Fraunhofer ILT und MacLean-Fogg
Neuer Werkzeugstahl ermöglicht XXL-Druckgusswerkzeuge im 3D-Druck
Das Fraunhofer-Institut für Lasertechnik ILT und MacLean-Fogg haben gemeinsam mit Toyota ein großvolumiges Druckguss-Werkzeuginlay additiv gefertigt und erfolgreich erprobt.
Mit dem eigens entwickelten Werkzeugstahl L-40 und einer großformatigen PBF-LB/M-Anlage (Laser Powder Bed Fusion, Metal) gelang erstmals die Herstellung belastbarer Druckgusswerkzeuge mit komplexen, konturnahen Kühlstrukturen.
Das Ergebnis: Werkzeuge, die nicht nur thermisch hoch belastbar sind, sondern auch eine deutlich verlängerte Standzeit aufweisen und sich flexibel an neue Geometrien anpassen lassen. Erste kleinere Inlays aus L-40 sind bei Toyota bereits in der Serie im Einsatz und zeigen eine bis zu viermal längere Lebensdauer gegenüber konventionellen H13-Werkzeugen.
Meilenstein für den Aluminium-Druckguss
Die Fertigung von großformatigen Gussformen galt bislang als Achillesferse der additiven Fertigung: Bauvolumen und Materialeigenschaften klassischer PBF-LB/M-Systeme setzten enge Grenzen. Mit der neu entwickelten Gantry-basierten 5-Laser-Anlage des Fraunhofer ILT konnte nun ein hybrider Werkzeugeinsatz mit über **20.000 cm³ Volumen** prozesssicher aufgebaut werden. Ein beheizbares Substratmodul mit bis zu 200 °C Grundtemperatur reduziert Spannungen und verhindert Rissbildung – zentrale Voraussetzungen für die industrielle Anwendung.
Der von MacLean-Fogg entwickelte Werkzeugstahl L-40 bringt die nötige Materialbasis mit: hohe Härte (48 HRC), Zugfestigkeit (1420 MPa) und ausgezeichnete Zähigkeit bei gleichzeitig geringer Rissneigung. In Kombination mit dem skalierbaren Maschinenkonzept lassen sich selbst komplexe, überhängende Kühlkanäle reproduzierbar umsetzen.
Hybride Fertigung senkt Kosten und Durchlaufzeiten
Im Projekt entstand ein Werkzeugeinsatz für das Getriebegehäuse des Toyota Yaris Hybrid. Das Verfahren kombiniert einen konventionell gefertigten Vorformling mit additiven Strukturen – ein Ansatz, der Bauzeit und Kosten erheblich reduziert, da nur die kritischen Bereiche additiv aufgebaut werden. Das vollständige Werkzeug wurde in weniger als zehn Tagen realisiert.
»Mit L-40 haben wir uns vorgenommen, die Grenzen der additiven Fertigung für Druckgusswerkzeuge zu überwinden. Dieses Projekt beweist, dass großvolumige, hochbelastbare Werkzeuge additiv gefertigt werden können – wirtschaftlich und mit klaren Vorteilen für OEMs«, erklärt Harald Lemke, Director of Product Management bei MacLean-Fogg Component Solutions.
Wegbereiter für die Automobilindustrie
Die additive Fertigung adressiert zentrale Herausforderungen der Branche:
* **Konturnahe Kühlung** senkt lokale Temperaturspitzen und reduziert thermischen Verschleiß.
* **Längere Standzeiten** bedeuten geringere Wartungskosten und höhere Prozesssicherheit.
* **Kürzere Entwicklungszyklen** ermöglichen schnellere Markteinführung neuer Fahrzeugplattformen.
* **Flexibilität** durch hybride Fertigung erlaubt Variantenvielfalt auf einer Werkzeugplattform.
Damit eröffnet sich ein neuer Weg für OEMs, die im Zuge der Elektromobilität größere, komplexere Strukturbauteile mit weniger Einzelteilen realisieren wollen.
Die entwickelte Prozesskette eignet sich nicht nur für Aluminium-Hochdruckguss, sondern auch für weitere hochbelastete Umformwerkzeuge wie Stanz-, Spritzgieß- oder Gewindeeinsätze. Damit markiert das Projekt einen entscheidenden Schritt auf dem Weg zur industriellen Etablierung additiver Fertigung im Großwerkzeugbau.
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