宝马使用进阶3D打印技术来制造汽车零部件

在位于慕尼黑Oberschleißheim的增材制造园区，宝马集团拥有一条通往金属车辆零部件和工具的创新增材生产工艺的“火线”，使用的正是电弧增材制造技术（WAAM）——3D打印技术中的一种：用电弧熔化由铝或类似材料制成的线材后，软件控制的机器人将大量焊缝精确地放置在彼此的顶部，直到完成整个部件。

而由于压力意味着逐层成型，无需考虑脱模性，因此可以实现刚性和重量之间最佳比例的中空结构。这意味着这些部件比目前批量生产的同类压铸部件更轻、更坚固。由于能源需求较低和材料浪费较少，它们的生产也可以更加可持续。未来，宝马集团计划在量产车辆中使用采用WAAM工艺制造的零部件。

WAAM工艺特别适合大型部件

WAAM电弧增材制造下的单条焊缝的宽度和高度较大，这意味着使用其可以极其快速地生产组件。与宝马集团已在原型机和小批量生产中使用的激光束熔化相比，WAAM特别适合较大的部件。典型的壁厚非常适合车身、驱动器和底盘区域的部件。此外，工具和设备也可以使用这种高科技工艺来制造，这种工艺也用于航空业。

增材制造园区正在发展

宝马集团正在慕尼黑Oberschleißheim的增材制造园区试验这一流程，他们将这一领域的生产、研究和培训集中在同一屋檐下。宝马在这方面拥有30多年的经验，是增材制造领域的先驱。自2015年以来，宝马集团员工一直专注于WAAM工艺，也称为堆焊。自2021年以来，用于生产测试部件的WAAM单元一直在被使用。这些示例应用之一是悬架支柱支撑，在测试台上进行了大量测试后，宝马正在将其与铝压铸制成的系列生产部件进行比较。

宝马增材制造负责人Jens Ertel表示：“在早期阶段，WAAM工艺可以降低生产过程中的排放量，这一点已经很明显。组件重量较轻，材料利用率优越，并且可以选择使用可再生能源，这意味着可以更高效地生产组件。”批量生产的下一阶段开发是测试车辆中的组件，这将在可预见的将来开始。

WAAM工艺中较宽的焊缝意味着部件的表面并不光滑，而是略有波纹，必须在关键区域进行精加工。然而，宝马集团工程师能够证明WAAM组件可以用于高负载，包括循环负载，甚至无需对表面进行后处理。优化的工艺参数对于确保直接生产的耐用性至关重要，因此焊接工艺和机器人路径规划的组合必须得到最佳协调。

通过衍生式设计和算法进行配置

为了充分利用WAAM工艺生产的部件，制造工艺与通用新部件设计的结合至关重要。为此，宝马集团不断加速运用衍生式设计。在这里，计算机使用算法根据具体要求设计优化的组件。这些算法是与跨学科团队密切合作开发的，部分灵感来自自然界的进化过程。与仿生结构一样，第一步是仅使用组件拓扑实际所需的材料，在第二步的微调过程中，仅在必要时对组件进行加固。这最终会带来更轻、更坚固的部件，以及更高的效率和改进的车辆动力。

宝马集团汽车研究负责人Karol Virsik表示：“令人印象深刻的是，WAAM技术从研究发展成为一种灵活的工具，不仅可以用于测试组件，还可以用于批量生产组件。生成设计方法的使用使我们能够充分利用设计自由度，从而充分利用技术的潜力。而就在几年前，这还是不可想象的。”

生产流程可以互补

不同的增材生产工艺不一定相互竞争，而应被视为互补。例如，在最高水平的细节分辨率方面，激光束熔化将继续比WAAM工艺更具优势。然而，就部件的可能尺寸和沉积速率而言，WAAM电弧增材制造更为优越。宝马集团最初计划在 Oberschleißheim集中生产WAAM零部件，将来也可以在其他地点进行生产并由供应商使用该技术。此外，甚至可以想象使用该工艺直接在装配线上生产单个部件，并且无需新工具，只需更改软件即可制造不同的零件。通过增加回收金属的使用也可以进一步提高可持续性。