Printrare 3D cu metal la BMW Group - producţia inovatoare de componente pentru automobile folosind tehnologie WAAM

Bucureşti/München. La Campusul de Producţie Aditivă din Oberschleißheim, BMW Group dezvoltă o "sudură live", un proces inovator de producţie aditivă (printare 3D) pentru componente şi unelte metalice în industria. În producţia aditivă cu arc voltaic (WAAM), un fir din aluminiu sau similar este topit folosind arcul electric. Apoi, un robot controlat de software plasează cu precizie un număr mare de puncte de sudură unele peste altele, până când întreaga componentă este produsă. Soluţia de producţie strat cu strat face posibile structuri goale la interior, cu un raport optim între rigiditate şi masă. Astfel, componentele pot fi mai uşoare şi mai rigide decât piesele turnate sub presiune fabricate în prezent în producţia de serie. De asemenea, ele pot fi produse mai durabil datorită cerinţelor mai mici de energie şi cantităţii mai mici de deşeuri de materiale. În viitor, planul este de a utiliza componente fabricate prin procesul WAAM în automobilele în producţie de serie ale BMW Group.

Procesul WAAM este potrivit în special pentru componentele mari

Datorită lăţimii şi înălţimii mari ale unui singur cordon de sudură, componentele pot fi produse extrem de rapid folosind WAAM. Spre deosebire de topirea cu fascicul laser, care este deja utilizată la BMW Group în producţia de prototipuri şi de serie mică, WAAM este potrivit pentru componente mai mari. Grosimile tipice ale peretelui sunt potrivite pentru componentele din zonele caroseriei, a transmisiei şi a şasiului. De asemenea, uneltele şi dispozitivele pot fi fabricate şi folosind acest proces de înaltă tehnologie, care este utilizat şi în industria aviatică.

Dezvoltare la Campusul de Producţie Aditivă

BMW Group testează acest proces la Campusul de Producţie Aditivă din Oberschleißheim, unde producţia, cercetarea şi formarea în acest domeniu au fost reunite sub un singur acoperiş. Cu o experienţă de peste 30 de ani, compania este un pionier în domeniul producţiei aditive, cunoscută în mod obişnuit sub numele de imprimare 3D. Angajaţii BMW Group s-au concentrat încă din 2015 pe procesul WAAM, cunoscut şi sub denumirea de sudare prin acumulare. O celulă WAAM pentru producţia de componente de testare a fost utilizată acolo din 2021. Una dintre aceste exemple de aplicaţii este un suport de suspensie, care, în teste ample pe bancul de testare, este comparat cu componenta de producţie de serie din aluminiu turnat sub presiune. "În această etapă incipientă este deja clar că procesul WAAM poate duce la emisii mai scăzute în procesul de producţie. Masa mai mică a componentelor, raportul lor avantajos de utilizare a materialelor şi opţiunea de a utiliza energie regenerabilă înseamnă că aceste componente pot fi produse mai eficient", a declarat Jens Ertel, directorul BMW Additive Manufacturing. Următoarea etapă de dezvoltare pe drumul către producţia de serie este testarea componentelor în automobil, care va începe în viitorul apropiat.

Cordoanele mai late de sudură din procesul WAAM înseamnă că suprafeţele componentelor nu sunt netede, ci uşor ondulate şi trebuie finisate în zonele critice. Cu toate acestea, inginerii BMW Group au reuşit să demonstreze că piesele WAAM pot fi utilizate pentru sarcini mari, inclusiv sarcini ciclice, chiar şi fără posttratarea suprafeţei. Parametrii optimizaţi ai procesului sunt cruciali pentru asigurarea durabilităţii direct din producţie, astfel încât combinaţia dintre procesul de sudură şi planificarea robotizată a traseului trebuie să fie coordonată în mod optim.

Configurare cu design generativ şi algoritmi

Pentru a utiliza în mod optim componentele produse în procesul WAAM, combinaţia dintre procesul de producţie şi un design general nou al componentelor este esenţială. În acest scop, BMW Group continuă să accelereze utilizarea designului generativ. Aici, computerul foloseşte algoritmi pentru a proiecta componente optimizate pe baza cerinţelor specifice. Aceşti algoritmi sunt dezvoltaţi în strânsă colaborare cu echipe interdisciplinare şi sunt parţial inspiraţi de procesele evolutive din natură. Ca şi în cazul structurilor bionice, primul pas este utilizarea numai a materialului care este efectiv necesar pentru topologia componentei şi, în timpul reglajului fin din a doua etapă, componenta este întărită numai acolo unde este necesar. Acest lucru are ca rezultat final componente mai uşoare şi mai rigide, precum şi o eficienţă mai mare şi o dinamică îmbunătăţită ale automobilului.

"Este impresionant să vedem cum tehnologia WAAM s-a dezvoltat de la cercetare pentru a deveni un instrument flexibil nu numai pentru componentele de testare, ci şi pentru componentele de producţie în serie. Utilizarea metodelor de proiectare generativă ne permite să folosim pe deplin libertatea de proiectare şi, prin urmare, potenţialul tehnologiei. Acest lucru era de neconceput cu doar câţiva ani în urmă”, a declarat Karol Virsik, director Cercetare Vehicule în cadrul BMW Group.

Procesele de producţie se pot completa reciproc

Diferitele procese de producţie aditivă nu sunt neapărat în competiţie între ele, ci mai degrabă ar trebui privite ca fiind complementare. De exemplu, topirea cu fascicul laser va continua să fie mai avantajoasă decât procesul WAAM când vine vorba de rezoluţie de nivel înalt. În ceea ce priveşte dimensiunea maximă posibilă a componentei şi viteza de depunere, totuşi, producţia aditivă cu arc voltaic este superioară. Iniţial, BMW Group planifică producţia centralizată WAAM de componente la Oberschleißheim, iar în viitor este posibilă producţia în alte locaţii şi utilizarea tehnologiei de către furnizori. Mai mult, există posibilitatea să se producă componente individuale direct pe linia de asamblare folosind acest proces şi să se producă diferite piese fără unelte noi, prin simpla adaptare a software-ului. De asemenea, dezvoltarea durabilă poate fi îmbunătăţită suplimentar prin creşterea utilizării metalelor reciclate.