Toyota Europe entwickelt bahnbrechendes 3D-gedrucktes Druckgusswerkzeug

Ein Anwendungsbereich des 3D-Drucks wird in der Automobilindustrie besonders geschätzt – die Kapazität, Prototypen schnell und einfach zu entwickeln. Designer können verschiedene Produktversionen schnell iterieren, Ingenieure können Passform und Fit testen, Hersteller können experimentieren, ohne Stahl zu schneiden, und vieles mehr. Toyota Europe, mit Unterstützung von MacLean-Fogg und dem Fraunhofer ILT, entwickelte nun ein neues Werkzeug, welches die Anwendungsbereiche des 3D-Drucks in der Branche sogar noch ausweiten könnte. Das neue Druckgusswerkzeug des Herstellers verspricht grundlegende Änderungen in der Autoproduktion.

Toyota Europe hat seine neue Erfindung, den bislang größten nahezu massiven 3D-gedruckten Druckguss-Einsatz, erfolgreich getestet und validiert. Kurz gesagt handelt es sich um einen 156 kg schweren Block, der speziell für das Getriebegehäuse des Yaris Hybrid entwickelt wurde. Gedruckt wurde der Einsatz mit dem patentierten L-40-Werkzeugstahlpulver von MacLean-Fogg auf dem Multi-Laser-Portal-LPBF-System des Fraunhofer ILT. Das Werkzeug ist speziell für den industriellen Einsatz konzipiert wurden und ist in der Lage, den rauen Betriebsbedingungen des Druckgusses standzuhalten.

(Bild: MacLean-Fogg)

„Der Gantry-Druck mit L-40-Werkzeugstahlpulver, ein vielversprechender Weg zur skalierbaren additiven Fertigung, eröffnet dem Metall-3D-Druck das Potenzial, Vorlaufzeiten zu verkürzen und eine reaktionsschnellere Fertigung zu realisieren“, so Dr. Magdalena Coventry und Dr. Andrew Willett von Toyota Europe. Bis jetzt fand der 3D-Druck wie bereits ausgeführt vor allem Anwendung in der Prototypenentwicklung, doch mit diesem Werkzeug verspricht sich das Team eine Einbindung der Technologie in den Produktionsprozess selbst.

Das Pulver L-40 spielt bei dieser neuen Errungenschaft eine zentrale Rolle. Es wurde speziell für die additive Fertigung entwickelt und ist widerstandsfähig gegen Rissbildung. Außerdem verdoppelt es die Lebensdauer herkömmlicher Druckgusseinsätze und macht aufwendige Nachbearbeitungen überflüssig. Für die Automobilindustrie, die seit langem auf gehärteten Stahl und monatelange Werkzeugzyklen angewiesen ist, hat dies weitreichende Auswirkungen. Schnellere Einsätze können schnellere Markteinführungen bedeuten, und langlebigere Materialien sorgen für weniger Unterbrechungen. Diese lokalisierte Produktion hilft Toyota Europe, eine größere Widerstandsfähigkeit der Lieferkette aufrechtzuerhalten.

(Bild: Toyota Europe)

„Genau das war unser Antrieb für die Entwicklung des Portalsystems“, erklärte Dr. Niklas Prätzsch vom Fraunhofer ILT. „Die einzigartigen Eigenschaften des L-40 ermöglichen die großflächige additive Fertigung von Werkzeugeinsätzen bei niedrigeren Temperaturen, ohne dabei Kompromisse bei der Qualität einzugehen.“ Mit anderen Worten: Es kommt nicht nur auf die Größe des Einsatzes an, sondern auch darauf, dass er gleichzeitig Skalierbarkeit und Effizienz beweist.

Mit der Bewältigung dieser Herausforderung von Toyota haben MacLean-Fogg und das Fraunhofer ILT etwas Größeres als einen 350 Pfund schweren Einsatz demonstriert. Sie zeigen zudem, wie der 3D-Druck endlich den Sprung vom Design-Tool zum Produktionswerkzeug geschafft hat und nun einen zentralen Platz in der Fahrzeugherstellung einnimmt.

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*Bildverweise: Toyota Europe