Fraunhofer ILT使用新型L-40工具鋼為豐田雅力士變速箱3D打印大型模具

導(dǎo)讀：在汽車行業(yè)不斷追求高效與創(chuàng)新的背景下，3D打印技術(shù)正日益成為推動(dòng)產(chǎn)品開發(fā)和生產(chǎn)流程優(yōu)化的核心驅(qū)動(dòng)力。

2025年9月13日，南極熊獲悉，近期由弗勞恩霍夫激光技術(shù)研究所（Fraunhofer ILT）、工具解決方案MacLean-Fogg及豐田汽車公司共同牽頭的合作項(xiàng)目，成功突破了金屬3D打印在大型復(fù)雜壓鑄模具制造中的技術(shù)瓶頸，為汽車行業(yè)帶來了前所未有的制造靈活性和模具性能提升。

破解大幅面3D打印開裂與尺寸難題

這個(gè)近期項(xiàng)目匯聚了多項(xiàng)創(chuàng)新。首先，該工具集成了復(fù)雜的內(nèi)部冷卻通道，這是使用更傳統(tǒng)的制造工藝無法制造的。然而，更值得關(guān)注的是，這種大型工具克服了通常與3D打印工具相關(guān)的常見問題，特別是與規(guī)模和質(zhì)量相關(guān)的問題。此前，一體式工具的規(guī)模受到LPBF平臺(tái)尺寸的限制，傳統(tǒng)平臺(tái)無法可靠地制造大于600 x 600毫米的壓鑄工具或模具鑲件。而質(zhì)量則受到可用材料的影響：正如Fraunhofer ILT指出的那樣，隨著打印規(guī)模的增加，H11、H12 和M300等3D打印兼容工具鋼越來越容易出現(xiàn)開裂和熱變形。

然而，借助弗勞恩霍夫ILT公司基于龍門架的PBF-LB/M解決方案（構(gòu)建尺寸為1000 x 800 x 350毫米）以及MacLean-Fogg公司開發(fā)的L-40工具鋼，這些障礙可以得到解決。弗勞恩霍夫ILT公司LPBF工藝技術(shù)組組長Niklas Prätzsch說道：“為了克服這些限制，我們需要新一代的機(jī)器和材料，專門針對(duì)大幅面高壓直流成型（HPDC）工具的需求。正是這種組合，成為了我們最新實(shí)施變革的核心?！?br />
這款金屬3D打印機(jī)以可移動(dòng)的加工頭和局部保護(hù)氣體引導(dǎo)系統(tǒng)而聞名，該系統(tǒng)使系統(tǒng)能夠線性打印，而不會(huì)影響工藝邊界條件。這項(xiàng)技術(shù)還采用了可加熱基板模塊，可在整個(gè)打印過程中保持一致的溫度梯度，這對(duì)于大體積部件至關(guān)重要。弗勞恩霍夫研究所表示，這款構(gòu)建平臺(tái)目前可達(dá)到200°C的溫度，這可以減少應(yīng)力并最大限度地降低大型部件開裂的風(fēng)險(xiǎn)。

△Fraunhofer ILT采用新型L-40工具鋼3D打印出帶復(fù)雜冷卻的一體化變速箱模具

為豐田增效降本

3D打印機(jī)只是大型模具成功配方中的一個(gè)要素。正如Prätzsch所解釋的那樣：“成功的關(guān)鍵在于MacLean-Fogg的L-40材料，它是根據(jù)PBF-LB/M的要求量身定制的?！?與更傳統(tǒng)的工具鋼相比，這種鋼材的開裂風(fēng)險(xiǎn)更低，并且具有出色的尺寸精度、硬度（48 HRC）、抗拉強(qiáng)度（1420 MPa）和缺口沖擊強(qiáng)度（>60 J）。

此次為豐田變速箱殼體開發(fā)的大體積壓鑄模具（體積>20,000 cm³），首次實(shí)現(xiàn)了結(jié)合自由形狀冷卻結(jié)構(gòu)與高性能3D打印材料的高集成度制造。該成果不僅大幅提升了模具壽命與生產(chǎn)靈活性，也為鋁部件壓鑄、塑料及復(fù)合材料加工等領(lǐng)域的模具制造開辟了全新路徑。

總的來說，對(duì)于像豐田這樣的汽車公司來說，這項(xiàng)新功能可以實(shí)現(xiàn)更加靈活和精簡的生產(chǎn)流程，因?yàn)榇笮湍＞呖梢哉显谝黄穑⒀娱L使用壽命。在本例中，壓鑄模具是為鑄造鋁部件而開發(fā)的，但弗勞恩霍夫的平臺(tái)和創(chuàng)新工具鋼也可以應(yīng)用于塑料加工或復(fù)合材料。