德国弗劳恩霍夫激光技术研究所（Fraunhofer Institute for Laser Technology, ILT）和美国工程金属部件供应商MacLean-Fogg利用激光粉末床熔化（PBF-LB/M）技术为丰田生产了一个大型压铸工具镶件。该项目标志着首次成功展示了带有随形冷却的大型工具，这得益于一种新开发的工具钢L-40。通过将传统预制件与增材制造结构相结合，制造了丰田雅力士混合动力车变速器外壳的混合模具镶件，从而缩短了生产时间，并实现了更复杂的冷却设计。

随着电动化和成本竞争重塑车辆平台，汽车制造商面临着将零部件整合成更少但更大的铝制部件的压力。这一转变对压铸模具提出了更高的要求，模具必须能够承受极端的热力和机械应力，同时快速适应设计变更。传统的机械加工和工具钢（如H11、H13或M300）在大规模生产中难以满足这些要求，这促使弗劳恩霍夫激光技术研究所和MacLean-Fogg专注于新的机器概念和材料。已经在批量生产中使用较小增材制造模具的丰田报告称，与传统镶件相比，工具寿命显著延长，使用寿命可达四倍以上。

弗劳恩霍夫激光技术研究所激光粉末床熔化工艺技术组组长Niklas Prätzsch表示：“为了克服这些限制，我们需要新一代专门针对大型高压压铸工具需求的机器和材料。这正是我们最近实施的改进的主题。”

弗劳恩霍夫激光技术研究所设计了一种基于门式起重机的五激光PBF-LB/M机器，其构建室尺寸为1000×800×350 mm³。与固定床系统不同，该机器采用带有局部屏蔽气体引导的可移动加工头，随着构建区域的扩大，保持诸如气体流速和激光偏转角度等参数恒定。这种方法使得构建超过20000 cm³的镶件成为可能，包括丰田镶件，其边界框尺寸为515×485×206 mm³。达到200°C的加热基板降低了构建过程中出现的温度梯度，从而降低了通常在大型几何形状中出现的残余应力和开裂风险。

材料开发同样至关重要。MacLean-Fogg开发了L-40钢，这种钢专门用于高压压铸工具的增材加工。与传统合金相比，L-40在打印和热处理过程中明显降低了开裂倾向。在构建状态下，该合金达到了48 HRC的硬度、1420 MPa的抗拉强度和超过60 J的缺口冲击强度。测试证实了其在复杂几何形状中的稳定性，包括圆形和悬垂的冷却通道，传统钢通常会在这些地方失败。

对于丰田的变速器外壳，项目团队采用了混合生产方法。首先传统制造一个带有垂直冷却通道的预制件，然后在其上增材制造随形通道。这需要精确的机器校准，以确保两部分之间的精确对齐和可靠的结合。完成后，镶件进行了应力消除退火处理，其功能表面则采用传统方式铣削加工。增材基体的高尺寸精度意味着只需进行少量的精加工，而无需进一步添加材料。

MacLean-Fogg组件解决方案的产品管理总监Harald Lemke表示：“凭借L-40，我们致力于突破增材制造在热成型和冷成型工具（特别是压铸工具）方面的极限。这个项目证明了从技术上生产大型、复杂且高度耐用的镶件是可能的，并为实现经济吸引力设定了明确的里程碑。增材制造已经准备好迎接真正的工业规模挑战。”

镶件内的随形冷却网络旨在调节模具的热应力区域。通过降低局部温度峰值，该系统减少了热机械磨损并延长了使用寿命。早期研究表明，增材模具的使用寿命可达传统H13镶件的四倍，而当前项目将这些优势扩展到了更大的应用范围。对于制造商来说，这意味着更少的工具更换、更低的成本以及更快地响应新的设计要求。

除了汽车压铸之外，该工艺链还适用于其他需要具有复杂冷却功能的耐用工具的领域。潜在的扩展领域包括塑料加工和复合材料成型，这些领域的小批量生产和高热负荷也推动了对更耐用模具的需求。随着巨型压铸和电动化车辆平台进一步提高了工具需求，可扩展的增材系统为更快、更具适应性和更持久的生产工具提供了一条道路。