Grupul BMW extinde utilizarea dispozitivelor de prindere robotizate personalizate, imprimate 3D

Munchen. Cu o experiență de peste 30 de ani, Grupul BMW este un pionier în domeniul fabricației aditive, cunoscută mai bine sub numele de imprimare 3D. Imprimantele 3D au fost utilizate încă din 1991 pentru a produce piese și componente individuale de vehicule, inițial pentru mașini concept, prototipuri și mașini de curse, iar ulterior pentru modelele de producție. Grupul BMW produce acum, de asemenea, numeroase dispozitive de lucru și unelte pentru propriul sistem de producție, utilizând diferite procese de imprimare 3D. De la orteze personalizate pentru angajați și ajutoare de predare și producție, până la dispozitive mari de prindere pentru roboți, optimizate în ceea ce privește greutatea, utilizate pentru acoperișuri CFRP și ansambluri de podea întregi. La “Campusul de Fabricare Aditivă” din Oberschleißheim, centrul Grupului BMW pentru producție, cercetare și formare în imprimare 3D, au fost „imprimate” peste 300.000 de piese în 2023. De asemenea, peste 100.000 de piese imprimate au fost produse anual în toate fabricile care formează rețeaua globală de producție, de la Spartanburg și fabricile din Germania până la locații din Asia.

„Utilizarea tot mai mare a fabricației aditive în sistemul de producție al Grupului BMW are multe beneficii. De exemplu, putem produce rapid, economic și flexibil propriile dispozitive de producție și roboți de manipulare, pe care îi putem adapta individual la cerințe specifice în orice moment, precum și să optimizăm greutatea acestora. Greutatea redusă permite viteze mai mari pe linia de producție, cicluri de timp mai scurte și costuri reduse. În plus, pe termen mediu, se pot utiliza roboți mai mici, ceea ce reduce și emisiile de CO2 și costurile,” spune Jens Ertel, Șeful departamentului de Fabricare Aditivă BMW.

„Pe lângă procedura directă de fabricare aditivă, Grupul BMW folosește și imprimarea 3D pe bază de nisip pentru a crea matrițe de mulți ani la unitatea sa din Landshut. Această tehnologie este utilizată în mod obișnuit pentru fabricarea prototipurilor de turnare, precum și pentru producția pe scară largă a componentelor pentru motoare de înaltă performanță. Un alt domeniu foarte atractiv de aplicare este cel al dispozitivelor de producție de mari dimensiuni,” spune Klaus Sammer, Șeful departamentului de Planificare a Produselor și Proceselor pentru Turnarea de Metale Ușoare.

Matrițe imprimate pentru producția de chiuloase din aluminiu în producția pe scară largă

Procesele de fabricație aditivă sunt utilizate zilnic de mult timp la fabrica Grupului BMW din Landshut. De mulți ani, acestea includ matrițe pentru fabricarea chiulaselor din aluminiu, care sunt imprimate tridimensional utilizând procesul de turnare în nisip. Aici, nisipul este aplicat repetat în straturi subțiri și lipit împreună folosind lianți. Aceasta face posibilă crearea de matrițe pentru fabricarea structurilor foarte complexe, care sunt apoi umplute cu aluminiu lichid.

Utilizarea imprimării 3D pentru fabricarea dispozitivelor mari de prindere pentru acoperișurile CFRP

De câțiva ani, Centrul de Tehnologie și Construcții Ușoare al Grupului BMW din Landshut utilizează un dispozitiv de prindere deosebit de mare, fabricat prin procesul de imprimare 3D. Cântărind aproximativ 120 de kilograme, dispozitivul de prindere pentru un robot poate fi fabricat în doar 22 de ore și este apoi utilizat pe o presă în producția tuturor acoperișurilor CFRP pentru modelele BMW M GmbH. Presa este încărcată mai întâi cu materialul brut CFRP. Dispozitivul de prindere este rotit pur și simplu la 180 de grade pentru a îndepărta acoperișurile finalizate. Comparativ cu dispozitivele de prindere convenționale, versiunea fabricată utilizând imprimarea 3D este cu aproximativ 20% mai ușoară, ceea ce extinde durata de funcționare a roboților și reduce, de asemenea, uzura sistemului, precum și intervalele de întreținere. Utilizarea combinată pentru două etape a redus, de asemenea, timpul ciclului. O caracteristică unică a dispozitivului de prindere al robotului este combinația ideală între două procese diferite de imprimare 3D. În timp ce ventuzele și clemele pentru dispozitivul de prindere cu ace, utilizate pentru ridicarea materialului brut CFRP, sunt fabricate utilizând sinterizarea selectivă cu laser (SLS), carcasa mare a acoperișului și structura portantă sunt fabricate prin imprimare la scară largă (LSP). LSP poate fi utilizată pentru a produce componente mari în mod economic și sustenabil. Procesul utilizează granule de turnare prin injecție și materiale plastice reciclate, în timp ce materialele reziduale CFRP pot fi, de asemenea, utilizate și reciclate. Comparativ cu utilizarea materiilor prime primare, emisiile de CO2 în timpul fabricării dispozitivului de prindere sunt cu aproximativ 60% mai mici.

Economii suplimentare de greutate datorită noii generații de dispozitive de prindere bionice

În vara anului 2023, a fost introdusă o nouă generație, și mai ușoară, de dispozitive de prindere. Pentru a realiza acest lucru, conceptul anterior de dispozitiv de prindere a fost analizat și optimizat topologic – dând naștere dispozitivului de prindere bionic. Acesta combină carcasa acoperișului din imprimanta LSP cu ventuzele SLS și o structură portantă optimizată bionic. Pentru aceasta, o matriță cu miezuri imprimate este utilizată în procesul de turnare în nisip. Această matriță este apoi turnată cu structura de aluminiu detaliată. Noul dispozitiv de prindere este cu 25% mai ușor decât predecesorul său, ceea ce înseamnă că întregul proces de fabricare a unui acoperiș CFRP pentru BMW M3 poate fi realizat cu un singur robot, în loc de trei, așa cum era cazul anterior. În prezent, dispozitive de prindere duble, fabricate individual în cadrul Grupului BMW, prin imprimare 3D, sunt utilizate pentru toate acoperișurile CFRP la fabrica Grupului BMW din Landshut.

Noul dispozitiv de prindere imprimat 3D este folosit și în construcția șasiului

Grupul BMW utilizează, de asemenea, dispozitive de prindere produse prin procesul de imprimare 3D în construcția șasiului – de exemplu, dispozitive de prindere imprimate prin procesul LSP pentru manipularea ușilor la fabrica Grupului BMW din Regensburg. „Cu o structură portantă optimizată, produsă utilizând imprimarea 3D, am reușit să creștem rigiditatea dispozitivului de prindere în timpul manipulării elementelor de ușă la fabrica din Regensburg, reducând în același timp greutatea. În proiectele ulterioare, este posibilă utilizarea roboților cu o capacitate de încărcare mai mică, ceea ce ajută la reducerea costurilor,” spune Florian Riebel, Șeful departamentului de Producție a Ușilor și Capotelor din Regensburg.

Cu toate acestea, compania face acum un pas mai departe la fabrica Grupului BMW din Munchen. De curând, primele exemple de dispozitive de prindere bionice pentru roboți au fost utilizate la fabrica-mamă. Acest dispozitiv de prindere poate susține și muta întregul ansamblu de podea al unui BMW i4. Pentru dispozitivul de prindere al ansamblului de podea, imprimarea 3D este utilizată pentru a crea o matriță de turnare în nisip, care este umplută cu aluminiu lichid. Suportul este optimizat în ceea ce privește greutatea și capacitatea maximă de încărcare, și cântărește, cu toate elementele suplimentare, doar 110 kilograme. Aceasta îl face cu aproximativ 30% mai ușor decât modelul convențional anterior. Fabricarea folosind turnarea în nisip și aluminiu permite reprezentarea unor structuri optimizate în ceea ce privește sarcina. Acest lucru are ca rezultat o reducere maximă a greutății și astfel permite, pe termen mediu, utilizarea unor roboți de ridicare mai mici și mai ușori, care necesită mai puțină energie și astfel reduc emisiile de CO2. Markus Lehmann, Șeful departamentului de Inginerie și Robotică la fabrica Grupului BMW din Munchen: „La fabrica din Munchen, extindem continuu utilizarea dispozitivelor de producție create prin fabricație aditivă. În ceea ce privește sistemele de prindere și manipulare, folosim imprimarea 3D pentru a echipa dispozitivele noastre de prindere existente cu atașamente imprimate individual și deja înlocuim sistemele de prindere complete cu structuri portant optimizate în ceea ce privește greutatea. Când manipulăm întregul ansamblu de podea al BMW i4, acest lucru ne-a permis să reducem greutatea dispozitivului complet de prindere cu 30% – 50 kg – și astfel să extindem durata de funcționare a instalațiilor noastre.”

Utilizarea soluțiilor software inovatoare în fabricația aditivă

Structurile complicate și bionice sunt proiectate și 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 optimizarea rapidă și eficientă și este acum utilizată în multe domenii de dezvoltare din cadrul Grupului BMW. Merită să fie utilizat în special în imprimarea 3D, deoarece structurile bionic optimizate topologic pot fi imprimate practic identic cu cele proiectate, datorită gradului ridicat de flexibilitate al procesului de imprimare 3D. Aceasta permite exploatarea întregului potențial pentru construcțiile ușoare. Campusul de Fabricare Aditivă al Grupului BMW găzduiește o echipă de specialiști în design și construcții, care compară o gamă diversificată de soluții software și le utilizează pentru a proiecta componente. Cunoștințele sunt apoi transmise în întreaga companie prin intermediul Campusului de Fabricare Aditivă. În cazul proiectării dispozitivelor de prindere, au fost dezvoltate și implementate fluxuri de lucru speciale, care permit calcularea și construcția structurii portante să fie în mare parte automatizată și, astfel, rapidă și eficientă.