寶馬集團(tuán)利用電弧增材制造（WAAM）批量生產(chǎn)更輕、更堅(jiān)固的汽車部件

2024年3月23日，南極熊獲悉，寶馬集團(tuán)（BMW）正采用MX3D的電弧增材制造(WAAM)技術(shù)生產(chǎn)金屬車輛零部件和工具。與傳統(tǒng)技術(shù)制造的同類壓鑄部件相比，這種3D打印技術(shù)能夠制造出更輕、更堅(jiān)固的部件。

△與目前采用傳統(tǒng)技術(shù)制造的同類壓鑄部件相比，能夠通過(guò)3D打印制造出更輕、更堅(jiān)固的部件

在增材制造園區(qū)打印大型零部件

WAAM的單條焊縫寬度和高度較大，因此可以極快地生產(chǎn)組件。與寶馬集團(tuán)已在原型機(jī)和小批量生產(chǎn)中使用的激光束熔化相比，WAAM特別適合制造較大的部件。典型的壁厚非常適合車身、驅(qū)動(dòng)器和底盤區(qū)域的部件。此外，工具和設(shè)備也可使用此工藝制造，該工藝也廣泛應(yīng)用于航空領(lǐng)域。

寶馬正在Oberschleißheim的增材制造園區(qū)試驗(yàn)這一工藝，它們將該領(lǐng)域的生產(chǎn)、研究和培訓(xùn)集中在一個(gè)屋檐下。自2015年以來(lái)，寶馬集團(tuán)員工一直關(guān)注WAAM流程。2021年，已經(jīng)將WAAM技術(shù)用于生產(chǎn)測(cè)試部件。

WAAM技術(shù)示意

寶馬增材制造主管Jens Ertel表示：“在早期階段，很明顯，WAAM工藝可以降低生產(chǎn)過(guò)程中的排放。組件重量較輕，材料利用率優(yōu)越，并且可以選擇使用可再生能源。這意味著可以更高效地生產(chǎn)組件。下一階段將很快開(kāi)始測(cè)試車輛中的組件。”

WAAM工藝中較寬的焊縫意味著部件的表面并不光滑，而是略有波紋，必須在關(guān)鍵區(qū)域進(jìn)行精加工。然而，寶馬集團(tuán)工程師能夠證明WAAM組件可以用于高負(fù)載，包括循環(huán)負(fù)載，甚至無(wú)需對(duì)表面進(jìn)行后處理。優(yōu)化的工藝參數(shù)對(duì)于確保直接生產(chǎn)的耐用性至關(guān)重要，因此焊接工藝和機(jī)器人路徑規(guī)劃的組合必須得到最佳協(xié)調(diào)。

3D打印在優(yōu)化設(shè)計(jì)方面擁有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)

生成式設(shè)計(jì)

寶馬表示，它們將繼續(xù)加速使用生成式設(shè)計(jì)，利用算法根據(jù)特定要求設(shè)計(jì)優(yōu)化的組件。這些算法是與跨學(xué)科團(tuán)隊(duì)密切合作開(kāi)發(fā)的，部分靈感來(lái)自自然界的進(jìn)化過(guò)程。與仿生結(jié)構(gòu)一樣，第一步是僅使用組件拓?fù)鋵?shí)際所需的材料，在第二步的微調(diào)過(guò)程中，僅在必要時(shí)對(duì)組件進(jìn)行加固。這最終會(huì)帶來(lái)更輕、更堅(jiān)固的部件，以及更高的效率和改進(jìn)的車輛動(dòng)力。

寶馬汽車研究主管Karol Virsik說(shuō)道：“WAAM技術(shù)從研究發(fā)展成為一種靈活的工具，不僅適用于測(cè)試組件，也適用于批量生產(chǎn)組件。生成式設(shè)計(jì)方法的使用使我們能夠充分利用設(shè)計(jì)自由度，從而充分發(fā)揮技術(shù)潛力。這在幾年前是不可想象的�！�

互補(bǔ)的生產(chǎn)流程

寶馬集團(tuán)認(rèn)為，不同的快速成型生產(chǎn)工藝之間并不一定存在競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系，而應(yīng)視為互補(bǔ)關(guān)系。例如，在生產(chǎn)高精細(xì)分辨率部件方面，激光束熔化工藝將繼續(xù)比WAAM工藝更具優(yōu)勢(shì)。不過(guò)，就部件的可能尺寸和沉積率而言，WAAM工藝更勝一籌。

寶馬最初計(jì)劃在Oberschleißheim集中生產(chǎn)WAAM零件，但將來(lái)也有可能在其它地點(diǎn)生產(chǎn)，并由供應(yīng)商使用該技術(shù)。此外，公司還在探索在裝配線上直接使用該工藝生產(chǎn)單個(gè)部件，以及只需更換軟件，無(wú)需新工具即可生產(chǎn)不同部件。通過(guò)增加使用回收金屬，還可以進(jìn)一步提高可持續(xù)性。