3D打印技術(增材制造)在寶馬集團的應用已歷時30年。 最初,這項技術僅用于生產單個零件,而如今,它已被廣泛用于制造工具和輔助設備,尤其在機器人應用等生產領域展現了諸多優(yōu)勢。在寶馬的蘭茨胡特和慕尼黑工廠現已采用新型仿生夾持器,2023年全球使用增材制造生產超過40萬個零件。
3D打?。簜鹘y(tǒng)制造的現代變革
自1991年以來,寶馬集團便開始使用3D打印技術來設計和制造特殊車型、概念車、原型車、賽車以及量產車型的零部件。不僅如此,這項技術還被引入工廠的生產輔助設備制造環(huán)節(jié)。目前,每年有超過40萬個零部件通過3D打印生產,這種生產方式不僅經濟高效,還能靈活應對單個零部件的快速生產需求?,F如今,3D打印技術的應用已超越零件制造,甚至用于整套設備的生產。
寶馬集團顯然意識到這項技術的深遠潛力,并將其作為未來生產的重要支柱。位于慕尼黑北部奧伯施萊斯海姆的增材制造園區(qū),是寶馬專門設立的3D打印研究和生產基地。僅在2023年,該園區(qū)便通過3D打印生產了超過30萬個零部件,此外,寶馬全球生產網絡也承擔了其他零部件的生產任務。
增材制造園區(qū)負責人Jens Ertel解釋道:“增材制造技術在寶馬集團的生產體系中得到了越來越廣泛的應用。這為我們帶來了顯著的優(yōu)勢,例如我們可以快速、經濟且靈活地生產自用的生產輔助設備和機器人系統(tǒng),并根據需求實時調整。我們還能夠優(yōu)化這些設備的重量,重量越輕,生產線運行速度越快,生產周期越短,整體成本也越低。此外,減輕設備重量還讓我們能夠在中期階段使用更小型的機器人,進一步降低二氧化碳排放及相關成本?!?br />
成功應用:輕量化機器人夾持器
在寶馬蘭茨胡特工廠的輕量化結構技術中心,3D打印技術同樣帶來了生產效率的提升。該中心采用3D打印技術生產的機器人夾持元件,重量僅為150公斤,打印時間為22小時。這個夾持器被安裝在壓機上,用于生產BMW M車型的碳纖維增強塑料(CFRP)車頂。得益于3D打印的制造方式,該夾持器減重約20%,從而顯著提升了其耐用性和靈活性,并延長了維護周期。
此外,在大規(guī)模打?。↙SP)技術的幫助下,寶馬集團得以使用注塑顆粒、再生塑料和CFRP殘余材料相結合的方式制造大型部件,成功減少了超過60%的二氧化碳排放。自2023年以來,寶馬集團還開始使用更輕型的夾爪,這些經過仿生學設計并采用拓撲優(yōu)化的機器人部件進一步減重25%。在CFRP車頂的生產中,原本需要三個機器人完成的任務,現在只需一個配備雙夾爪的機器人即可完成。值得一提的是,這些雙夾爪全部由寶馬蘭茨胡特工廠通過3D打印技術自行生產。
不僅在蘭茨胡特工廠,3D打印技術還被應用于寶馬集團其他德國工廠的車身制造環(huán)節(jié)。例如,在慕尼黑工廠,3D打印的仿生機器人夾持器可以輕松夾持并搬運整車底盤組件。新一代夾持器不僅在重量和承載能力上得到了優(yōu)化,每個夾持器的重量約為100公斤,比上一代輕了30%。這種夾持器由砂型鑄造與鋁材混合制成,能夠配合重載機器人作業(yè),從而進一步節(jié)省能源并減少碳排放。
從硬件到軟件,實現全方位的優(yōu)化
要充分發(fā)揮3D打印技術的潛力,對結構設計的精準計算必不可少。寶馬集團使用了Synera(原名Elise)等專業(yè)軟件進行結構設計優(yōu)化。Synera由寶馬集團旗下的BMW iVentures開發(fā),目前已廣泛應用于寶馬的多個領域。該軟件通過流程優(yōu)化和精確計算,能夠準確實現仿生結構的3D打印,其高度靈活性使得打印效果幾乎與設計完全一致。
與此同時,Synera軟件在奧伯施萊斯海姆的增材制造園區(qū)內也在持續(xù)改進。園區(qū)的專家團隊通過對比各種軟件解決方案,不斷發(fā)現優(yōu)化的潛力。此外,寶馬還為制造機器人夾持器的3D打印機開發(fā)了新的解決方案,旨在實現材料結構工程設計的自動化,進而提高打印速度和生產效率。
通過這些前沿技術的應用,寶馬集團不僅在生產輔助設備上實現了靈活性和可持續(xù)性,還在推動整個汽車制造行業(yè)向更加環(huán)保和高效的方向邁進。
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