Роботизированный захват, изготовленный с помощью 3D-печати компанией BMW, Фото BMW Group

Роботы в современном производстве — это основа производственной линии, они увеличивают производительность предприятий, помогая им выдерживать жесткую конкуренцию. Особенно актуально это для автопрома, где конкуренция очень высока. Компания BMW показывает пример успешной роботизации производства.   

По данным BMW Group, в прошлом году компания произвела более 300 000 деталей с помощью 3D-печати на своем предприятии по аддитивному производству в Германии, и еще 100 000 произвели партнеры в рамках ее глобальной производственной сети.

Из истории применения

Немецкий автопроизводитель использует технологии аддитивного производства (АП) с начала 90-х годов для всего: от концептуальных моделей до деталей конечного использования, а также, что особенно важно, для применения в производстве.

«Растущее использование аддитивного производства в производственной системе BMW Group имеет множество преимуществ», говорит Йенс Эртель, руководитель отдела аддитивного производства BMW. «Например, мы можем быстро, экономично и гибко производить собственное оборудование для производства и оснастку роботов-манипуляторов, которых мы можем адаптировать к конкретным требованиям в любое время, а также оптимизировать их вес. Меньший вес позволяет повысить скорость производственной линии, сократить время производственного цикла и снизить затраты. Кроме того, в среднесрочной перспективе можно использовать роботов меньшего размера, что также снижает выбросы CO2 и затраты».

Создание захватов для роботов

Компания недавно представила информацию об использовании 3D-печати для создания лёгких роботизированных захватов, разработанных по индивидуальному заказу, в своём “Центре лёгких конструкций и технологий в Ландсхуте”. Крупногабаритный элемент захвата, используемый на прессе при производстве всех крыш из углепластика для моделей BMW M, может быть изготовлен всего за 22 часа и весит примерно на 20% меньше традиционного аналога. 

Вакуумные захваты, как и зажимы игольчатого захвата для подъема углепластиковых заготовок, изготавливаются методом селективного лазерного спекания (SLS), а крупногабаритная оболочка крыши и её несущий каркас — методом 3D-печати. 

В печати используются гранулы из переработанного пластика. Это не только сокращает себестоимость продукции — по сравнению с использованием первичного сырья, выбросы углекислого газа уменьшаются примерно на 60%.

Технологический центр BMW в городе Ландсхуте применяет множество созданных с помощью 3D-печати изделий. В том числе захваты для промышленного роботизированного оборудования. Такие изделия, как правило, значительно легче (приблизительно на 20%), чем произведенные по другим технологиям. Уменьшение веса деталей способствует меньшему энергопотреблению и увеличению ресурса оборудования, снижает частоту необходимых сеансов его диагностики и техобслуживания. 

Для создания компонентов роботов чаще всего применяются такие технологии 3D-печати, как SLS и SLM — технологии лазерного спекания материалов в форме металлического порошка.

Захват для робота-манипулятора можно напечатать менее чем за сутки, а затем применить его на производстве. 

Производство панелей крыш из углепластика, фото компании BMW.

В 2023 такие захватные приспособления стали широко использоваться. Они весят на четверть меньше предшествующих им — для наиболее эффективного их применения был проведен анализ прилагаемых к ним нагрузок и возникающих напряжений. Примененные нововведения позволили оптимизировать процесс так, что изготовление углепластиковой панели для крыши авто теперь может производить один робот, вместо трех, используемых ранее.

Использование робота на производстве, фото компании BMW.

Применение компанией BMW созданных с помощью 3D-печати компонентов для промышленных роботов позволяет оптимизировать выпуск не только крыш и кузовных панелей, но и, например, шасси автомобиля. Так, специалисты компании смогли увеличить жесткость фиксации в захвате массивных деталей, таких как кузовные панели и заготовки дверей.

В разработке захватов для промышленных роботов используется генеративный дизайн — автоматизированное проектирование с оптимизацией формы, позволяющее сделать захваты более легкими, при сохранении необходимой прочности. 

Изготовленные с помощью 3D-печати захваты помогают увеличить ресурс дорогостоящих роботов, фото компании BMW.

BMW удалось создать ещё более легкую бионическую версию захвата. При ее разработке использовалось программное обеспечение для топологической оптимизации Synera, в которое BMW iVentures стратегически инвестировала средства. Новый захват на 25% легче предшественника, что означает, что весь процесс изготовления крыши из углепластика для BMW M3 может выполняться всего одним роботом, а не тремя.

BMW также использует напечатанные на 3D-принтере захваты, например, для работы с дверями на заводе BMW Group в Регенсбурге. На головном заводе компании в Мюнхене захваты используются для удержания и перемещения платформы BMW i4 в сборе. Для изготовления захвата используется 3D-печать — она позволяет создать песчаную форму для отливки его деталей из алюминия. Захват оптимизирован по весу и максимальной грузоподъемности, при этом весит всего 110 кг, что, примерно, на 30% легче предыдущей модели используемого на этой стадии производства захвата.

Маркус Леманн, руководитель отдела проектирования и робототехники на заводе BMW Group в Мюнхене, отметил: «На заводе в Мюнхене мы постоянно расширяем использование производственных средств, созданных методом аддитивного производства. Что касается захватов и систем перемещения, мы используем 3D-печать для оснащения наших существующих захватов индивидуальными навесными устройствами, изготовленными методом 3D-печати, и уже заменяем целые системы таких захватов новыми, оптимизированными по весу. При перемещении собранной платформы BMW i4 это позволило нам снизить вес захвата на 30 процентов — на 50 кг, что продлило срок службы оборудования».

Другие примеры

BMW активно использует 3D-печать для создания прототипов, производства запасных частей, выпуска мелких серий эксклюзивных компонентов, а также для оптимизации инструментальной оснастки. Наиболее важные примеры применения:

• Индивидуализация и кастомизация: аддитивные технологии позволяют выпускать элементы интерьера с индивидуальным дизайном, включая декоративные панели, держатели и уникальные решения под заказ клиента.

• Запасные части и ремонт: быстрая 3D-печать обеспечивает минимальные сроки изготовления и поставки редких или снятых с производства деталей.

• Инструментальная оснастка: быстрое производство эргономичных фиксаторов, шаблонов и сборочных приспособлений для автоматизации и оптимизации технологических процессов.

• Элементы экстерьера и интерьера: спойлеры, детали салона с высокой степенью индивидуализации.

• Спортивные модели и эксклюзивные проекты: некоторые компоненты спортивных и лимитированных автомобилей BMW производятся исключительно на 3D-принтерах, что позволяет снизить вес и повысить уникальность продукта.

• Производитель оборудования для 3D-печати EOS производит специальные промышленные 3D-принтеры по спецификациям и заказу BMW. 

• BMW продолжает активно инвестировать в аддитивное производство (производство с использованием 3D-печати). Еще в 2018 году BMW i8 Roadster продемонстрировал первые металлические детали, напечатанные на 3D-принтере для серийного авто. 

• MINI Yours Customized использовала 3D-печать полимерами, чтобы позволить клиентам добавлять персонализированные значки и панели на свои автомобили. 

• В прошлом году ExOne рассказала, как BMW использует её струйные 3D-принтеры Binder Jet Foundry при производстве двигателей моделей BMW Series 3 и Series 4. 

О внедрении

Additive Manufacturing Campus компании BMW Group, открытый в Мюнхене в 2020 году, ключевой комплекс компании, фокусирующийся на развитии и масштабировании аддитивных технологий для автомобильной промышленности. В нем сосредоточены все основные процессы: проектирование, опытное производство, тестирование материалов, автоматизация, подготовка персонала, а также интеграция 3D-печати в серийные производственные потоки BMW.

Общая информация

BMW Group применяет разные технологии аддитивного производства

- Порошковая лазерная печать (SLS, SLM)

- Струйная 3D-печать (Binder Jetting)

- Экструзионная печать (FDM/FFF)

- Фотоотверждаемые полимеры (SLA, DLP)

- Промышленная 3D-печать металлами и композитными материалами

Акцент делается на внедрении новых материалов для максимально эффективного сочетания прочности, легкости и стоимости деталей.

Глобальная производственная сеть

3D-принтинг интегрирован в производственную сеть BMW Group по всему миру. Помимо кампуса в Германии, более 30 заводов BMW Group используют аддитивные технологии для ускорения производства, сокращения затрат и повышения гибкости.

Преимущества и стратегия BMW в области 3D-печати

- Сокращение времени вывода продукта на рынок, быстрое изготовление прототипов и переход к серийному производству.

- Гибкость внесения изменений, мгновенное внедрение без необходимости перепроектирования оснастки.

- Экономия на хранении запасных частей. Возможность "печатать по требованию", сокращая запасы и логистические издержки.

- Улучшение качества и функциональности изделий. Оптимизированные по соотношению веса к прочности формы деталей, недоступные для традиционных техник литья и штамповки.

- Поддержка экосистемы инноваций. Активное сотрудничество с партнерами, стартапами и научными институтами для внедрения новых решений.

Заключение, будущее и перспективы

BMW Group продолжает развивать 3D-печать в рамках стратегии цифровизации и индустрии 4.0, вкладывая значительные средства в автоматизацию, увеличение применения 3D-печати и разработку новых методов применения аддитивных технологий. Достигнутые результаты – более 400 000 напечатанных деталей за год, – наглядно демонстрируют возможности модернизации производства с помощью новых технологий, увеличения производительности и повышения качества выпускаемой продукции.

Усовершенствуйте свое производство 

Опыт BMW показывает: 3D-печать становится ключевым инструментом промышленной модернизации. Эта технология ускоряет разработку, снижает вес конструкций и открывает новые возможности автоматизации. Такие решения уже доступны российским предприятиям.

Компания «Топ Станок» предлагает промышленные 3D-принтеры Robotech для печати песчаных форм по технологии Binder Jetting. Это оборудование создаёт литейные формы сложной геометрии, сокращает время подготовки производства и уменьшает себестоимость отливок.

Принтеры Robotech отличаются высокой производительностью — до 165 л/час и крупным рабочим объёмом до 2000 × 1000 × 1000 мм. Такое сочетание параметров делает их эффективным решением для литейных и машиностроительных предприятий.

Оборудование Robotech представлено в каталоге Топ Станок.
 

Топ Станок осуществляет поставку и полное инженерное сопровождение — от подбора модели и пуско-наладки до интеграции 3D-печати в производственные процессы вашего предприятия.