3D打印自动化工厂,宝马IDAM汽车增材制造工业化和数字化项目的技术内涵-金属3D打印工厂

3D打印自动化工厂,宝马IDAM汽车增材制造工业化和数字化项目的技术内涵-金属3D打印工厂插图

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3D打印自动化工厂,宝马IDAM汽车增材制造工业化和数字化项目的技术内涵

| 3DScienceValley · 2022/05/27

宝马汽车的IDAM汽车增材制造工业化和数字化项目于2019年3月27日启动,历经3年,日前,宝马宣布该项目正式完成。

IDAM项目旨在为增材制造业进入汽车系列生产铺平道路,IDAM的目标是推动“汽车领域的增材制造(AM)技术的工业化和数字化”。在这个项目中,包括亚琛的Fraunhofer ILT弗劳恩霍夫激光研究所,亚琛工业大学DAP数字增材制造学院,GKN等12个项目合作伙伴为可持续地加强德国的技术先锋地位做出持续努力,为德国在下一次工业革命中的制造强国地位奠定重要基石。

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3D打印支架

© BMW

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3D打印在汽车领域实现产业化的五大挑战

© 3D科学谷白皮书

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 3D打印成本降低一半以上

3D打印在汽车领域实现产业化面临着诸多的挑战,包括3D打印制造产品的最大尺寸,零件质量的一致性,适用于汽车行业的材料,满足汽车行业的制造效率,满足汽车行业的低成本挑战等,那么宝马汽车是如何实现3D打印领域的能力进阶的呢?

根据3D科学谷的了解,宝马的IDAM项目的目标是建立两条生产线,一条在GKN在波恩的工厂,另一条在宝马集团在慕尼黑的工厂。项目的设计目标是通过自动化将人工活动从35% 减少到5%,3D打印金属零件成本降低一半以上,亚琛弗劳恩霍夫激光技术研究所 ILT 和亚琛工业大学数字增材生产 DAP 学院通过他们在增材制造技术领域的多年经验支持该项目。

两条模块化且几乎完全自动化的增材制造生产线在宝马波恩和宝马慕尼黑工厂建立。自动化物流小车集成在宝马增材制造生产线的设备之间,实现自动化运输3D打印机的移动成型仓。这些自动化设备由中央控制单元进行协调,生产线的各种生产数据在中央控制单元中交互,以确保最高的生产效率和质量。

根据3D科学谷的了解,项目联盟中的12个合作伙伴中包括中小企业,这些中小企业通过其专业知识为宝马的增材制造生产线设计、提供和连接模块方面的支持。项目开发了各个工艺步骤之间接口的自动化,并开发了用于金属 3D 打印的系列化和模块化生产设施。其他模块化工艺组件,如粉末处理、监控和自动化后处理,也由中小企业开发。

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 建立数字架构

Fraunhofer ILT弗劳恩霍夫激光研究所,亚琛工业大学RWTH DAP数字增材制造学院这样的研究机构承担了过程控制、数字孪生和提高质量等任务,还制定行业标准并详细阐述与行业相关的质量特征。

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IDAM项目合作伙伴

© BMW

通过这种跨学科合作,宝马汽车的IDAM 项目实现了能够全面检查汽车零件金属 3D 打印工艺,并在生产中可持续地加强这种能力。IDAM项目通过使用传感器在线监控3D打印过程来保证零件质量,使用CMOS相机和高温温度计来监控3D打印过程中的熔池,此外,还使用AI-人工智能算法进行3D打印过程质量控制。

在3D打印过程控制方面,根据3D科学谷的了解,德国亚琛的弗劳恩霍夫激光技术研究所Fraunhofer ILT目前能够通过 AI 显著改善金属 3D 打印的结果。在激光粉末床选区金属熔化 (LPBF) 工艺系统中,使用高分辨率 HDR 相机对每一层中的组件表面进行拍照。图像数据可以捕捉到两种影响:一方面,可以测量过程中组件可能发生的翘曲;另一方面,可以仔细检查表面的粗糙度。因此,可以在生产过程中对缺陷进行分类。

而在人工智能的帮助下,激光参数也可以在过程中进行特定的更改,以便对过程状态的变化做出动态反应。这提高了零件的质量,并在缺陷发生之前加以预防。

人工智能不仅使用户能够优化生产流程,实现零缺陷生产。根据ACAM亚琛增材制造中心,在具有大量复杂数据的过程中,例如现代光学的发展,人工智能也降低了复杂性。开发过程变得更加清晰、更加确定并且更少依赖于个别专家的直觉。

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人工智能赋能3D打印

© 3D科学谷白皮书

宝马汽车的IDAM 项目自动化涵盖了从数字到物理组件制造一直到后处理的整个过程。由于生产线的模块化结构,单个模块可以适应不同的生产要求,并在必要时进行更换。此外,生产线是高度柔性的,工艺步骤可以灵活控制和利用。

数字标准和AM增材制造过程工艺链的IoT连接,覆盖整个增材制造过程的数字架构对于确保增材制造过程链模块之间的通信以及实现批量生产所需的可靠性至关重要。

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 给数据“瘦身”

选区金属熔融3D打印-PBF工艺的加工过程是充满挑战的,通常来说,3D打印过程首先将给定的CAD模型转换为立体光刻(STL)格式的网格表示,然后将网格切成一系列平面轮廓,最后生成激光路径以填充这些轮廓。但是,当切片的三角形数量过多时,三角形的数量会变得非常庞大,处理如此大量的三角形将占用过多的计算机内存和时间,导致无法在计算机上正常运行。

由于这些原因,需要一种新的计算流水线来解决因处理PBF 3D打印技术在处理高度复杂的结构而引起的效率挑战。

简化数据量,同时增加激光粉末床熔化 (LPBF) 3D打印工艺的制造数据的数据大小:这是亚琛工业大学激光技术和数字增材生产 DAP 学院的科学家们与与弗劳恩霍夫激光技术研究所Fraunhofer ILT共同努力的结果。OVF被称为开放矢量格式,除了显着减少数据量外,还实现了零件设计的数据到生产工厂的高效传输。

OVF 的技术基础是广泛使用的序列化技术 Protocol Buffers(“Protobuf”),处理从复杂结构化数据对象到字节流的信息传输。例如,将信息存储在文件中或通过网络发送数据。使用 Protobuf 代码生成器基础架构可以为数十种编程语言和平台提供广泛的兼容性和支持。

OVF 在亚琛工业大学DAP学院参与的“汽车系列工艺增材制造的工业化和数字化”项目( IDAM)中得到了有效的使用。

IDAM 使用 OVF 组合不同程序的输出或跨制造商的流程链上的自动化子步骤,并合并相应的数据。因此,它是可扩展、模块化和自动链接的激光粉末床熔化 (LPBF) 3D打印工艺生产概念的一部分,该概念是在项目中开发的,用于灵活控制和利用各个工艺步骤。

根据3D科学谷的了解,亚琛工业大学参与的“生产互联网” (IoP) 卓越集群项目也在使用 OVF。由于其开放性和语言独立性,可以动态生成单个扫描作业缺陷表面的后处理。使用这项基本技术,在该项目中开发了可以通过云中的数据分析支持的可控扫描仪。例如,在制造了一层之后,可以将表面的照片发送到数据中心。在那里,图像分析动态生成一个后处理 OVF 文件,其中包含有关曝光不足区域的信息。在下一步中,该文件被发送到扫描仪并完成必要的后处理。在此后处理之后,将继续当前活动的作业,或打印下一层。

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 德国深厚的数字孪生技术造诣

根据3D科学谷的了解,德国亚琛的研究机构为宝马提供数字孪生方面的支持具备深厚的基础,德国亚琛园区运行着欧洲最大的5G研究网络,5G为制造业带来的革新价值是Networked, Adaptive Production-网络化自适应生产。从自适应生产的目标出发,欧洲5G园区的研发模块包括:用于监视和控制高度复杂制造过程的5G无线传感器,制造自适应:分布式制造控制与干预,区块链,边缘云计算,数字孪生体技术等。

在亚琛,基于5G网络,研究人员已经针对增材和减材制造和维修过程(例如铣削和激光金属沉积金属3D打印技术(LMD))建立过程仿真和过程链的重新配置。通过在过程中详细记录实际数据,可以通过优化的计划工具使数据一致性并确保计划的透明性。

随着3D打印进入到主流生产技术范畴,与其他传统加工工艺的无缝结合,数字化、自动化、自适应,将成为研究人员推动行业发展的开发方向与研究课题主线。

此外,可以通过所谓的并发设计将设计和流程结合在一起来使用人工智能。在此过程中,构建过程中获取的信息用于自适应地和持续地改进设计。设计改进可以有多个目标,包括减少构建过程中的残余应力、减轻重量以及提高某些出现缺陷的区域的强度。在这个领域有很大的创造和创新空间。由于数字化和计算机模型发挥如此重要作用,人工智能在3D打印中的应用变得非常重要。而5G技术的发展将进一步为人工智能的应用插上腾飞的翅膀。

由上可知,实现3D打印在汽车零件制造方面的自动化,需要克服的不仅仅是通过自动化物流小车衔接各个工艺的挑战,更多的是隐形的挑战,包括质量控制、数据处理、柔性生产等各方面的挑战。

总之,通过宝马的IDAM项目可以深刻的感受到3D打印以精微材料为起点、以数字化控制为手段,创造性地实现了在零件制造过程的同时在制备材料、制备材料的同时在制造零件,将传统上材料选择制备和工艺加工的串行过程转变为成性和成形的并行过程。更多信息,请参考《3D打印与第四次工业革命-第二版》。

✅大唐盛世是一站式金属3D打印服务平台,长年专注于金属3D打印的设计、定制加工、小批量生产及后工序处理,拥有多年精密零件金属3D打印成型经验,旗下的大型金属3D打印生产基地位于东莞大朗镇光辉高新产业园,上万平米的打印生产制造车间,50多台高精度金属3D打印设备,CNC加工中心、4轴加工中心、5轴加工中心、三轴加工中心、铣床、数控车床、三坐标、精雕机、电火花机、钻攻机等配套设备上百台,擅长小公差、复杂结构原型、高精密度的金属零件小批量生产。为新老用户提供钛合金3D打印、铝合金3D打印、不锈钢3D打印、模具钢3D打印等近百种金属3D打印加工服务及综合解决方案。通过我们3D打印加工的产品被广泛应用于机械、医疗、通讯、电子、电器、汽车、航空航天等各行各业。公司自成立以来始终坚持:为客户提供满意的产品和服务的基本质量方针,严格执行ISO9001质量管理体系,加强6S质量体系的内部实施,并且通过全体员工的共同努力,让每一位客户对我们的服务及产品质量都表示满意。金属3D打印定制就到大唐盛世!

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