Fraunhofer ILT stampa inserti di grande volume per stampi di pressofusione con raffreddamento conformale: partnership con MacLean-Fogg e applicazione Toyota
La notizia in breve
Il Fraunhofer Institute for Laser Technology (ILT) e MacLean-Fogg Component Solutions hanno realizzato con PBF-LB/M un inserto di grande volume per uno stampo di pressofusione dell’alluminio con raffreddamento conformale, destinato alla scatola cambio della Toyota Yaris Hybrid. Il progetto introduce un acciaio per utensili specifico per AM (L-40 di MacLean Additive/MacLean-Fogg) e una piattaforma LPBF a portale con 5 laser sviluppata dal Fraunhofer ILT.
Perché è importante per la pressofusione
Nella tendenza “mega/giga casting” le fusioni più grandi e complesse richiedono inserti stampo termicamente robusti, duraturi e con canali di raffreddamento liberi da vincoli geometrici. La conformazione dei canali al profilo dello stampo (conformal cooling) smorza i picchi termici, riduce l’usura e prolunga la vita utensile; la stampa 3D abilita queste geometrie interne e, in letteratura, ha già dimostrato benefici su difetti locali e qualità in HPDC.
La macchina LPBF “gantry” del Fraunhofer ILT
L’ILT ha sviluppato una LPBF a portale 5-laser con volume 1.000 × 800 × 350 mm³, testa di processo mobile e schermatura gas locale: l’architettura rende scalabile il volume di costruzione mantenendo costanti le condizioni di processo. Per limitare le tensioni termiche è stato introdotto un modulo di piastra riscaldata a 200 °C, così ogni strato non scende a temperatura ambiente. L’inserto dimostrato supera 20.000 cm³ con bounding box 515 × 485 × 206 mm³.
Il materiale: L-40 di MacLean Additive
Il Formetrix L-40 è un acciaio per utensili brevettato progettato per LPBF: stampa priva di cricche (RT–200 °C), durezza 46–52 HRC “as-built”, resilienza ~65 J (V-notch) e allungamento >10%; carburazione superficiale fino a >70 HRC. Nel progetto ILT, L-40 ha mostrato 48 HRC, Rm ~1420 MPa e resilienza >60 J in stato as-built.
Approccio ibrido e tempi di produzione
L’inserto nasce da preforme convenzionali integrate con strutture LPBF: la catena ibrida riduce lead time e costi, aumenta le varianti producibili su un’unica piattaforma stampo e abilita raffreddamento conformale nelle zone più sollecitate termicamente.
Applicazione di riferimento: Toyota Yaris Hybrid
Nell’attività congiunta con Toyota, il team ha scelto la scatola del cambio Yaris come caso sfidante per dimensioni e complessità (saldature, manutenzione). Secondo ILT, inseriti più piccoli con stessa tecnologia sono già in serie e mostrano vita utensile più lunga.
Cosa cambia rispetto agli acciai utensili “classici” in LPBF
Acciai ampiamente usati per stampi come H11 (1.2343), H13 (1.2344) o M300 presentano limiti su grandi volumi in LPBF (cricche, distorsione, proprietà non sufficienti) e spesso richiedono pre-riscaldi elevati. La combinazione nuovo materiale + piattaforma LPBF del Fraunhofer ILT mira a superare proprio questi vincoli dimensionali e di processo.
Implicazioni operative per OEM e toolmaker
Per OEM e fornitori di utensili, l’adozione di inserti LPBF di grande formato consente: 1) cicli più brevi grazie al controllo termico locale, 2) vita utensile estesa, 3) piattaforme stampo multi-variante senza rifare l’intero set, 4) potenziale riduzione time-to-market. Evidenze industriali e accademiche indicano già riduzione difetti e stabilità di processo con inserti conformali in esercizio reale.
Contesto e stato dell’arte
La conformal cooling è consolidata nello stampaggio a iniezione e sempre più studiata in pressofusione; anche istituti Fraunhofer (es. IWU) documentano inserti ibridi generativi con canali ottimizzati vicino contorno.
