Tekniken som kallas wire arc additive manufacturing (WAAM) är intressant för bilindustrin och BMW rapporterar att de första fordonstesterna med delar som tillverkats med denna teknik kommer att starta nästa år.
WAAM erbjuder många fördelar jämfört med andra former av 3D-utskrift. Det är särskilt hastigheten, med avsättningshastigheter 15-20 gånger snabbare än pulverbäddsfusion (PBF). Processen är också fri från formbarhetsproblem och under rätt omständigheter kan det optimala förhållandet mellan vikt och styvhet hittas för ihåliga strukturer.
Allt detta gör att WAAM är av stort intresse för fordonsindustrin och BMW har redan börjat titta på det. Företaget testar för närvarande tekniken vid sin tillverkningsanläggning för AM i Oberschleißheim, Tyskland. BMW har forskat på WAAM sedan 2015 och etablerade en cell för tillverkning av testkomponenter 2021.
Lägre utsläpp
Ett exempel på en testdel är ett fjäderben, som normalt är tillverkat av pressgjuten aluminium.
– Redan i detta tidiga skede är det klart att WAAM-processen kan resultera i lägre utsläpp i produktionsprocessen, säger Jens Ertel, chef för BMW Additive Manufacturing, i ett pressmeddelande.
– Komponenternas lägre vikt, deras fördelaktiga materialanvändningsförhållanden och möjligheten att använda förnybar energi gör att komponenterna kan produceras mer effektivt.
Bredare svetsfogar i WAAM-processen resulterar i vågiga ytor och kräver därför efterbehandling på kritiska områden. Men BMW-ingenjörer fann också att WAAM-delar tål höga belastningar, inklusive cykliska belastningar, utan någon ytbehandling. Detta beror naturligtvis på optimerade processparametrar, som kräver noggrann koordinering mellan svetsprocessen och robotbaneplanering.
Generativ design
BMW:s lösning på den extra komplexiteten som kommer med att använda WAAM är en annan ny teknik: generativ design. Tvärvetenskapliga team tar fram specifika designkrav som sedan matas in i evolutionära algoritmer som producerar nya komponentdesigner.
Du kan läsa mer om WAAM-tekniken här.
– Det är imponerande att se hur WAAM-tekniken har utvecklats från forskning till att bli ett flexibelt verktyg för att inte bara testa komponenter, utan även komponenter till serieproduktion, säger Karol Virsik, chef för BMW Group Vehicle Research.
– Genom att använda generativa designmetoder kan vi fullt ut utnyttja designfriheten och därmed teknikens potential. Det var otänkbart för bara några år sedan.
Storlek och hastighet två fördelar
Olika additiva tillverkningsprocesser konkurrerar inte nödvändigtvis med varandra, utan bör ses som komplementära. Till exempel kommer laserstrålesmältning fortfarande att vara mer fördelaktigt än WAAM-processen när det gäller den högsta detaljupplösningsnivån. Men när det gäller komponentens möjliga storlek och avsättningshastigheten är tillverkning med WAAM överlägsen.
BMW Group planerar initialt centraliserad WAAM-produktion av komponenter i Oberschleißheim, i framtiden är produktion på andra platser och användning av tekniken från leverantörer också möjlig. Dessutom kan det till och med vara tänkbart att producera enskilda komponenter direkt på löpande band med denna process och att producera olika delar utan nya verktyg, helt enkelt genom att byta mjukvara. Hållbarheten kan också förbättras ytterligare genom att öka användningen av återvunna metaller.
