弗劳恩霍夫激光技术研究所与MacLean-Fogg公司通过激光粉末床熔融技术联合制造出复杂压铸模具镶件。专用研发的L-40模具钢首次实现了高负载大尺寸模具的增材制造，从而成功实施随形冷却技术。丰田已在量产中应用的初期小型模具测试表明，增材制造模具的使用寿命显著延长。

汽车行业正经历深刻变革。成本压力与电动化转型迫使制造商重新思考整车架构与生产工艺。当前众多厂商正在减少冲压件数量，致力于打造更少但更复杂的结构部件。特别是铝合金大型部件（如车架或变速箱构件）的制造，对模具提出了更高要求：需具备优异耐热性、支持多型号变体并能快速适配新几何结构。
这一变革带来新挑战：所需铸模不仅要尺寸更大，还需具备更强耐性、更复杂几何形状及更短研发周期。弗劳恩霍夫激光技术研究所联合粉末供应商MacLean-Fogg与终端用户丰田，针对这一需求展开专项研究。最新项目中，团队为丰田雅阁混动版变速箱壳体开发了混合式大尺寸模具。传统预制件与增材结构的组合工艺缩短了生产周期，降低成本，并在集成化模具平台上实现多型号变体生产。
通过采用弗劳恩霍夫研发的龙门式PBF-LB/M设备（具备可扩展成型空间）及MacLean-Fogg专为增材制造开发的模具钢，首次实现了带随形冷却系统的大型压铸模具增材制造——该技术适用于大尺寸高压压铸部件。

大尺寸几何结构曾导致PBF-LB/M制造部件存在残余应力与临界缺陷

随着大型铸造工艺日益普及，高压压铸模具要求不断提升。模具必须在高强度生产中持续保持精确质量，并承受极端机械与热负荷。为确保模具镶件使用寿命，需要采用传统工艺无法实现的复杂内部冷却结构。
据弗劳恩霍夫研究显示，两大关键问题长期制约大型压铸模具的增材制造：其一，传统PBF-LB/M设备成型空间不足，无法一体成型600×600 mm²及以上尺寸的模芯；其二，现行模具钢（如H11、H13或M300）在该尺寸范围（＞20,000 cm³）无法稳定加工，即使优化参数仍存在开裂、热变形及机械性能不足的风险。
这些问题在激光增材制造及后续热处理过程中均会出现。制造过程中的温度梯度越大，风险越高——这一效应在大尺寸工件上尤为显著。
“突破这些限制需要针对大型高压压铸模具需求的新一代设备与材料，”弗劳恩霍夫LPBF工艺技术组长Niklas Prätzsch解释道，“这正是我们最新技术突破的核心所在。”
新材料与设备技术首次实现了带自由形态冷却结构的大尺寸模具制造，不仅能精准控制铸造过程中的局部峰值温度，还可提升变体数量并延长使用寿命。这意味着单一模具平台可制造不同部件，无需重复制作新模具。

可扩展LPBF技术实现无裂纹大型部件制造

弗劳恩霍夫开发的龙门式五激光PBF-LB/M设备（当前成型尺寸1000×800×350 mm³）为此进行专项升级。与传统设备不同，该系统配备移动加工头与局部保护气导向装置，可在相同工艺边界条件下沿设备轴线线性扩展成型空间。未来可制造体积超20,000 cm³（外包尺寸515×485×206 mm³）的更大规格模具镶件。
为减小大尺寸模具的关键温度梯度，团队同步开发了可加热基板模块。基板平台现可达200°C，确保每层新材料不会冷却至室温，而是维持在预设热平衡平台。该技术有效降低热应力与制造过程中的开裂风险。大成型空间、高工艺稳定性与主动预热技术的结合，使该系统成为全球首批适用于近净形压铸模具经济生产的LPBF设备，甚至可满足超大型铸造需求。
“成功关键在于MacLean-Fogg专为PBF-LB/M研发的L-40材料，”Prätzsch强调。该钢材在制造及热处理过程中开裂倾向显著低于传统模具钢，即使在原始制造状态下也能实现高尺寸精度，并具备优异硬度（48 HRC）、抗拉强度（1420 MPa）与缺口冲击强度（＞60 J）。全面测试成功验证了参数向新设备架构的转移性能，以及在复杂几何结构（如圆形或悬垂冷却通道）中的表现。
总体而言，可扩展PBF-LB/M设备与专用材料的结合，首次实现了带随形冷却的大型压铸模具的经济化、可重复制造。初步应用显示，此类模具寿命较传统模具显著延长。

系列化模具的混合制造方案

项目中合作方为丰田变速箱壳体制造的增材模具镶件已投入实用。该压铸模芯包含复杂的近轮廓冷却通道网络——这本身就是传统机加工无法实现的增材制造核心优势。项目团队采用混合工艺，在预置垂直冷却通道的特制预制件上进行增材制造。双组分的精确定位与可靠连接对设备校准、精度与过程控制提出极高要求。此类混合结构有望进一步缩短制造周期与成本，因为成本较高的PBF-LB/M工艺仅应用于传统工艺无法实现的区域。##研究人员设计的复杂冷却系统可有效调节压铸过程中模具关键区域的温度，降低热负荷，显著延长模具寿命。在先期项目中，同类增材模具寿命已达传统H13模具的四倍。
高压压铸模芯完成增材制造后，经过应力退火处理，功能表面采用传统铣削加工。增材基体的高尺寸精度仅需精加工即可达到要求，无需额外补料。

开辟汽车行业高效耐用铸造模具新路径

采用增材技术制造大型铸造模具，有效应对了当前汽车生产（特别是电动化转型背景下的）多项关键挑战。决定性优势在于通过3D打印首次实现自由设计的随形冷却，冷却通道可完美适配模具高热负荷区域，降低局部峰值温度，减少热机械磨损，显著延长模具寿命。
同时，增材制造能大幅缩短生产周期。取代耗时的多部件机加工与组装工序，一体化端到端增材结构可实质性压缩交付时间。对主机厂而言，这意味着更短的开发周期与更快的新车平台上市速度。
混合技术制造大尺寸模具的能力创造了额外灵活性。带定义接口的部件可高效附加功能优化，无需整体重新制造，既降低材料消耗又减少单套模具成本。
“通过L-40材料，我们致力于突破热冷成型模具（特别是压铸模具）增材制造的局限。本项目证实了大型复杂高耐久镶件的技术可行性，并明确了实现经济性的关键里程碑。增材制造已具备应对真实工业级挑战的能力。对主机厂而言，这是颠覆性突破：更短交付周期、更长模具寿命及更灵活的模具设计，”MacLean-Fogg组件解决方案产品总监Harald Lemke表示。
对于丰田这类追求柔性制造、致力于减少零件数量并增加结构复杂度的车企，该技术为模具战略开辟新可能：降低模具制作投入、延长运行周期、实现单模具多型号生产。
该成果充分证明，由大尺寸LPBF系统、创新材料与混合制造构成的工艺链，能满足真实工业应用需求（包括超大型铸造领域）。##这项技术的潜力远超个案应用：该工艺链不仅适用于大型铝合金高压压铸模具镶件，还可应用于塑料加工及复合材料领域。在任何需要复杂冷却、小批量生产的高负荷模具场景中，增材制造都能展现显著优势。
消息来源：德国弗劳恩霍夫激光技术研究所

本资讯是由“中欧世界展会网”工作人员翻译整理，我们一家汇集全球展会时间地点资讯的服务平台，为客户提供：展位预定，参观服务，设计搭建等服务，欢迎您的来电：400-837-8606 （24小时）接听！