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作為 BMBF 資助的 IDAM（增材制造工業(yè)化和數(shù)字化）項(xiàng)目的一部分，由12個(gè)項(xiàng)目合作伙伴組成的合作共同為寶馬建立了兩條全自動(dòng)生產(chǎn)線，用于汽車零部件的增材系列生產(chǎn)。

基于新的基礎(chǔ)設(shè)施，現(xiàn)在可以在兩個(gè)地點(diǎn)使用相同的零件經(jīng)濟(jì)高效地生產(chǎn)至少50,000個(gè)組件，并使用金屬3D打印生產(chǎn)超過10,000個(gè)單獨(dú)的零件和備品備件。RWTH亞琛工業(yè)大學(xué)DAP數(shù)字增材生產(chǎn)學(xué)院和Fraunhofer ILT亞琛弗勞恩霍夫激光研究所的科學(xué)家支持了該項(xiàng)目，特別是在流程鏈的數(shù)字自動(dòng)化領(lǐng)域。

在2022年6月23日，在豐科世界孵化器聯(lián)合南極熊3D打印網(wǎng)、中關(guān)村認(rèn)同應(yīng)用技術(shù)跨界創(chuàng)新聯(lián)盟舉辦的“AM Forward—進(jìn)一步推動(dòng)我國(guó)增材制造發(fā)展”線上研討會(huì)上，來自ACAM亞琛增材制造中心的科學(xué)家Jan Marvin Schaefer分享了寶馬IDAM項(xiàng)目汽車零件3D打印自動(dòng)化生產(chǎn)線的技術(shù)內(nèi)涵。

首次將3D打印集成到汽車產(chǎn)線

將增材制造工業(yè)化和數(shù)字化，使其可用于汽車零部件的批量生產(chǎn)——這是2019年IDAM項(xiàng)目確定的目標(biāo)。經(jīng)過三年的密切合作，來自中小企業(yè)、大公司和研究機(jī)構(gòu)組成的12 個(gè)項(xiàng)目合作伙伴宣布成功實(shí)施了這一項(xiàng)目。

寶馬汽車的自動(dòng)化增材制造生產(chǎn)線從一個(gè)概念開始，現(xiàn)在是一條全自動(dòng)AM生產(chǎn)線，首次將金屬3D打印集成到汽車行業(yè)的自動(dòng)化系列工藝中，這揭示了汽車零部件增材制造的進(jìn)一步潛力。

一條在GKN在波恩的工廠，另一條在寶馬集團(tuán)在慕尼黑的工廠。項(xiàng)目的設(shè)計(jì)目標(biāo)是通過自動(dòng)化將人工活動(dòng)從35%減少到5%，3D打印金屬零件成本降低一半以上。

3D打印在汽車領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)產(chǎn)業(yè)化面臨著諸多的挑戰(zhàn)，包括3D打印制造產(chǎn)品的最大尺寸，零件質(zhì)量的一致性，適用于汽車行業(yè)的材料，滿足汽車行業(yè)的制造效率，滿足汽車行業(yè)的低成本挑戰(zhàn)等，那么寶馬汽車是如何實(shí)現(xiàn)3D打印領(lǐng)域的能力進(jìn)階的呢？

項(xiàng)目聯(lián)盟中的12個(gè)合作伙伴中包括中小企業(yè)，這些中小企業(yè)通過其專業(yè)知識(shí)為寶馬的增材制造生產(chǎn)線設(shè)計(jì)、提供和連接模塊方面的支持。項(xiàng)目開發(fā)了各個(gè)工藝步驟之間接口的自動(dòng)化，并開發(fā)了用于金屬 3D 打印的系列化和模塊化生產(chǎn)設(shè)施。其他模塊化工藝組件，如粉末處理、監(jiān)控和自動(dòng)化后處理，也由中小企業(yè)開發(fā)。

Fraunhofer ILT弗勞恩霍夫激光研究所，亞琛工業(yè)大學(xué)RWTH DAP數(shù)字增材制造學(xué)院承擔(dān)了過程控制、數(shù)字孿生和提高質(zhì)量等任務(wù)，還制定行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)并詳細(xì)闡述與行業(yè)相關(guān)的質(zhì)量特征。

Jan Marvin Schaefer分享了寶馬增材制造自動(dòng)化生產(chǎn)線對(duì)破除當(dāng)前增材制造困局的意義，長(zhǎng)久以來，增材制造受制于高成本、高材料價(jià)格、高手動(dòng)工作量、低生產(chǎn)效率、設(shè)備之間溝通不暢、端到端的質(zhì)量保證缺乏一致性等等問題，這些制約因素導(dǎo)致增材制造很難進(jìn)入到汽車的產(chǎn)業(yè)化全自動(dòng)生產(chǎn)線的形態(tài)。

全自動(dòng)生產(chǎn)線也得益于開放矢量格式 (OVF)

在短短三年內(nèi)，合作伙伴共同開發(fā)了一條能夠在計(jì)算機(jī)控制下自行執(zhí)行所有工作步驟的生產(chǎn)線。通過這種方式，組件可以自主設(shè)計(jì)、生產(chǎn)和返工。甚至使用的金屬粉末也會(huì)自動(dòng)回收。無人駕駛運(yùn)輸系統(tǒng)在生產(chǎn)線的各個(gè)模塊之間移動(dòng)原材料和最終產(chǎn)品，這些機(jī)器由一個(gè)中央控制單元協(xié)調(diào)，來自各個(gè)生產(chǎn)線模塊的所有生產(chǎn)數(shù)據(jù)都在其中匯集。

開放矢量格式為這一成功的數(shù)字化做出了重要貢獻(xiàn)，這種新的數(shù)據(jù)格式用于可靠地生成和處理 LPBF 工藝的生產(chǎn)數(shù)據(jù)。在 IDAM 中用于組合來自不同制造商的流程鏈中不同程序或自動(dòng)化子步驟的輸出，并合并相應(yīng)的數(shù)據(jù)。這為項(xiàng)目中開發(fā)的可擴(kuò)展、模塊化和自動(dòng)鏈接的LPBF工藝鏈奠定了基礎(chǔ)。

為了能夠以最佳方式使用全自動(dòng)生產(chǎn)線，RWTH亞琛工業(yè)大學(xué)數(shù)字化生產(chǎn)制造學(xué)院DAP開發(fā)了用于自動(dòng)優(yōu)化組件方向的軟件模塊。對(duì)要打印的組件的制造效率、持續(xù)時(shí)間和質(zhì)量控制起著重要作用。此外，通過開發(fā)基于人工智能的算法，現(xiàn)場(chǎng)過程監(jiān)控和數(shù)據(jù)評(píng)估得到了改進(jìn)。在這里，OVF 也能夠通過集成元數(shù)據(jù)來提供支持。

通過 OVF 鏈接數(shù)字和物理流程鏈，由于精簡(jiǎn)但信息豐富的數(shù)據(jù)格式，可實(shí)現(xiàn)穩(wěn)健且高效的制造流程。借助這種標(biāo)準(zhǔn)化格式，可以顯著減少將數(shù)據(jù)傳輸?shù)焦S的手動(dòng)工作，從而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。

具有虛擬和增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)的可擴(kuò)展培訓(xùn)概念

除了自動(dòng)化流程鏈之外，IDAM 還解決了增材制造創(chuàng)新培訓(xùn)概念的需求。在研討會(huì)的基礎(chǔ)上，項(xiàng)目開發(fā)了增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)和虛擬現(xiàn)實(shí)培訓(xùn)。因此，專家現(xiàn)在可以在可擴(kuò)展的環(huán)境中快速、交互地了解最新的增材制造。除了3D打印工藝本身，培訓(xùn)還涵蓋了工藝鏈中的上游步驟，例如設(shè)計(jì)——特別是通過增材制造的設(shè)計(jì)自由度帶來的新可能性。

項(xiàng)目合作伙伴的緊密協(xié)作和團(tuán)隊(duì)精神在成功中得到體現(xiàn)

項(xiàng)目的成功實(shí)施需要所有項(xiàng)目合作伙伴的專業(yè)知識(shí)，這是3D 打印領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)數(shù)字化和自動(dòng)化的唯一途徑。根據(jù)寶馬集團(tuán)項(xiàng)目經(jīng)理 Felix Haeckel ，從項(xiàng)目的第一天開始，合作伙伴之間的團(tuán)隊(duì)精神就明顯的發(fā)揮了作用。相互學(xué)習(xí)，共同開發(fā)創(chuàng)新解決方案，并以最佳方式發(fā)揮每個(gè)合作伙伴的個(gè)人優(yōu)勢(shì)。對(duì)于 IDAM，這些是成功的關(guān)鍵。

這項(xiàng)耗資2000萬歐元的計(jì)劃部分由德國(guó)聯(lián)邦教育與研究部（BMBF）資助，12個(gè)合作伙伴包括：亞琛工業(yè)大學(xué)數(shù)字制造DAP學(xué)院、Fraunhofer ILT弗勞恩霍夫激光技術(shù)研究所、慕尼黑工業(yè)大學(xué)金屬成型和鑄造學(xué)院、GKN粉末冶金，寶馬集團(tuán)，Aconity（美鋁分拆出來的增材制造業(yè)務(wù)），Concept Reply，Myrenne，Intec，Kinexon Industries，Volkmann，Schmitz Spezialmaschinenbau。

來源：3D科學(xué)谷