Cu o experienta de peste 30 de ani, BMW Group este un pionier in domeniul productiei aditive, mai cunoscuta sub numele de imprimare 3D. Imprimantele 3D au fost folosite inca din 1991 pentru a produce piese si componente individuale ale automobilelor, initial pentru concepte, prototipuri si masini de curse, apoi mai tarziu pentru modele de productie. Acum BMW Group produce si multe dispozitive si instrumente de lucru pentru propriul sistem de productie prin diferite procese de imprimare 3D. De la porteze personalizate pentru angajati (pentru protectia degetului) pana la solutii de prindere pentru brate robotice, optimizate din punct de vedere al masei, utilizate pentru componente precum acoperisurile din CFRP si ansambluri intregi de podea. La Campusul de Productie Aditiva din Oberschleißheim, hubul central al BMW Group pentru productie, cercetare si formare in imprimarea 3D, peste 300.000 de piese au fost "tiparite" in 2023. In plus, peste 100.000 de piese imprimate au fost produse anual in toate fabricile care formeaza reteaua globala de productie, de la Spartanburg si fabricile germane pana la locatii din Asia.
"Utilizarea tot mai vasta a productiei aditive in sistemul de productie al BMW Group are numeroase beneficii. De exemplu, suntem capabili sa producem rapid, economic si flexibil propriile noastre ajutoare de productie si roboti de manipulare, pe care sa ii putem adapta in mod individual la cerintele specifice in orice moment, precum si sa le putem optimiza masa. Masa mai mica permite viteze mai mari pe linia de productie, timpi de ciclu mai scurti si reducerea de costuri. In plus, roboti mai mici pot fi folositi pe perioade mai mari de timp, ceea ce reduce, de asemenea, emisiile de CO₂ si costurile", declara Jens Ertel, director Productie Aditiva BMW.
"De multi ani, la sediul sau din Landshut, BMW Group a folosit, pe langa procedura de productie aditiva directa, si imprimarea 3D pe baza de nisip pentru a crea matrite. Aceasta tehnologie este utilizata in mod obisnuit pentru fabricarea modelelor de prototip, precum si pentru productia la scara larga de componente pentru motoare de inalta performanta. Un alt domeniu de aplicare foarte atractiv este acum cel al utilajelor mari de productie", declara Klaus Sammer, directorul departamentului Planificare a Produselor si Proceselor pentru Turnarea Metalelor Usoare.
Matrite tiparite pentru productia de chiulasa din aluminiu in productie la scara larga
Procesele de productie aditiva au fost folosite zilnic, de o luna perioada, la uzina BMW Group din Landshut. De multi ani, acestea includ matrite pentru fabricarea chiulaselor din aluminiu, care sunt produse cu imprimare 3D folosind procesul de turnare cu nisip. Aici, nisipul este aplicat in mod repetat in straturi subtiri, care ulterior sunt lipite folosindu-se solutii speciale. Acest lucru face posibila crearea matritelor pentru fabricarea de structuri foarte complexe, care sunt apoi umplute cu aluminiu topit.
Folosirea imprimarii 3D pentru fabricarea unor brate de prindere mari ale robotilor pentru acoperisuri din CFRP
De cativa ani, Centrul Tehnologic si de Constructii Usoare 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 masa de aproximativ 120 de kilograme, priza pentru un robot poate fi fabricata in doar 22 de ore si este folosita ulterior pe o presa in productia tuturor acoperisurilor din CFRP pentru modelele BMW M GmbH. Presa este incarcata mai intai cu materia prima CFRP. Priza este rotita pur si simplu la 180 de grade pentru a indeparta acoperisurile finite. In comparatie cu prinderile conventionale, versiunea fabricata folosind imprimarea 3D a fost mai usoara cu aproximativ 20%, ceea ce, la randul sau, prelungeste durata de viata a robotilor si, de asemenea, a redus uzura sistemului, precum si reducerea intervalelor de intretinere. Utilizarea combinata pentru doi pasi a redus si timpul ciclului. O caracteristica unica a prizei pentru robot este combinatia ideala a doua procese diferite de imprimare 3D. In timp ce clemele cu vid si clemele pentru prinderea cu ac pentru a ridica materia prima CFRP sunt realizate folosind sinterizarea selectiva cu laser (SLS), carcasa mare a acoperisului si structura de lagar sunt fabricate folosind imprimare la scara larga (LSP). LSP poate fi utilizata pentru a produce componente mari in mod economic si durabil. Procesul utilizeaza granule de turnare prin injectie si materiale plastice reciclate, in timp ce materialul rezidual CFRP poate fi, de asemenea, reciclat si utilizat. In comparatie cu utilizarea materiilor prime primare, emisiile de CO₂ la fabricarea prizei sunt mai mici cu aproximativ 60%.
Economii suplimentare de masa datorita noii generatii de brate de prindere bionice
In vara anului 2023 a fost introdusa o noua generatie si mai usoara de brat de prindere. Pentru a realiza acest lucru, conceptul anterior de priza a fost analizat si optimizat topologic - nasterea prizei bionice pentru robot. Aceasta combina carcasa acoperisului de la imprimanta LSP cu aspiratoare SLS si o structura portanta optimizata bionic. Pentru aceasta, la turnarea cu nisip se foloseste o matrita cu miez imprimat. Aceasta matrita este folosita pentru a produce structura complexa din aluminiu. Noul brat este mai usor 25% decat, ceea ce inseamna ca intregul proces de fabricare a unui acoperis CFRP al BMW M3 poate fi efectuat cu un singur robot, fata de trei cati erau necesari anterior. In prezent, pentru toate acoperisurile CFRP de la uzina BMW Group din Landshut sunt folosite prize duble fabricate individual in cadrul BMW Group, prin procesul de imprimare 3D.
Noul brat de prindere imprimat 3D este folosit si in constructia sasiului
BMW Group foloseste brate de prindere produse prin procesul de imprimare 3D si in constructia sasiului - de exemplu, brate imprimate cu procesul LSP pentru manipularea usilor la uzina BMW Group din Regensburg. "Cu o structura portanta optimizata produsa prin imprimare 3D, am reusit sa crestem rigiditatea bratului atunci cand manipulam elementele usilor la fabrica din Regensburg, reducand in acelasi timp masa. In proiectele ulterioare, este posibil si sa se utilizeze roboti cu o capacitate portanta redusa, ceea ce contribuie la reducerea costurilor", spune Florian Riebel, director Productie de Usi si Clapete la Regensburg.
Compania face acum un pas mai departe la uzina BMW Group din München. De curand, primele exemple de brate de prindere bionice pentru roboti au fost folosite la fabrica principala. Aceste brate poate prinde si muta intregul ansamblu de podea al unui BMW i4. Pentru prinderea ansamblului podelei, imprimarea 3D este utilizata pentru a crea o matrita de turnare din nisip, care este umpluta cu aluminiu lichid. Suportul este optimizat in ceea ce priveste masa si capacitatea maxima de incarcare si cantareste, cu toate elementele suplimentare, doar 110 kilograme. Aceasta il face mai usor cu aproximativ 30% decat modelul anterior. Fabricarea folosind turnarea in nisip si aluminiu face posibila reprezentarea unor structuri complexe optimizate pentru sarcina. Acest lucru are ca rezultat o reducere maxima a masei si, astfel, face posibila utilizarea pe termen mediu a robotilor mai mici si mai usori pentru ridicarea sarcinilor mari - acestia necesita mai putina energie si reduc astfel emisiile de CO₂. Markus Lehmann, director Ingineria Uzinei si Robotica la uzina BMW Group din München: "La uzina din München, extindem continuu utilizarea ajutoarelor de productie create prin productie aditiva. Cand vine vorba de domeniul sistemelor de prindere si de manipulare, folosim imprimarea 3D pentru a echipa bratele de prindere consacrate cu atasamente individuale imprimate si inlocuim deja sistemele de prindere complete cu structuri portante foarte compacte si cu masa optimizata. Cand am manipulat ansamblul complet de podea BMW i4, acest lucru ne-a permis sa reducem masa intregii prize cu 30% - 50 kg - si astfel sa prelungim durata de viata a instalatiilor noastre".
Utilizarea solutiilor software inovatoare in productia aditiva
Structurile complexe si bionice sunt proiectate si calculate folosind instrumente software generice speciale, cum ar fi Synera. BMW iVentures a investit strategic in acest software, cunoscut anterior sub numele de Elise. Synera permite o optimizare rapida si eficienta, iar acum este utilizat in multe domenii de dezvoltare din cadrul BMW Group. Merita in special utilizarea software-ului in imprimarea 3D, deoarece structurile bionice optimizate pot fi tiparite cu mare precizie si in structuri deosebit de complexe, datorita gradului ridicat de flexibilitate al procesului de imprimare 3D. Acest lucru face posibila exploatarea intregului potential pentru constructia usoara. Campusul de Productie Aditiva al BMW Group gazduieste o echipa de specialisti in proiectare si constructii, care compara o gama variata de solutii software si le folosesc pentru a proiecta componente. Apoi cunostintele sunt transmise in intreaga companie prin intermediul Campusului de Productie Aditiva. In cazul proiectarii bratelor de prindere, au fost dezvoltate si implementate fluxuri de lucru speciale, care permit automoatizarea in mare masura a calculului si constructiei structurii portante, pentru optimizare de timp si eficienta suplimentara.
