Fraunhofer ILT使用新型L-40工具钢为丰田雅力士变速箱3D打印大型模具

导读：在汽车行业不断追求高效与创新的背景下，3D打印技术正日益成为推动产品开发和生产流程优化的核心驱动力。

2025年9月13日，南极熊获悉，近期由弗劳恩霍夫激光技术研究所（Fraunhofer ILT）、工具解决方案MacLean-Fogg及丰田汽车公司共同牵头的合作项目，成功突破了金属3D打印在大型复杂压铸模具制造中的技术瓶颈，为汽车行业带来了前所未有的制造灵活性和模具性能提升。

破解大幅面3D打印开裂与尺寸难题

这个近期项目汇聚了多项创新。首先，该工具集成了复杂的内部冷却通道，这是使用更传统的制造工艺无法制造的。然而，更值得关注的是，这种大型工具克服了通常与3D打印工具相关的常见问题，特别是与规模和质量相关的问题。此前，一体式工具的规模受到LPBF平台尺寸的限制，传统平台无法可靠地制造大于600 x 600毫米的压铸工具或模具镶件。而质量则受到可用材料的影响：正如Fraunhofer ILT指出的那样，随着打印规模的增加，H11、H12 和M300等3D打印兼容工具钢越来越容易出现开裂和热变形。

然而，借助弗劳恩霍夫ILT公司基于龙门架的PBF-LB/M解决方案（构建尺寸为1000 x 800 x 350毫米）以及MacLean-Fogg公司开发的L-40工具钢，这些障碍可以得到解决。弗劳恩霍夫ILT公司LPBF工艺技术组组长Niklas Prätzsch说道：“为了克服这些限制，我们需要新一代的机器和材料，专门针对大幅面高压直流成型（HPDC）工具的需求。正是这种组合，成为了我们最新实施变革的核心。”

这款金属3D打印机以可移动的加工头和局部保护气体引导系统而闻名，该系统使系统能够线性打印，而不会影响工艺边界条件。这项技术还采用了可加热基板模块，可在整个打印过程中保持一致的温度梯度，这对于大体积部件至关重要。弗劳恩霍夫研究所表示，这款构建平台目前可达到200°C的温度，这可以减少应力并最大限度地降低大型部件开裂的风险。

△Fraunhofer ILT采用新型L-40工具钢3D打印出带复杂冷却的一体化变速箱模具

为丰田增效降本

3D打印机只是大型模具成功配方中的一个要素。正如Prätzsch所解释的那样：“成功的关键在于MacLean-Fogg的L-40材料，它是根据PBF-LB/M的要求量身定制的。” 与更传统的工具钢相比，这种钢材的开裂风险更低，并且具有出色的尺寸精度、硬度（48 HRC）、抗拉强度（1420 MPa）和缺口冲击强度（>60 J）。

此次为丰田变速箱壳体开发的大体积压铸模具（体积>20,000 cm³），首次实现了结合自由形状冷却结构与高性能3D打印材料的高集成度制造。该成果不仅大幅提升了模具寿命与生产灵活性，也为铝部件压铸、塑料及复合材料加工等领域的模具制造开辟了全新路径。

总的来说，对于像丰田这样的汽车公司来说，这项新功能可以实现更加灵活和精简的生产流程，因为大型模具可以整合在一起，并延长使用寿命。在本例中，压铸模具是为铸造铝部件而开发的，但弗劳恩霍夫的平台和创新工具钢也可以应用于塑料加工或复合材料。