打造汽車3D打印產(chǎn)線,寶馬牽頭的IDAM計劃發(fā)展情況如何?
魔猴君 行業(yè)資訊 1612天前
2019年3月27日,IDAM聯(lián)合項目在慕尼黑舉行了啟動會議,旨在為增材制造業(yè)進入汽車系列生產(chǎn)鋪平道路。IDAM的目標是推動“汽車領域的增材制造(AM)技術的工業(yè)化和數(shù)字化”。在這個項目中,12個項目合作伙伴正在為可持續(xù)地加強德國的技術先鋒地位做出持續(xù)努力,并為德國在下一次工業(yè)革命中的制造強國地位奠定重要基石。
IDAM計劃至今已經(jīng)進展了一半,本期,與網(wǎng)友一起就合作計劃中成員單位之一GKN的進展來了解下IDAM的項目狀況。
寶馬量產(chǎn)的3D打印汽車零件
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,并聚集了12個合作伙伴:亞琛工業(yè)大學數(shù)字制造DAP學院、Fraunhofer ILT弗勞恩霍夫激光技術研究所、慕尼黑工業(yè)大學金屬成型和鑄造學院、GKN粉末冶金,寶馬集團,Aconity(美鋁分拆出來的增材制造業(yè)務),Concept Reply,Myrenne,Intec,Kinexon Industries,Volkmann,Schmitz Spezialmaschinenbau。
每個合作伙伴都在其特定的專業(yè)知識領域做出貢獻,以幫助建立一條全自動的,產(chǎn)業(yè)化的增材制造試點生產(chǎn)線。IDAM的目標是建立兩條試驗線,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。
寶馬汽車慕尼黑3D打印園區(qū)內(nèi)的產(chǎn)品開發(fā)。來源:寶馬汽車
IDAM團隊正在將增材制造技術向符合特定要求的方向努力,以生產(chǎn)質量一致的零件以及基于特定組件的個別備品備件。目標是每年3D打印至少50,000個批量生產(chǎn)的零部件和10,000多個零件和備件。IDAM試生產(chǎn)線包含一個開放式體系結構,該體系結構可適用于任何LPBF系統(tǒng)(選區(qū)激光金屬熔化3D打印技術)。
GKN粉末冶金是IDAM聯(lián)盟的重要成員,也是德國波恩工廠兩條試點生產(chǎn)線之一的主辦方。GKN利用其在常規(guī)粉末冶金系列生產(chǎn)中的廣泛知識以及在金屬增材制造方面的經(jīng)驗來創(chuàng)建工業(yè)化、自動化的工廠設置。
IDAM中的模塊化方法還可以使GKN產(chǎn)品組合中的其他增材制造技術(例如金屬粘結劑噴射)實現(xiàn)數(shù)字化連接并從新的開發(fā)中受益。在IDAM項目的框架內(nèi),GKN充當了各個項目成員之間的關鍵橋梁,將過程開發(fā)的概念從學術方面轉變?yōu)橐詰脼橹行牡牟呗浴KN和寶馬還提供了對資格認證過程的重要見解,并為正在開發(fā)試線模塊的中小型企業(yè)提供支持。
寶馬汽車慕尼黑3D打印園區(qū)通過VR進行生產(chǎn)規(guī)劃。來源:寶馬汽車
目前,IDAM項目處于檢查中試線模塊概念的階段,準備在2021年初驗收其余模塊,目前還有大約有一年的時間來測試和驗證。換句話說,數(shù)字架構已接近尾聲,由于生產(chǎn)線的模塊化結構,必要時可以升級換代,各個模塊可以適應不同的生產(chǎn)要求,此外,可以靈活地控制工藝步驟。通過綜合考慮融入汽車生產(chǎn)線的要求,項目合作伙伴計劃將流程鏈中的手工部分從目前的約35%減少到不到5%。與此同時,3D打印金屬零部件的單位成本應該減半。
在過去的一年中,要解決的最關鍵問題是創(chuàng)建數(shù)字架構,包括數(shù)字標準和AM過程鏈的IoT連接概述。覆蓋整個增材制造過程的數(shù)字架構對于確保增材制造過程鏈模塊之間的通信以及實現(xiàn)批量生產(chǎn)所需的可靠性至關重要。
適應數(shù)字體系結構的最大障礙之一是為各種LPBF系統(tǒng)(選區(qū)激光金屬熔化3D打印技術)創(chuàng)建一個全面的解決方案,這些系統(tǒng)在與流程鏈的接口上都各不相同。
GKN工廠內(nèi)的EOS設備。來源:GKN
市場上LPBF系統(tǒng)(選區(qū)激光金屬熔化3D打印技術)的多樣性使實現(xiàn)可靠且靈活的接口變得非常困難。GKN當前正在驗證最近購買的EOS M300-4四激光系統(tǒng),測試多激光曝光策略,并提高系統(tǒng)的生產(chǎn)率。目前,新的金屬增材制造系統(tǒng)已于2020年5月在公司的波恩工廠安裝。
隨著IDAM項目接近一半的進展,最顯著的進步之一是GKN對金屬粉末材料的鑒定,證明了DP 600雙相鋼在汽車市場上工業(yè)化的巨大潛力。這是一種雙相鋼,可以使用熱處理方法調(diào)節(jié)其機械性能。
DP 600雙相鋼氣體霧化材料目前已在EOS M300-4系統(tǒng)上進行了驗證,其伸長率達到13%(原樣),達到22%(經(jīng)熱處理),拉伸強度達到700 MPA(經(jīng)過熱處理)。這些特性使得雙相鋼材料成為汽車及其他工業(yè)市場結構性件應用的理想選擇。而通過將水霧化粉末用于未來應用,可以進一步降低零件成本。
值得一提的是IDAM聯(lián)盟中兩家重量級成員:亞琛工業(yè)大學數(shù)字制造DAP學院、Fraunhofer ILT弗勞恩霍夫激光技術研究所。從1995年開始,亞琛的Fraunhofer就一直在推動增材制造突破界限,從混合制造,到選區(qū)激光熔化技術SLM的專利誕生,到模具應用開發(fā)、植入物應用開發(fā)等等,亞琛這里聚集了技術與應用兩條主線的前沿發(fā)展趨勢。
視頻:ACAM為復雜的增材制造導航
視頻中ACAM的兩位直接領導人Schleifenbaum教授來自Fraunhofer ILT和亞琛工業(yè)大學DAP學院主席,Artnz博士來自Fraunhofer IPT
在2015年,以Fraunhofer ILT, Fraunhofer IPT,亞琛工業(yè)大學為基礎的ACAM成立,通過ACAM聚集亞琛的資源以及應用端的需求,從而進一步推動行業(yè)發(fā)展。目前有超過100多名科研人員從事增材制造的科研,解鎖增材制造復雜奧秘,ACAM集中亞琛的優(yōu)勢資源推動增材制造認證、聯(lián)合研發(fā)、培訓教育、產(chǎn)業(yè)孵化等多方面的發(fā)展。
而ACAM所在的亞琛園區(qū)已經(jīng)建設為歐洲5G工業(yè)園區(qū),于2020年5月12日啟動了5G網(wǎng)絡,通過將近1平方公里的面積,19根5G天線和每秒10G比特的帶寬,德國亞琛園區(qū)運行著歐洲最大的5G研究網(wǎng)絡。5G為制造業(yè)帶來的革新價值是Networked, Adaptive Production-網(wǎng)絡化自適應生產(chǎn)。從自適應生產(chǎn)的目標出發(fā),歐洲5G園區(qū)的研發(fā)模塊包括:用于監(jiān)視和控制高度復雜制造過程的5G無線傳感器,制造自適應:分布式制造控制與干預,區(qū)塊鏈,邊緣云計算,數(shù)字孿生體技術等。
在亞琛,基于5G網(wǎng)絡,研究人員已經(jīng)針對葉片的增材和減材制造和維修過程(例如銑削和激光金屬沉積金屬3D打印技術(LMD))建立過程仿真和過程鏈的重新配置。通過在過程中詳細記錄實際數(shù)據(jù),可以通過優(yōu)化的計劃工具使數(shù)據(jù)一致性并確保計劃的透明性。
隨著3D打印進入到主流生產(chǎn)技術范疇,與其他傳統(tǒng)加工工藝的無縫結合,數(shù)字化、自動化、自適應,將成為研究人員推動行業(yè)發(fā)展的開發(fā)方向與研究課題主線。
來源:3D科學谷