BMW Group с "живым проводом" для инновационного производства автомобильных компонентов

В кампусе аддитивного производства в Обершляйсхайме BMW Group имеет "провод под напряжением" для инновационного процесса аддитивного производства металлических компонентов и инструментов для автомобилей. При аддитивном производстве с использованием проволочной дуги (WAAM) проволока из алюминия или аналогичного материала расплавляется с помощью дуги. Затем робот с программным управлением с высокой точностью накладывает друг на друга большое количество сварочных швов, пока не получается готовый компонент. Поскольку благодаря давлению слой за слоем не нужно обращать внимание на разборность, можно создавать полые конструкции с оптимальным соотношением между жесткостью и весом. Это означает, что компоненты могут быть более легкими и жесткими, чем аналогичные литые детали, которые в настоящее время производятся серийно. Кроме того, они могут быть изготовлены более экологично благодаря меньшим затратам энергии и меньшему количеству отходов материала. В будущем планируется использовать компоненты, изготовленные по технологии WAAM, в серийных автомобилях BMW Group.

Процесс WAAM особенно подходит для крупных компонентов

Большая ширина и высота одного сварочного шва означает, что с помощью WAAM можно очень быстро изготавливать детали. В отличие от плавления лазерным лучом, которое уже используется в производстве прототипов и мелких серий BMW Group, WAAM особенно подходит для крупных деталей. Типичная толщина стенок хорошо подходит для компонентов в области кузова, привода и шасси. Однако с помощью этого высокотехнологичного процесса, который также используется в авиационной промышленности, можно изготавливать инструменты и устройства.

Разработка в кампусе аддитивного производства

BMW Group испытывает этот процесс в кампусе аддитивного производства в Обершляйсхайме, где под одной крышей объединены производство, исследования и обучение в этой области. Имея более чем 30-летний опыт, компания является пионером в области аддитивного производства, широко известного как 3D-печать. С 2015 года сотрудники BMW Group уделяют особое внимание процессу WAAM, известному также как сварка с наращиванием. С 2021 года здесь используется установка WAAM для производства тестовых компонентов. Одним из примеров такого применения является стойка подвески, которая в ходе всесторонних испытаний на испытательном стенде сравнивается с серийным компонентом, изготовленным методом литья алюминия под давлением. "Уже на этой ранней стадии ясно, что процесс WAAM может привести к снижению выбросов в процессе производства. Снижение веса компонентов, выгодное соотношение расхода материалов и возможность использования возобновляемой энергии означают, что компоненты могут производиться более эффективно", - говорит Йенс Эртель, руководитель подразделения BMW Additive Manufacturing. Следующим этапом развития на пути к серийному производству станет тестирование компонентов на автомобиле, которое начнется в обозримом будущем.

Более широкие сварочные швы в процессе WAAM означают, что поверхности компонентов получаются не гладкими, а слегка рифлеными и требуют доработки в критических местах. Однако инженеры BMW Group смогли продемонстрировать, что компоненты WAAM можно использовать при высоких нагрузках, в том числе циклических, даже без последующей обработки поверхности. Оптимизация параметров процесса имеет решающее значение для обеспечения долговечности непосредственно на производстве, поэтому сочетание процесса сварки и планирования траектории движения роботов должно быть оптимально скоординировано.

Конфигурирование с помощью генеративного проектирования и алгоритмов

Для оптимального использования компонентов, изготовленных по технологии WAAM, первостепенное значение имеет сочетание производственного процесса и общей конструкции нового компонента. С этой целью BMW Group продолжает ускорять использование генеративного дизайна. В этом случае компьютер использует алгоритмы для проектирования оптимизированных компонентов на основе конкретных требований. Эти алгоритмы разрабатываются в тесном сотрудничестве с междисциплинарными командами и отчасти вдохновляются эволюционными процессами в природе. Как и в случае с бионическими конструкциями, на первом этапе используется только тот материал, который действительно необходим для топологии компонента, а во время тонкой настройки на втором этапе компонент усиливается только там, где это необходимо. В итоге получаются более легкие и жесткие компоненты, а также повышается эффективность и улучшается динамика автомобиля.

"Впечатляет, как технология WAAM прошла путь от исследований до превращения в гибкий инструмент не только для тестовых, но и для серийных компонентов. Использование генеративных методов проектирования позволяет нам в полной мере использовать свободу проектирования и, следовательно, потенциал технологии. Еще несколько лет назад это было немыслимо", - говорит Кароль Вирсик, руководитель отдела исследований автомобилей BMW Group.

Производственные процессы могут дополнять друг друга

Различные процессы аддитивного производства не обязательно конкурируют друг с другом, скорее их следует рассматривать как взаимодополняющие. Например, плавление лазерным лучом по-прежнему будет более выгодным, чем процесс WAAM, когда речь идет о высоком уровне разрешения деталей. Однако с точки зрения возможного размера детали и скорости осаждения проволочно-дуговое аддитивное производство превосходит его. На начальном этапе BMW Group планирует централизованное производство компонентов по технологии WAAM в Обершляйсхайме, но в будущем возможно производство и в других местах, а также использование технологии поставщиками. Кроме того, с помощью этой технологии можно будет производить отдельные компоненты непосредственно на сборочном конвейере и изготавливать различные детали без новых инструментов, просто изменив программное обеспечение. Экологичность также может быть повышена за счет увеличения использования переработанных металлов.