BMW Group extinde utilizarea sistemelor de prindere personalizate pentru braţe robotice prin imprimare 3D

Bucureşti/München. Cu o experienţă de peste 30 de ani, BMW Group este un pionier în domeniul producţiei aditive, mai cunoscută sub numele de imprimare 3D. Imprimantele 3D au fost folosite încă din 1991 pentru a produce piese şi componente individuale ale automobilelor, iniţial pentru concepte, prototipuri şi maşini de curse, apoi mai târziu pentru modele de producţie. Acum BMW Group produce şi multe dispozitive şi instrumente de lucru pentru propriul sistem de producţie prin diferite procese de imprimare 3D. De la porteze personalizate pentru angajaţi (pentru protecţia degetului) până la soluţii de prindere pentru braţe robotice, optimizate din punct de vedere al masei, utilizate pentru componente precum acoperişurile din CFRP şi ansambluri întregi de podea. La Campusul de Producţie Aditivă din Oberschleißheim, hubul central al BMW Group pentru producţie, cercetare şi formare în imprimarea 3D, peste 300.000 de piese au fost "tipărite" în 2023. În plus, peste 100.000 de piese imprimate au fost produse anual în toate fabricile care formează reţeaua globală de producţie, de la Spartanburg şi fabricile germane până la locaţii din Asia.

"Utilizarea tot mai vastă a producţiei aditive în sistemul de producţie al BMW Group are numeroase beneficii. De exemplu, suntem capabili să producem rapid, economic şi flexibil propriile noastre ajutoare de producţie şi roboţi de manipulare, pe care să îi putem adapta în mod individual la cerinţele specifice în orice moment, precum şi să le putem optimiza masa. Masa mai mică permite viteze mai mari pe linia de producţie, timpi de ciclu mai scurţi şi reducerea de costuri. În plus, roboţi mai mici pot fi folosiţi pe perioade mai mari de timp, ceea ce reduce, de asemenea, emisiile de CO₂ şi costurile", declară Jens Ertel, director Producţie Aditivă BMW.

"De mulţi ani, la sediul său din Landshut, BMW Group a folosit, pe lângă procedura de producţie aditivă directă, şi imprimarea 3D pe bază de nisip pentru a crea matriţe. Această tehnologie este utilizată în mod obişnuit pentru fabricarea modelelor de prototip, precum şi pentru producţia la scară largă de componente pentru motoare de înaltă performanţă. Un alt domeniu de aplicare foarte atractiv este acum cel al utilajelor mari de producţie", declară Klaus Sammer, directorul departamentului Planificare a Produselor şi Proceselor pentru Turnarea Metalelor Uşoare.

Matriţe tipărite pentru producţia de chiulasă din aluminiu în producţie la scară largă

Procesele de producţie aditivă au fost folosite zilnic, de o lună perioadă, la uzina BMW Group din Landshut. De mulţi ani, acestea includ matriţe pentru fabricarea chiulaselor din aluminiu, care sunt produse cu imprimare 3D folosind procesul de turnare cu nisip. Aici, nisipul este aplicat în mod repetat în straturi subţiri, care ulterior sunt lipite folosindu-se soluţii speciale. Acest lucru face posibilă crearea matriţelor pentru fabricarea de structuri foarte complexe, care sunt apoi umplute cu aluminiu topit.

Folosirea imprimării 3D pentru fabricarea unor braţe de prindere mari ale roboţilor pentru acoperişuri din CFRP

De câţiva ani, Centrul Tehnologic şi de Construcţii Uşoare al BMW Group din Landshut a folosit un element de prindere deosebit de mare, care a fost realizat folosind procesul de imprimare 3D. Cu o masă de aproximativ 120 de kilograme, priza pentru un robot poate fi fabricată în doar 22 de ore şi este folosită ulterior pe o presă în producţia tuturor acoperişurilor din CFRP pentru modelele BMW M GmbH. Presa este încărcată mai întâi cu materia primă CFRP. Priza este rotită pur şi simplu la 180 de grade pentru a îndepărta acoperişurile finite. În comparaţie cu prinderile convenţionale, versiunea fabricată folosind imprimarea 3D a fost mai uşoară cu aproximativ 20%, ceea ce, la rândul său, prelungeşte durata de viaţă a roboţilor şi, de asemenea, a redus uzura sistemului, precum şi reducerea intervalelor de întreţinere. Utilizarea combinată pentru doi paşi a redus şi timpul ciclului. O caracteristică unică a prizei pentru robot este combinaţia ideală a două procese diferite de imprimare 3D. În timp ce clemele cu vid şi clemele pentru prinderea cu ac pentru a ridica materia primă CFRP sunt realizate folosind sinterizarea selectivă cu laser (SLS), carcasa mare a acoperişului şi structura de lagăr sunt fabricate folosind imprimare la scară largă (LSP). LSP poate fi utilizată pentru a produce componente mari în mod economic şi durabil. Procesul utilizează granule de turnare prin injecţie şi materiale plastice reciclate, în timp ce materialul rezidual CFRP poate fi, de asemenea, reciclat şi utilizat. În comparaţie cu utilizarea materiilor prime primare, emisiile de CO₂ la fabricarea prizei sunt mai mici cu aproximativ 60%.

Economii suplimentare de masă datorită noii generaţii de braţe de prindere bionice

În vara anului 2023 a fost introdusă o nouă generaţie şi mai uşoară de braţ de prindere. Pentru a realiza acest lucru, conceptul anterior de priză a fost analizat şi optimizat topologic - naşterea prizei bionice pentru robot. Aceasta combină carcasa acoperişului de la imprimanta LSP cu aspiratoare SLS şi o structură portantă optimizată bionic. Pentru aceasta, la turnarea cu nisip se foloseşte o matriţă cu miez imprimat. Această matriţă este folosită pentru a produce structura complexă din aluminiu. Noul braţ este mai uşor 25% decât, ceea ce înseamnă că întregul proces de fabricare a unui acoperiş CFRP al BMW M3 poate fi efectuat cu un singur robot, faţă de trei câţi erau necesari anterior. În prezent, pentru toate acoperişurile CFRP de la uzina BMW Group din Landshut sunt folosite prize duble fabricate individual în cadrul BMW Group, prin procesul de imprimare 3D.

Noul braţ de prindere imprimat 3D este folosit şi în construcţia şasiului

BMW Group foloseşte braţe de prindere produse prin procesul de imprimare 3D şi în construcţia şasiului - de exemplu, braţe imprimate cu procesul LSP pentru manipularea uşilor la uzina BMW Group din Regensburg. "Cu o structură portantă optimizată produsă prin imprimare 3D, am reuşit să creştem rigiditatea braţului atunci când manipulăm elementele uşilor la fabrica din Regensburg, reducând în acelaşi timp masa. În proiectele ulterioare, este posibil şi să se utilizeze roboţi cu o capacitate portantă redusă, ceea ce contribuie la reducerea costurilor", spune Florian Riebel, director Producţie de Uşi şi Clapete la Regensburg.

Compania face acum un pas mai departe la uzina BMW Group din München. De curând, primele exemple de braţe de prindere bionice pentru roboţi au fost folosite la fabrica principală. Aceste braţe poate prinde şi muta întregul ansamblu de podea al unui BMW i4. Pentru prinderea ansamblului podelei, imprimarea 3D este utilizată pentru a crea o matriţă de turnare din nisip, care este umplută cu aluminiu lichid. Suportul este optimizat în ceea ce priveşte masa şi capacitatea maximă de încărcare şi cântăreşte, cu toate elementele suplimentare, doar 110 kilograme. Aceasta îl face mai uşor cu aproximativ 30% decât modelul anterior. Fabricarea folosind turnarea în nisip şi aluminiu face posibilă reprezentarea unor structuri complexe optimizate pentru sarcină. Acest lucru are ca rezultat o reducere maximă a masei şi, astfel, face posibilă utilizarea pe termen mediu a roboţilor mai mici şi mai uşori pentru ridicarea sarcinilor mari - aceştia necesită mai puţină energie şi reduc astfel emisiile de CO₂. Markus Lehmann, director Ingineria Uzinei şi Robotică la uzina BMW Group din München: "La uzina din München, extindem continuu utilizarea ajutoarelor de producţie create prin producţie aditivă. Când vine vorba de domeniul sistemelor de prindere şi de manipulare, folosim imprimarea 3D pentru a echipa braţele de prindere consacrate cu ataşamente individuale imprimate şi înlocuim deja sistemele de prindere complete cu structuri portante foarte compacte şi cu masă optimizată. Când am manipulat ansamblul complet de podea BMW i4, acest lucru ne-a permis să reducem masa întregii prize cu 30% - 50 kg - şi astfel să prelungim durata de viaţă a instalaţiilor noastre".

Utilizarea soluţiilor software inovatoare în producţia aditivă

Structurile complexe şi bionice sunt proiectate şi calculate folosind instrumente software generice speciale, cum ar fi Synera. BMW iVentures a investit strategic în acest software, cunoscut anterior sub numele de Elise. Synera permite o optimizare rapidă şi eficientă, iar acum este utilizat în multe domenii de dezvoltare din cadrul BMW Group. Merită în special utilizarea software-ului în imprimarea 3D, deoarece structurile bionice optimizate pot fi tipărite cu mare precizie şi în structuri deosebit de complexe, datorită gradului ridicat de flexibilitate al procesului de imprimare 3D. Acest lucru face posibilă exploatarea întregului potenţial pentru construcţia uşoară. Campusul de Producţie Aditivă al BMW Group găzduieşte o echipă de specialişti în proiectare şi construcţii, care compară o gamă variată de soluţii software şi le folosesc pentru a proiecta componente. Apoi cunoştinţele sunt transmise în întreaga companie prin intermediul Campusului de Producţie Aditivă. În cazul proiectării braţelor de prindere, au fost dezvoltate şi implementate fluxuri de lucru speciale, care permit automoatizarea  în mare măsură a calculului şi construcţiei structurii portante, pentru optimizare de timp şi eficienţă suplimentară.