinen Industrie. »Vor einem Jahr gab es viele Firmen, vor allem aus dem Mittelstand, die Angst hatten, etwas zu verpassen«, so Lemke. »Jetzt kommen immer mehr Konzerne zu uns, für die Additive Fertigung ein zentrales Thema ist und die sich intensiv damit beschäftigen.« Das sei auch wichtig, denn ohne das nötige Know-how »nützt das beste Material nichts«. Gute Resultate ließen sich nur in Verbindung mit maschinenabhängigen Druckparametern erzielen. Deshalb bietet Formetrix nicht nur Pulver an, sondern legt auch einen starken Fokus auf Beratung und Service. »Man darf den Kunden am Anfang nicht allein lassen. Sonst ist bei jedem Fehlschlag das Material schuld.«

Um den Markt zu erschließen, hat Lemke, eine Mischung aus Techniker, Produktentwickler und Unternehmer, in den vergangenen Monaten viel Zeit und Mühe in zahlreiche Referenzprojekte gesteckt. Daraus entstanden erfolgreiche Anwendungen für die Werkzeug-, Öl- und Automobilindustrie. Besonders stolz ist Lemke auf ein Werkzeug für die Schraubenherstellung: die erste 3D-gedruckte Matrize für eine Lock-Schraube. »Ein weiterer großer Erfolg« war ein 3D-gedrucktes und innengekühltes Presswerkzeug, das mit einem Pressdruck von 900 Tonnen schon zigtausende von Teilen produziert hat. Diese dienen als Seitenaufprallschutz für einen in Serie gefertigten US-Truck.

MATERIAL ALS PROBLEMLÖSER

»Das Wort Material bekommt in der Additiven Fertigung eine ganz neue Bedeutung. Viele Probleme lassen sich durch das richtige Material lösen.« Darin sieht Lemke auch eine Chance für die gesamte Branche, denn so ließen sich auch ganz neue Anwendungen erschließen.

Die ersten Referenzen waren so erfolgreich, dass Formetrix bereits im Tonnenmaßstab ausliefert. Die kommerziellen Bestellungen liegen dabei in der Regel zwischen 100 und 500 Kilogramm. Die Menge soll in den nächsten Jahren durch weitere Anwendungen und größere Stückzahlen weiter wachsen. Großes Potenzial sieht Lemke zum Beispiel bei Werkzeugen für den Aluminium-Druckguss und Umformwerkzeugen sowie in der Ölindustrie und dem funktionalen Prototypenbau in der Autoindustrie. »Derzeit arbeiten wir besonders an immer größeren, innengekühlten Formen für den Aluminiumdruckguss «, berichtet Lemke. »Erste Ergebnisse mit »L-40« zeigen eine geringere Rissbildung durch Thermoshocks und dadurch eine längere Haltbarkeit.«

Um noch weitere Anwendungen zu erschließen, arbeitet Lemke eng mit ausgewählten Dienstleistern zusammen. So können Kunden in deren Nähe hochwertige Probeteile erhalten. Für zusätzliche Dynamik sollen auch neue Materialien sorgen, die Formetrix bereits in der Entwicklung hat. Und obwohl sich Formetrix erst einmal auf Pulver für Pulverbett- Maschinen konzentriert, könnten in Zukunft auch Materialien für andere additive Fertigungsverfahren folgen.

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