根据3D科学谷的市场观察，在德国亚琛工业大学数字增材制造研究所RWTH DAP最新揭示了HotKast研发项目，压铸工艺迎来了革命性突破。这项针对填充室结构的设计创新，不仅破解了传统压铸工艺的能效困境，更在全球制造业绿色转型的关键节点上，为”双碳”目标提供了极具价值的解决方案。
▲ EHLA极高速激光熔覆技术
© Fraunhofer
HoTKaST
重新设计填充室
以实现资源节约型冷室压铸
由德国亚琛工业大学数字增材制造研究所RWTH DAP领导的项目联盟正在通过 HoTKaST项目的研发成果在冷室压铸方面开辟新天地。其目的是通过重新设计填充室和耐磨表面，大幅减少压铸过程中的资源消耗和相关的二氧化碳排放。该项目由德国联邦教育与研究部 （BMBF） 资助，两年内提供超过 750,000 欧元的资金。
在卧式压铸中，熔融金属被引入填充室，然后在高压（高达 600 bar）下由活塞压入模腔。当腔室充满熔融金属（30-60% 填充水平）时，腔室的下部加热到高达 600°C 的温度。 相比之下，腔室的上部加热得更慢，加热程度也要小得多，导致温度分布不均匀。
这会导致直径变形：对于活塞直径为 120 mm 的腔室，直径变化可达 0.4 mm，长度变化约为 2-4 mm。此外，这种摩擦会在模具填充过程中导致熔融金属湍流，从而显着增加废品率。目前使用大量的活塞润滑剂来缓解这个问题。然而，这些润滑剂对环境有重大影响，也会对铸件的质量产生不利影响。
冷室压铸广泛用于各个行业，例如汽车行业，以生产轻质铝制部件。然而，在卧式压铸中，由于与工艺相关的变形和磨损，型腔和活塞的寿命会显着缩短。停机时间、高资源消耗和废品率增加给传统制造工艺和行业发展前景带来了重大挑战。
HoTKaST 项目通过实现冷室压铸中填充室的均匀温度控制以提高资源效率 ，该项目旨在通过使用激光金属沉积 （DED-LB/M）增材制造技术来应对这些挑战。通过重新设计模腔和应用耐磨内部涂层来提升资源效率，团队开发了一种新的填充室设计，以确保均匀的温度分布并最大限度地减少变形，使用激光沉积焊接 (DED-LB/M) 可形成耐磨的内表面，从而延长部件的使用寿命。
此外，正在开发的涂层系统不仅有助于填充室的固定温度控制，而且显着提高内表面的耐磨性。磨损保护层必须结合高硬度和韧性，以承受高活塞压力和同时发生的热机械应力。根据3D科学谷的市场洞察，为了实现这一目标，通过激光金属沉积应用各种材料组合，这是传统涂层方法不可能或非常难以实现的。
技术突破的核心价值
在典型的传统冷室压铸工艺中，填充室需要反复加热至400-500℃的工作温度，每次压铸后却因接触常温金属液骤降至200℃以下。这种”热震荡”现象导致惊人的能源浪费。
HoTKaST 项目实现的均匀温度分布和耐磨的内表面相结合，有望显著延长生产部件的使用寿命，并大幅降低废品率。填充室尺寸稳定性的提高还应该确保活塞和腔室之间的紧密配合，从而使使用化石基润滑剂几乎过时。例如，对于一家拥有 8 台铸造机的压铸公司（项目合作伙伴 AMZ）目前每年使用约 1,700 升润滑剂，这种节约是显著的。
根据德国能源与环境署有限公司的数据，仅2019 年德国压铸用铝的年需求量超过 600,000 吨。假设废品率降低 8%，这将可能节省约 50,000 吨原材料和超过 480,000 吨二氧化碳。根据每年 3,300 kWh 的平均家庭用电量，这一 CO₂ 减排量相当于约 160,000 个德国家庭的年用电量。
更值得关注的是，根据3D科学谷的市场洞察，这项技术为镁合金等活性金属压铸开辟了新可能，有望解决新能源汽车轻量化材料应用的瓶颈问题。
绿色制造的范式转移
3D科学谷认为HoTKaST项目的研发成果的真正价值，在于重构了现代制造的经济方程式。将传统认知中环保与效益的对立关系，转化为互相促进的飞轮效应。使得生产线在获得碳减排的同时，单件成本反而下降。这种”绿色溢价”的去除，标志着制造业正式进入可持续发展与经济效益正向循环的新纪元。
当全球产业界仍在ESG框架下艰难寻找平衡点时，HoTKaST项目的研发成果已勾勒出清晰的转型路径。这项源自德国亚琛工业大学数字增材制造研究所RWTH DAP的创新，将开启智能制造与绿色经济深度融合的新篇章。
琛工业大学数字增材制造研究所RWTH DAP：
RWTH DAP是增材制造（3D打印）领域的全球顶尖科研机构之一。其研究覆盖金属、聚合物、陶瓷等材料的增材制造技术，并致力于推动工艺创新、材料开发、智能化生产及工业应用。
RWTH DAP是ACAM的核心成员，ACAM德国亚琛增材制造中心以亚琛工业大学所在的亚琛园区为基础，汇集亚琛顶级的研发资源并促进行业获得与亚琛工业大学和弗劳恩霍夫Fraunhofer IPT研究所和弗劳恩霍夫Fraunhofer ILT研究所相关的领先科研机构的增材制造专业知识。
ACAM为社区合作企业提供一站式服务，包括从设计到质量控制的整个工艺链，ACAM 涵盖从设计阶段到质量控制的整个流程链，重点关注流程链自动化、定制材料开发、提高生产力和缩短周转时间等面向量产目标的增材制造研发主题。在国内，2024年，上海电气正式加入德国亚琛增材制造中心（ACAM）社区，成为这一联合研发体的中国首家企业合作成员，未来上海电气将与更多国际前沿科研机构携手，不断推动科技创新与开放合作，为发展新质生产力贡献更多的智慧和力量。
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