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作為 BMBF 資助的 IDAM（增材制造工業(yè)化和數(shù)字化）項目的一部分，由12個項目合作伙伴組成的合作共同為寶馬建立了兩條全自動生產(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)在可以在兩個地點使用相同的零件經(jīng)濟高效地生產(chǎn)至少50,000個組件，并使用金屬3D打印生產(chǎn)超過10,000個單獨的零件和備品備件。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)家支持了該項目，特別是在流程鏈的數(shù)字自動化領(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)村認同應(yīng)用技術(shù)跨界創(chuàng)新聯(lián)盟舉辦的“AM Forward—進一步推動我國增材制造發(fā)展”線上研討會上，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項目汽車零件3D打印自動化生產(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)、大公司和研究機構(gòu)組成的12 個項目合作伙伴宣布成功實施了這一項目。

寶馬汽車的自動化增材制造生產(chǎn)線從一個概念開始，現(xiàn)在是一條全自動AM生產(chǎn)線，首次將金屬3D打印集成到汽車行業(yè)的自動化系列工藝中，這揭示了汽車零部件增材制造的進一步潛力。

一條在GKN在波恩的工廠，另一條在寶馬集團在慕尼黑的工廠。項目的設(shè)計目標(biāo)是通過自動化將人工活動從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現(xiàn)3D打印領(lǐng)域的能力進階的呢？

項目聯(lián)盟中的12個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)知識為寶馬的增材制造生產(chǎn)線設(shè)計、提供和連接模塊方面的支持。項目開發(fā)了各個工藝步驟之間接口的自動化，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化生產(chǎn)線對破除當(dāng)前增材制造困局的意義，長久以來，增材制造受制于高成本、高材料價格、高手動工作量、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)致增材制造很難進入到汽車的產(chǎn)業(yè)化全自動生產(chǎn)線的形態(tài)。

全自動生產(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)了一條能夠在計算機控制下自行執(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、生產(chǎn)和返工。甚至使用的金屬粉末也會自動回收。無人駕駛運輸系統(tǒng)在生產(chǎn)線的各個模塊之間移動原材料和最終產(chǎn)品，這些機器由一個中央控制單元協(xié)調(diào)，來自各個生產(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，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化子步驟的輸出，并合并相應(yīng)的數(shù)據(jù)。這為項目中開發(fā)的可擴展、模塊化和自動鏈接的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)了用于自動優(yōu)化組件方向的軟件模塊。對要打印的組件的制造效率、持續(xù)時間和質(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)場過程監(jiān)控和數(shù)據(jù)評估得到了改進。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，由于精簡但信息豐富的數(shù)據(jù)格式，可實現(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的手動工作，從而實現(xiàn)自動化。

具有虛擬和增強現(xiàn)實的可擴展培訓(xùn)概念

除了自動化流程鏈之外，IDAM 還解決了增材制造創(chuàng)新培訓(xùn)概念的需求。在研討會的基礎(chǔ)上，項目開發(fā)了增強現(xiàn)實和虛擬現(xiàn)實培訓(xùn)。因此，專家現(xiàn)在可以在可擴展的環(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——特別是通過增材制造的設(shè)計自由度帶來的新可能性。

項目合作伙伴的緊密協(xié)作和團隊精神在成功中得到體現(xiàn)

項目的成功實施需要所有項目合作伙伴的專業(yè)知識，這是3D 打印領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)數(shù)字化和自動化的唯一途徑。根據(jù)寶馬集團項目經(jīng)理 Felix Haeckel ，從項目的第一天開始，合作伙伴之間的團隊精神就明顯的發(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)揮每個合作伙伴的個人優(yōu)勢。對于 IDAM，這些是成功的關(guān)鍵。

這項耗資2000萬歐元的計劃部分由德國聯(lián)邦教育與研究部（BMBF）資助，12個合作伙伴包括：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，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