寶馬集團利用電弧增材制造（WAAM）批量生產(chǎn)更輕、更堅固的汽車部件

2024年3月23日，南極熊獲悉，寶馬集團（BMW）正采用MX3D的電弧增材制造(WAAM)技術生產(chǎn)金屬車輛零部件和工具。與傳統(tǒng)技術制造的同類壓鑄部件相比，這種3D打印技術能夠制造出更輕、更堅固的部件。

△與目前采用傳統(tǒng)技術制造的同類壓鑄部件相比，能夠通過3D打印制造出更輕、更堅固的部件

在增材制造園區(qū)打印大型零部件

WAAM的單條焊縫寬度和高度較大，因此可以極快地生產(chǎn)組件。與寶馬集團已在原型機和小批量生產(chǎn)中使用的激光束熔化相比，WAAM特別適合制造較大的部件。典型的壁厚非常適合車身、驅(qū)動器和底盤區(qū)域的部件。此外，工具和設備也可使用此工藝制造，該工藝也廣泛應用于航空領域。

寶馬正在Oberschleißheim的增材制造園區(qū)試驗這一工藝，它們將該領域的生產(chǎn)、研究和培訓集中在一個屋檐下。自2015年以來，寶馬集團員工一直關注WAAM流程。2021年，已經(jīng)將WAAM技術用于生產(chǎn)測試部件。

WAAM技術示意

寶馬增材制造主管Jens Ertel表示：“在早期階段，很明顯，WAAM工藝可以降低生產(chǎn)過程中的排放。組件重量較輕，材料利用率優(yōu)越，并且可以選擇使用可再生能源。這意味著可以更高效地生產(chǎn)組件。下一階段將很快開始測試車輛中的組件�！�

WAAM工藝中較寬的焊縫意味著部件的表面并不光滑，而是略有波紋，必須在關鍵區(qū)域進行精加工。然而，寶馬集團工程師能夠證明WAAM組件可以用于高負載，包括循環(huán)負載，甚至無需對表面進行后處理。優(yōu)化的工藝參數(shù)對于確保直接生產(chǎn)的耐用性至關重要，因此焊接工藝和機器人路徑規(guī)劃的組合必須得到最佳協(xié)調(diào)。

3D打印在優(yōu)化設計方面擁有獨特的優(yōu)勢

生成式設計

寶馬表示，它們將繼續(xù)加速使用生成式設計，利用算法根據(jù)特定要求設計優(yōu)化的組件。這些算法是與跨學科團隊密切合作開發(fā)的，部分靈感來自自然界的進化過程。與仿生結(jié)構一樣，第一步是僅使用組件拓撲實際所需的材料，在第二步的微調(diào)過程中，僅在必要時對組件進行加固。這最終會帶來更輕、更堅固的部件，以及更高的效率和改進的車輛動力。

寶馬汽車研究主管Karol Virsik說道：“WAAM技術從研究發(fā)展成為一種靈活的工具，不僅適用于測試組件，也適用于批量生產(chǎn)組件。生成式設計方法的使用使我們能夠充分利用設計自由度，從而充分發(fā)揮技術潛力。這在幾年前是不可想象的�！�

互補的生產(chǎn)流程

寶馬集團認為，不同的快速成型生產(chǎn)工藝之間并不一定存在競爭關系，而應視為互補關系。例如，在生產(chǎn)高精細分辨率部件方面，激光束熔化工藝將繼續(xù)比WAAM工藝更具優(yōu)勢。不過，就部件的可能尺寸和沉積率而言，WAAM工藝更勝一籌。

寶馬最初計劃在Oberschleißheim集中生產(chǎn)WAAM零件，但將來也有可能在其它地點生產(chǎn)，并由供應商使用該技術。此外，公司還在探索在裝配線上直接使用該工藝生產(chǎn)單個部件，以及只需更換軟件，無需新工具即可生產(chǎn)不同部件。通過增加使用回收金屬，還可以進一步提高可持續(xù)性。