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揭秘:宝马公司(BMW)内部对3d打印的看法

在30多年前以“快速成型”名字出现起,汽车行业已成为3d打印技术应用最早的领域之一。3d打印技术发展越来越成熟,已到达可直接打印最终产品的临界点,汽车领域再次快速认识到3d打印技术的潜力。

3d打印汽车

在汽车行业发展史上,宝马集团很早就应用了3d打印系统。从最开始通过早期3d打印机生产手板样件,到最近直接进行批量生产。实际上,劳斯莱斯幻影上有10,000多个3d打印零件,体现出BMW公司上下对3d打印技术以及应用好它的信心。

考虑到完全新型的3d打印技术(如Carbon3D和HP公司的新技术)的出现,BMW快速看到这些走在科技前沿、能生产出更好车辆的新系统的的潜力。制造业集团已成为Carbon公司超快、无层M1打印机和惠普公司多喷头熔融(MJF:Multi Jet Fusion)打印机的早期客户。

宝马3d打印

为了更好理解宝马集团内部是如何应用3d打印技术的,ENGINEERING.com与BMW集团增材制造中心负责人Jens Ertel进行了沟通,来研究宝马公司内部对3d打印技术的看法与经验。

1、BMW的3d打印历史

宝马集团应用3d打印技术的历史已超过25年,最开始用来生产车辆验证与测试、概念车、展示车的预研发模型。

宝马汽车3d打印

Ertel详细介绍了3d打印技术如何从打印手板样件发展成为真正的增材制造技术:“对我们的产品系列,显然3d打印不能仅仅只用于原型样件的生产。随后,我们自己对3d打印技术和材料进行了研究。基于研究结果,我们不断打印出可能的零件,努力寻找合适的项目以及3d打印适合应用的地方。由于在设备技术和材料的发展,我们有机会走的更远”。

宝马金属3d打印

金属3d打印有超过10年的历史,BMW公司在很早就开始使用它。“在金属3d打印领域,宝马集团有超过十年的专业知识积累。”Ertel解释道:“金属3d打印主要用于样车金属部件功能性测试。”在批量化生产前,这项测试能为公司提供早期帮助。

宝马集团最早在2010年就可以批量3d打印零件。这个水泵叶轮是为德国房车赛(DTM)赛车加工的,Ertel称至今已打印超过650件水泵叶轮了。“作为最终使用金属产品,宝马目前用3d打印方法为DTM赛车提供水泵叶轮。这个承受高应力的高精度零部件由铝合金材料构成,在以前的摩托车赛严酷环境中已证明其价值,”Ertel说道:“无一例外,所有泵齿轮都完美工作。”

金属3d打印水泵叶轮

然而,像宝马这样的制造商并不是因为尝鲜才开始使用3d打印技术。这种技术有时候能提供完美的解决方案,尤其是对于其它工艺难以加工的几何非常复杂零件,或者是某些生产规模很小的特殊车辆。Ertel以DTM水泵叶轮为例解释道:“对于小批量生产,增材制造已被证明是完美加工方式。首先,它使得六叶轴流泵轮的设计优化成为可能,采用其他工艺要花费远大于现在的代价。借助这种技术,DTM赛车零部件得到理想的气动性能变为可能。其次,不再需要复杂的模具,这使得以需求为导向的生产更为高效。”

2、劳斯莱斯幻影和曜影

在2012年,宝马集团开始用3d打印技术为劳斯莱斯幻影制造零件,这比GE大肆宣扬的3d打印LEAP喷气式发动机燃料喷嘴更早。根据Ertel的说法,这些零件包括报警灯塑料把手、中央锁按钮及电子刹车阀等。

BMW 3d打印

从那时起,宝马公司开始为劳斯莱斯曜影3d打印光纤电缆安装支架,并计划在产品整个生命周期中安装几千个这种结构。

3d打印最终零件

3d打印这些结构的背后原因在于设计的复杂性。尽管可以通过传统工艺来制造,宝马相信3d打印能大大缩短加工时间,同时产品性能满足必要的标准。“这些零件非常复杂,而且材料能完全满足需要,所以我们改用为增材制造加工工艺”,Ertel说道。

3、未来3d打印技术

正如BMW集团很早就应用金属3d打印技术,它也是Carbon和HP最早的客户之一,宝马相信用这两种技术来加工最终零件可能非常必要。Ertel指出其原因在于这些技术具有速度快、成本低的特点。

Carbon3D的连续液面生长工艺(CLIP:Continuous Liquid Interface Production)能够在几分钟内加工出零件。CLIP 3d打印利用数字光处理器把UV光透过玻璃投影到树脂槽,这种特殊玻璃允许氧气渗入。

这个光学玻璃让聚合物固化速度大大提升,使得加工各向同性零件成为可能,这种情况下产品在X、Y、Z轴力学性能是一致的,而不像其他工艺Z轴性能很差。二次固化能让这些产品更加结实。此外,同其他3d打印工艺相比,CLIP技术打印的物体更加接近注塑件。

 Carbon 3d打印

BMW已经开始用CLIP技术打印个性化侧指示器,这些项目中宝马邀请德国用户为产品投票取名。获胜的名字用CLIP技术打印出来,并应用在车辆的外面。

 CLIP 3d打印

与CLIP技术不同,惠普的MJF技术把粘结剂喷射和红外线熔融结合起来加工物体。在一组红外灯走过并粘结熔融介质前,每秒钟打印头会在粉末床上沉积30微米熔融物和细节墨水液滴,这提高了加工速度。在用来加工终端产品前,宝马公司计划先用这种技术生产样件原型。

Ertel相信CLIP和MJF技术都将提高生产速度,而不增加成本。Ertel解释道:“与传统的逐点3d打印方法相比,这些新型平面3d打印技术会让加工速度更快、经济成本更低。使用投影机或红外光源来加工整个表面或者更大范围,而不点到点的昂贵CO2或者UV光源。”

他补充到:“现如今,层加工技术似乎是增材制造批量生产的核心,最新的例子可以在HP MJP技术的初步试验中发现。这些工艺最开始将用于原型生产,但长远来看我们会把它扩展到批量生产。”

CLIP和MJF只是BMW应用3d打印技术的最新例子。根据公司的业绩记录,宝马显然会不断应用任何最前沿加工工艺。Ertel总结道:“增材制造将成为宝马集团未来主要生产方法之一,它有非常大的潜力。把3d打印零件应用到劳斯莱斯系列产品上是我们把3d打印应用于大批量生产路上的又一重要里程碑。通过使用新技术,在未来我们能进一步缩短生产时间,并不断开拓出无模具生产方法的潜力。在3d打印大范围应用于批量生产的路上,将会出现新的里程碑来见证这个相对年轻技术在技术上和经济上的不断成熟。根据我们目前已知的情况,这个旅程看起来非常有前途。”

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    文章来源:http://www.engineering.com/

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