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3D打印打造汽車 3D 打印產線,寶馬牽頭的 IDAM 計劃發展情況如何?

2020-08-10  1866

2019年3月27日,IDAM聯合項目在慕尼黑舉行了啟動會議,旨在為增材制造業進入汽車系列生產鋪平道路。IDAM的目標是推動“汽車領域的增材制造(AM)技術的工業化和數字化”。在這個項目中,12個項目合作伙伴正在為可持續地加強德國的技術先鋒地位做出持續努力,并為德國在下一次工業革命中的制造強國地位奠定重要基石。

IDAM計劃至今已經進展了一半,本期,與網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。

寶馬量產的3D打印汽車零件

block 汽車產業化,3D打印破局突圍之路

這項耗資2000萬歐元的計劃部分由德國聯邦教育與研究部(BMBF)資助,并聚集了12個合作伙伴:亞琛工業大學數字制造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務),Concept Reply,Myrenne,Intec,Kinexon Industries,Volkmann,Schmitz Spezialmaschinenbau。

每個合作伙伴都在其特定的專業知識領域做出貢獻,以幫助建立一條全自動的,產業化的增材制造試點生產線。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打印園區內的產品開發

block 模塊化生產線

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個批量生產的零部件和10,000多個零件和備件。IDAM試生產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(選區激光金屬熔化3D打印技術)。

GKN粉末冶金是IDAM聯盟的重要成員,也是德國波恩工廠兩條試點生產線之一的主辦方。GKN利用其在常規粉末冶金系列生產中的廣泛知識以及在金屬增材制造方面的經驗來創建工業化、自動化的工廠設置。

IDAM中的模塊化方法還可以使GKN產品組合中的其他增材制造技術(例如金屬粘結劑噴射)實現數字化連接并從新的開發中受益。在IDAM項目的框架內,GKN充當了各個項目成員之間的關鍵橋梁,將過程開發的概念從學術方面轉變為以應用為中心的策略。GKN和寶馬還提供了對資格認證過程的重要見解,并為正在開發試線模塊的中小型企業提供支持。

寶馬汽車慕尼黑3D打印園區通過VR進行生產規劃

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,數字架構已接近尾聲,由于生產線的模塊化結構,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。

block 建立數字架構

在過去的一年中,要解決的最關鍵問題是創建數字架構,包括數字標準和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批量生產所需的可靠性至關重要。

適應數字體系結構的最大障礙之一是為各種LPBF系統(選區激光金屬熔化3D打印技術)創建一個全面的解決方案,這些系統在與流程鏈的接口上都各不相同。

GKN工廠內的EOS設備

市場上LPBF系統(選區激光金屬熔化3D打印技術)的多樣性使實現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,測試多激光曝光策略,并提高系統的生產率。目前,新的金屬增材制造系統已于2020年5月在公司的波恩工廠安裝。

block DP600鋼的工業潛力

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化的巨大潛力。這是一種雙相鋼,可以使用熱處理方法調節其機械性能。

DP 600雙相鋼氣體霧化材料目前已在EOS M300-4系統上進行了驗證,其伸長率達到13%(原樣),達到22%(經熱處理),拉伸強度達到700 MPA(經過熱處理)。這些特性使得雙相鋼材料成為汽車及其他工業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。

block 科研為IDAM項目護航

值得一提的是IDAM聯盟中兩家重量級成員:亞琛工業大學數字制造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,到選區激光熔化技術SLM的專利誕生,到模具應用開發、植入物應用開發等等,亞琛這里聚集了技術與應用兩條主線的前沿發展趨勢。

在2015年,以Fraunhofer ILT, Fraunhofer IPT,亞琛工業大學為基礎的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發展。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集中亞琛的優勢資源推動增材制造認證、聯合研發、培訓教育、產業孵化等多方面的發展。

而ACAM所在的亞琛園區已經建設為歐洲5G工業園區,于2020年5月12日啟動了5G網絡,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,德國亞琛園區運行著歐洲最大的5G研究網絡。5G為制造業帶來的革新價值是Networked, Adaptive Production-網絡化自適應生產。從自適應生產的目標出發,歐洲5G園區的研發模塊包括:用于監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,區塊鏈,邊緣云計算,數字孿生體技術等。

在亞琛,基于5G網絡,研究人員已經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據,可以通過優化的計劃工具使數據一致性并確保計劃的透明性。

隨著3D打印進入到主流生產技術范疇,與其他傳統加工工藝的無縫結合,數字化、自動化、自適應,將成為研究人員推動行業發展的開發方向與研究課題主線。

文章來源:中國3D打印網


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