寶馬集團利用3D打印技術生產汽車零件和制造生產系統輔助工具
時間：2024-05-27 09:34 來源：南極熊 作者：admin 閱讀：次
2024年5月25日，寶馬集團正在利用 3D 打印技術生產汽車零件和制造生產系統輔助工具。
● 寶馬集團：是汽車行業巨頭，也是增材制造 / 3D 打印領域的先驅。自 1991 年以來，寶馬一直使用 3D 打印機生產單個汽車零部件，最初用于概念車、原型車和賽車，后來用于量產車型。寶馬現在還通過各種 3D 打印工藝為其生產系統制造許多工作輔助工具。
位于 Oberschleißheim 的增材制造園區是寶馬集團的 3D 打印生產、研究和培訓中心，2023 年利用 3D 打印技術制造了 300,000 多個部件，而全球所有工廠每年利用 3D 打印技術制造超過 100,000 個部件，包括為員工量身定制的矯形器、教學和生產輔助工具以及用于 CFRP（碳纖維增強聚合物復合材料）車頂和整個地板組件的大型重量優化機器人夾持器。
寶馬集團增材制造負責人 Jens Ertel 表示：“寶馬集團生產系統中越來越多地使用增材制造技術，有很大優勢。利用 3D 打印技術能夠快速、經濟、靈活地生產輔助設備和搬運機器人，能夠隨時根據具體要求進行個性化調整并優化重量。重量越輕，生產線速度就越快，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。”
輕金屬鑄造產品和工藝規劃主管 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 打印技術來制造模具。砂型 3D 打印技術通常用于制造原型鑄件，以及大規模生產高性能發動機的零部件。”
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 打印技術制造鋁制氣缸蓋的打印模具。利用砂型 3D 打印技術，沙子被反復涂抹成薄層，并使用粘合劑粘合在一起，制作用于制造非常復雜結構的模具，然后用液態鋁填充模具。寶馬同時使用 voxeljet 的 VJET X 技術和 ExOne 的 Exerial 系統，以簡化高度自動化的型芯和模具生產。
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構與技術中心長期使用 LFAM 系統生產大型機器人夾持器，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 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 180 度即可取下成品車頂。與傳統夾持器相比，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）制造，而大型車頂外殼和軸承結構則采用 LS3DP（大規模 3D 打印）制造。LS3DP 能夠經濟且可持續地生產大型部件，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撲優化，將 LS3DP 制造的車頂外殼與 SLS 真空和仿生優化的軸承結構結合在一起。為此，在砂型鑄造中使用了帶有打印芯的模具，然后用復雜的鋁結構鑄造該模具。新一代夾持器比前代產品輕 25%，這意味著制造 BMW M3 CFRP 車頂的整個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主管 Florian Riebel 表示：“采用 3D 打印生產的優化軸承結構能夠提高夾持器的剛性，同時減輕重量。在后續項目中，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載能力方面進行了優化，加上所有附加元件后重量僅為 110 公斤，比之前的傳統型號輕了大約 30%。使用砂型鑄造和鋁制造可以實現復雜的負載優化結構，最大程度地減輕重量，可以在中期內使用更小、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主管 Markus Lehmann 表示：“慕尼黑工廠正在不斷擴大 3D 打印技術制造的生產輔助設備的使用范圍。在夾持器和搬運系統領域，使用 3D 打印技術為現有的夾持器配備單獨的打印附件，并且已經用高度集成和重量優化的軸承結構替換了完整的夾持系統。在搬運整個 BMW i4 地板組件時，能夠將整個夾持器的重量減輕 30%（50 公斤），從而延長了設備的使用壽命。”
3D 打印中的創新軟件解決方案
復雜的仿生結構是使用特殊的通用軟件工具（例如 Synera）進行設計和計算的。BMW iVentures 曾戰略性地投資 Synera 。Synera 可以快速高效地進行優化，目前已用于寶馬集團的許多開發領域。寶馬集團的增材制造園區擁有一支專家團隊，他們比較各種軟件解決方案并使用軟件來設計組件。在夾持器設計方面，寶馬集團已經開發了特殊的工作流程，使軸承結構的計算和生產基本實現自動化，提高了生產效率。
● 寶馬集團：是汽車行業巨頭，也是增材制造 / 3D 打印領域的先驅。自 1991 年以來，寶馬一直使用 3D 打印機生產單個汽車零部件，最初用于概念車、原型車和賽車，后來用于量產車型。寶馬現在還通過各種 3D 打印工藝為其生產系統制造許多工作輔助工具。
位于 Oberschleißheim 的增材制造園區是寶馬集團的 3D 打印生產、研究和培訓中心，2023 年利用 3D 打印技術制造了 300,000 多個部件，而全球所有工廠每年利用 3D 打印技術制造超過 100,000 個部件，包括為員工量身定制的矯形器、教學和生產輔助工具以及用于 CFRP（碳纖維增強聚合物復合材料）車頂和整個地板組件的大型重量優化機器人夾持器。
寶馬集團增材制造負責人 Jens Ertel 表示：“寶馬集團生產系統中越來越多地使用增材制造技術，有很大優勢。利用 3D 打印技術能夠快速、經濟、靈活地生產輔助設備和搬運機器人，能夠隨時根據具體要求進行個性化調整并優化重量。重量越輕，生產線速度就越快，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。”
輕金屬鑄造產品和工藝規劃主管 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 打印技術來制造模具。砂型 3D 打印技術通常用于制造原型鑄件，以及大規模生產高性能發動機的零部件。”
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 打印技術制造鋁制氣缸蓋的打印模具。利用砂型 3D 打印技術，沙子被反復涂抹成薄層，并使用粘合劑粘合在一起，制作用于制造非常復雜結構的模具，然后用液態鋁填充模具。寶馬同時使用 voxeljet 的 VJET X 技術和 ExOne 的 Exerial 系統，以簡化高度自動化的型芯和模具生產。
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構與技術中心長期使用 LFAM 系統生產大型機器人夾持器，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 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 180 度即可取下成品車頂。與傳統夾持器相比，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）制造，而大型車頂外殼和軸承結構則采用 LS3DP（大規模 3D 打印）制造。LS3DP 能夠經濟且可持續地生產大型部件，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撲優化，將 LS3DP 制造的車頂外殼與 SLS 真空和仿生優化的軸承結構結合在一起。為此，在砂型鑄造中使用了帶有打印芯的模具，然后用復雜的鋁結構鑄造該模具。新一代夾持器比前代產品輕 25%，這意味著制造 BMW M3 CFRP 車頂的整個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主管 Florian Riebel 表示：“采用 3D 打印生產的優化軸承結構能夠提高夾持器的剛性，同時減輕重量。在后續項目中，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載能力方面進行了優化，加上所有附加元件后重量僅為 110 公斤，比之前的傳統型號輕了大約 30%。使用砂型鑄造和鋁制造可以實現復雜的負載優化結構，最大程度地減輕重量，可以在中期內使用更小、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主管 Markus Lehmann 表示：“慕尼黑工廠正在不斷擴大 3D 打印技術制造的生產輔助設備的使用范圍。在夾持器和搬運系統領域，使用 3D 打印技術為現有的夾持器配備單獨的打印附件，并且已經用高度集成和重量優化的軸承結構替換了完整的夾持系統。在搬運整個 BMW i4 地板組件時，能夠將整個夾持器的重量減輕 30%（50 公斤），從而延長了設備的使用壽命。”
3D 打印中的創新軟件解決方案
復雜的仿生結構是使用特殊的通用軟件工具（例如 Synera）進行設計和計算的。BMW iVentures 曾戰略性地投資 Synera 。Synera 可以快速高效地進行優化，目前已用于寶馬集團的許多開發領域。寶馬集團的增材制造園區擁有一支專家團隊，他們比較各種軟件解決方案并使用軟件來設計組件。在夾持器設計方面，寶馬集團已經開發了特殊的工作流程，使軸承結構的計算和生產基本實現自動化，提高了生產效率。
(責任編輯：admin)
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