宝马集团在增材制造领域的确拥有丰富的经验和历史。从最初的原型车和赛车零部件制造，到如今为生产系统制造各种工作辅助工具和工具，宝马集团在3D打印技术的应用上不断扩展和深化。宝马的增材制造园区不仅是一个生产中心，也是研究和培训的重要基地。通过全球生产网络，宝马集团能够将3D打印技术应用到全球各地的工厂，促进了生产效率和创新能力的提升。
宝马集团在增材制造方面的应用不仅限于生产零部件，还包括为员工定制的矫形器、教学和生产辅助设备，以及3D打印工装夹具等。
▲ 汽车行业的3D打印路线图
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宝马集团在其生产系统中采用增材制造技术，这不仅提高了生产效率，还带来了一系列其他好处，3D打印使得宝马能够快速、经济、灵活地生产生产辅助设备。这种技术允许宝马根据具体需求对产品进行单独调整，优化其工装夹具的重量，从而提高生产线的速度，缩短周期时间，降低成本。
增材制造技术的应用还有助于减少工装夹具的体积，从而降低二氧化碳排放和成本。这表明宝马集团在追求经济效益的同时，也在致力于环境保护和可持续发展。
宝马集团的这些举措体现了其在技术创新和生产效率提升方面的领导地位，同时也展示了其对环境责任的承诺。通过这些先进的制造技术，宝马集团能够更好地满足市场需求，提高竞争力，并为可持续发展做出贡献。
3D打印砂型模具
宝马集团兰茨胡特工厂采用的砂型增材制造工艺，对于制造铝制气缸盖的模具来说，是一项革命性的创新。这种技术允许制造出传统工艺难以实现的复杂几何形状，从而提高产品的性能和生产效率。以下是3D打印在制造铝制气缸盖模具中的一些关键步骤和优势：
- 设计阶段：首先，需要使用CAD软件设计出气缸盖的三维模型。这个模型将被用来生成3D打印所需的数据。
- 3D打印模具：使用3D打印技术，可以打印出砂型模具。这种模具是通过将沙子逐层涂覆并使用粘合剂固定来制造的。这种方法可以创建出非常精细和复杂的内部结构。
- 砂型铸造：一旦砂型模具打印完成，就可以将其用于砂型铸造工艺。模具中的空腔被填充以液态铝，然后冷却固化形成气缸盖。
- 后处理：铸造完成后，需要对气缸盖进行清理，去除多余的材料，并进行必要的机械加工，以确保其尺寸精度和表面光洁度。
- 优势：
复杂性：3D打印技术可以制造出具有复杂内部结构的模具，这在传统铸造中很难实现。
成本效率：由于可以快速打印出定制模具，生产成本和时间都得到了优化。
设计灵活性：设计师可以更自由地探索新的设计，而不必担心制造的限制。
轻量化：通过优化内部结构，可以制造出更轻的气缸盖，从而提高燃油效率和性能。 - 环境影响：与传统铸造相比，3D打印技术可以减少材料浪费，并且可能降低能源消耗。
通过这种先进的制造技术，宝马集团能够提高生产效率，同时保持产品质量和创新性。这种技术的应用不仅适用于汽车行业，还可以推广到其他需要复杂砂型模具的领域。
3D打印制造大型机器人夹具
宝马集团位于兰茨胡特的轻量化结构和技术中心在制造过程中采用了3D打印技术，这不仅提高了生产效率，还实现了材料的节约和环境的保护。使用3D打印技术制造的机器人夹具，重量大约120公斤，制造时间仅需22小时。这些夹具用于生产BMW M车型的所有CFRP（碳纤维增强塑料）车顶。
压机首先装载CFRP原材料，通过夹具旋转180度来拆除成品屋顶。这种设计简化了生产流程。与传统夹具相比，3D打印夹具重量轻约20%，这有助于延长机器人的使用寿命，减少系统磨损，并延长维护周期。两个步骤的结合使用减少了生产循环时间，提高了生产效率。
夹具的制造采用了两种不同的3D打印工艺，SLS（选区激光烧结）用于制造真空夹具，而LSP（大规模印刷）用于制造大型屋顶壳和轴承结构。
LSP工艺使用注塑颗粒和回收塑料，CFRP剩余材料也可以被回收利用，与传统制造方法相比，制造夹具时的二氧化碳排放量降低了约60%。2023年夏季，宝马推出了新一代更轻的夹具，通过拓扑分析和优化，实现了重量的进一步减轻。新型夹具比前代轻了25%，使得BMW M3 CFRP车顶的制造过程只需一台机器人即可完成，而之前需要三台。
现在，宝马集团兰茨胡特工厂的所有CFRP屋顶现在都采用了通过3D打印技术制造的夹具，这展示了宝马在轻量化和生产效率方面的创新应用。
通过这些创新的3D打印技术，宝马集团不仅提高了生产效率，还实现了对环境的保护，这体现了其在汽车制造领域的先进性和可持续发展的承诺。
3D打印砂型模具用于底盘构造
在慕尼黑工厂，宝马进一步采用了仿生机器人夹具，这些夹具用于固定和移动BMW i4的整个地板总成。这些夹具通过3D打印技术制造的砂铸模具，然后通过铸造的方式填充液态铝，实现了重量和最大负载能力的优化。与传统型号相比，这种夹具轻约30%，重量仅为110公斤。
使用砂型铸造和铝制造的夹具可以形成复杂的负载优化结构，这有助于最大限度地减轻重量。这意味着在中期可以使用更小、更轻的重型起重机器人，这些机器人需要更少的能源，从而减少二氧化碳排放。
宝马集团慕尼黑工厂的工程和机器人主管Markus Lehmann表示，他们正在不断扩大通过增材制造（即3D打印）制造的生产辅助设备的使用。在夹具和搬运系统领域，他们已经用高度集成和重量优化的轴承结构取代了完整的夹具系统，这使得在搬运整个BMW i4地板组件时，整个夹具的重量减轻了30%（50公斤），从而延长了设施的使用寿命。
宝马集团通过3D打印技术的应用，不仅提高了生产效率，还有助于实现更环保的制造过程。这种创新技术的应用展示了宝马集团在汽车制造领域的前瞻性和领导力。
在增材制造中使用创新软件解决方案
复杂的仿生结构是使用特殊的通用软件工具（例如 Synera）进行设计和计算的。BMW iVentures 对这款软件进行了战略投资，该软件以前称为 Elise。Synera 可实现快速高效的优化，现已用于 BMW 集团内的许多开发领域。 该软件用于设计和计算复杂的仿生结构。Synera软件的优化功能特别适用于3D打印，因为3D打印的高度灵活性允许拓扑优化的仿生结构能够精确打印，从而实现轻质结构设计的潜力。
在夹具设计方面，宝马集团开发并实施了自动化的工作流程，这使得结构的计算和构造可以快速高效地完成。这种自动化流程的实施，可以显著提高生产效率，并可能降低成本，同时保持或提升产品质量。
通过这种投资和技术创新，宝马集团能够保持其在汽车行业中的领先地位，并推动汽车制造技术的发展。
3D打印工装夹具的优势
3D打印工装夹具的优势与发展前景
3D打印技术在工装夹具制造领域具有显著的优势和广泛的应用前景。以下是一些关键点，概述了3D打印工装夹具的相关情况：
- 提高生产效率：3D打印技术可以快速制造工装夹具，与传统制造方法相比，可以大幅缩减制造周期23。
- 降低成本：3D打印技术可以减少材料浪费，避免复杂的加工工艺，从而降低制造成本23。
- 轻量化设计：3D打印技术提供了设计灵活性，允许设计师通过优化结构来减少材料使用量，实现轻量化设计2。
- 复杂形状制造：3D打印技术能够制造出传统方法难以实现的复杂形状的工装夹具，满足特殊工件的加工需求2。
- 定制化生产：3D打印技术可以根据具体需求快速定制工装夹具，提高生产过程的灵活性和定制化水平23。
- 材料选择多样：3D打印技术可以使用多种材料，包括塑料、金属、橡胶和蜡等，随着技术的发展，更多具有高性能的材料将被用于工装夹具的制造3。
- 简化生产流程：3D打印可以将多个组件合并设计并一次成型，简化了组装工序，减少了生产维护成本3。
- 提高人体工程学：3D打印技术可以制造出更符合人体工程学的工具，减轻工人的劳动强度，提高操作的安全性和准确性3。
- 应用案例：在汽车制造、航空航天和医疗器械等行业中，3D打印工装夹具已经被广泛应用，提高了生产效率和产品质量23。
- 未来发展前景：随着3D打印技术和材料的不断创新，3D打印工装夹具预计将在未来发挥更大的作用，特别是在耐磨、高强度的工装夹具制造方面2。
这些优势使得3D打印工装夹具成为提高生产效率、降低成本、实现定制化生产的重要工具。随着技术的进一步成熟和应用的拓展，3D打印工装夹具有望在更多行业中得到广泛应用。
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