寶馬集團利用 3D 打印技術(shù)生產(chǎn)汽車零件和制造生產(chǎn)系統(tǒng)輔助工具

2024年5月25日，南極熊獲悉，寶馬集團正在利用 3D 打印技術(shù)生產(chǎn)汽車零件和制造生產(chǎn)系統(tǒng)輔助工具。



● 寶馬集團：是汽車行業(yè)巨頭，也是增材制造 / 3D 打印領(lǐng)域的先驅(qū)。自 1991 年以來，寶馬一直使用 3D 打印機生產(chǎn)單個汽車零部件，最初用于概念車、原型車和賽車，后來用于量產(chǎn)車型。寶馬現(xiàn)在還通過各種 3D 打印工藝為其生產(chǎn)系統(tǒng)制造許多工作輔助工具。

位于 Oberschleißheim 的增材制造園區(qū)是寶馬集團的 3D 打印生產(chǎn)、研究和培訓(xùn)中心，2023 年利用 3D 打印技術(shù)制造了 300,000 多個部件，而全球所有工廠每年利用 3D 打印技術(shù)制造超過 100,000 個部件，包括為員工量身定制的矯形器、教學(xué)和生產(chǎn)輔助工具以及用于 CFRP（碳纖維增強聚合物復(fù)合材料）車頂和整個地板組件的大型重量優(yōu)化機器人夾持器。

寶馬集團增材制造負(fù)責(zé)人 Jens Ertel 表示：“寶馬集團生產(chǎn)系統(tǒng)中越來越多地使用增材制造技術(shù)，有很大優(yōu)勢。利用 3D 打印技術(shù)能夠快速、經(jīng)濟、靈活地生產(chǎn)輔助設(shè)備和搬運機器人，能夠隨時根據(jù)具體要求進行個性化調(diào)整并優(yōu)化重量。重量越輕，生產(chǎn)線速度就越快，周期越短，成本就越低。此外，中期可以使用較小的機器人，這也可以減少二氧化碳排放。”

輕金屬鑄造產(chǎn)品和工藝規(guī)劃主管 Klaus Sammer 表示：“除了直接增材制造工藝，寶馬集團多年來一直在位于蘭茨胡特的工廠使用砂型 3D 打印技術(shù)來制造模具。砂型 3D 打印技術(shù)通常用于制造原型鑄件，以及大規(guī)模生產(chǎn)高性能發(fā)動機的零部件�！�

鋁制氣缸蓋的打印模具

寶馬集團蘭茨胡特工廠長期使用砂型 3D 打印技術(shù)制造鋁制氣缸蓋的打印模具。利用砂型 3D 打印技術(shù)，沙子被反復(fù)涂抹成薄層，并使用粘合劑粘合在一起，制作用于制造非常復(fù)雜結(jié)構(gòu)的模具，然后用液態(tài)鋁填充模具。寶馬同時使用 voxeljet 的 VJET X 技術(shù)和 ExOne 的 Exerial 系統(tǒng)，以簡化高度自動化的型芯和模具生產(chǎn)。

用于 CFRP 車頂大型機器人夾持器的 LFAM（大幅面增材制造）


△ 寶馬集團蘭茨胡特工廠的 3D 打印機器人夾持器

寶馬集團蘭茨胡特工廠的輕量化結(jié)構(gòu)與技術(shù)中心長期使用 LFAM 系統(tǒng)生產(chǎn)大型機器人夾持器，重約 120 公斤，僅需 22 小時即可制造完成，然后用于壓機上，生產(chǎn) BMW M GmbH 車型的所有 CFRP 車頂。壓機首先裝入 CFRP 原材料，夾持器只需旋轉(zhuǎn) 180 度即可取下成品車頂。與傳統(tǒng)夾持器相比，使用 3D 打印制造的版本重量減輕了約 20%，從而延長了機器人的使用壽命，減少了系統(tǒng)的磨損，并縮短了維護間隔。

機器人夾持器的獨特之處在于兩種不同的 3D 打印工藝的完美結(jié)合。真空夾持器和用于提升 CFRP 原材料的針式夾持器的夾具采用 SLS（選擇性激光燒結(jié)）制造，而大型車頂外殼和軸承結(jié)構(gòu)則采用 LS3DP（大規(guī)模 3D 打印）制造。LS3DP 能夠經(jīng)濟且可持續(xù)地生產(chǎn)大型部件，使用注塑顆粒和再生塑料，同時 CFRP 殘余材料也可以使用和回收，制造時的二氧化碳排放量大約低 60%。

新一代仿生機器人夾持器



2023 年夏天，寶馬集團推出了新一代更輕的仿生機器人夾持器。仿生機器人夾持器對之前的夾持器進行了拓?fù)鋬?yōu)化，將 LS3DP 制造的車頂外殼與 SLS 真空和仿生優(yōu)化的軸承結(jié)構(gòu)結(jié)合在一起。為此，在砂型鑄造中使用了帶有打印芯的模具，然后用復(fù)雜的鋁結(jié)構(gòu)鑄造該模具。新一代夾持器比前代產(chǎn)品輕 25%，這意味著制造 BMW M3 CFRP 車頂?shù)恼麄�過程只需一臺機器人即可完成，而以前需要三臺。

用于底盤制造的 3D 打印夾持器


△ 寶馬集團雷根斯堡工廠的 3D 打印機器人夾持器

寶馬集團還在底盤制造中使用了采用 3D 打印工藝生產(chǎn)的夾持器，例如，寶馬集團雷根斯堡工廠使用 LS3DP 制造的夾持器來處理車門。雷根斯堡車門和翻板生產(chǎn)主管 Florian Riebel 表示：“采用 3D 打印生產(chǎn)的優(yōu)化軸承結(jié)構(gòu)能夠提高夾持器的剛性，同時減輕重量。在后續(xù)項目中，可以使用承載能力較低的機器人，這有助于降低成本。”


△ 寶馬集團慕尼黑工廠的 3D 打印機器人夾持器

最近，首批仿生機器人夾持器已在寶馬集團慕尼黑工廠投入使用。該夾持器可以夾持和移動 BMW i4 的整個地板組件，支架在重量和最大負(fù)載能力方面進行了優(yōu)化，加上所有附加元件后重量僅為 110 公斤，比之前的傳統(tǒng)型號輕了大約 30%。使用砂型鑄造和鋁制造可以實現(xiàn)復(fù)雜的負(fù)載優(yōu)化結(jié)構(gòu)，最大程度地減輕重量，可以在中期內(nèi)使用更小、更輕的重型起重機器人，能夠減少能耗和二氧化碳排放。

寶馬集團慕尼黑工廠的機器人技術(shù)主管 Markus Lehmann 表示：“慕尼黑工廠正在不斷擴大 3D 打印技術(shù)制造的生產(chǎn)輔助設(shè)備的使用范圍。在夾持器和搬運系統(tǒng)領(lǐng)域，使用 3D 打印技術(shù)為現(xiàn)有的夾持器配備單獨的打印附件，并且已經(jīng)用高度集成和重量優(yōu)化的軸承結(jié)構(gòu)替換了完整的夾持系統(tǒng)。在搬運整個 BMW i4 地板組件時，能夠?qū)⒄麄�夾持器的重量減輕 30%（50 公斤），從而延長了設(shè)備的使用壽命�！�

3D 打印中的創(chuàng)新軟件解決方案



復(fù)雜的仿生結(jié)構(gòu)是使用特殊的通用軟件工具（例如 Synera）進行設(shè)計和計算的。BMW iVentures 曾戰(zhàn)略性地投資 Synera 。Synera 可以快速高效地進行優(yōu)化，目前已用于寶馬集團的許多開發(fā)領(lǐng)域。寶馬集團的增材制造園區(qū)擁有一支專家團隊，他們比較各種軟件解決方案并使用軟件來設(shè)計組件。在夾持器設(shè)計方面，寶馬集團已經(jīng)開發(fā)了特殊的工作流程，使軸承結(jié)構(gòu)的計算和生產(chǎn)基本實現(xiàn)自動化，提高了生產(chǎn)效率。