Printrare 3D cu metal la BMW Group

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.