将电弧熔覆挺进汽车产线！宝马重塑供应链的山雨欲来！

| 3DScienceValley · 2024/03/24

在所有的3D打印技术中，电弧增材制造并非是新技术，然而正是近几年的加速发展，使得这项技术越来越获得行业的重视。根据3D科学谷全球战略合作伙伴-增材制造市场研究机构AMPower，能量沉积增材制造技术之前的应用基本停留在零件修复方面，尤其是送粉的DED技术，2021年就已经出现的一个显著变化是熔覆这类技术领域中的激光熔丝能量沉积增材制造技术开始更多的用于零件制造用途，包括MELTIO和MITSUBISHI ELECTRIC-三菱电机等企业提供的激光熔丝能量沉积增材制造交钥匙项目服务使得这项技术在随后的几年中将有更大的市场发展可能。

挺进生产的不仅仅是激光熔丝，这方面，宝马集团正在计划在量产车辆中使用采用 WAAM 电弧增材制造工艺制造的零部件。

▲ 激光熔丝增材制造
© 宝马汽车

汽车生产需要高度的自动化、高效率、低成本、质量一致性，这似乎与3D打印当前的“昂贵的制造成本与波动的制造质量”存在不少“鸿沟”。然而从减少浪费的角度去看，3D打印与汽车产业其实是天然契合的。不需要模具，数字仓储，压缩供应链… 3D打印几乎消除了与供应链相关的非价值创造成本，例如包装、运输、仓储、库存管理和海关。

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© 3D科学谷白皮书

“火线”

无论技术如何变化，或者新的创新如何让人感到眼花缭乱，制造业的基本目标都保持不变：减少意外停机时间，降低成本，消除不必要的浪费等等。而制造业的制造供应链上存在的隐形浪费包括模具、成千上万的零部件的仓储与物流、因零部件的繁多而导致的沉重的备品备件的仓储等等。

随着3D打印技术和材料的进步，可以使用的材料以及端到端的工作流程软件控制从根本上改变了采用增材制造的方式，一些现有制造商正在创造增材制造领域的专业知识，以便控制自己的供应链，改变产品制造的灵活度。

在宝马慕尼黑的增材制造园区，宝马集团拥有一条通往汽车金属零部件和工具的创新增材生产工艺的“火线”。在电弧增材制造 (WAAM) 中，使用电弧熔化由铝或类似材料制成的线材，然后，软件控制的熔覆头将大量材料实现精确熔覆，直到完成整个部件。由于能源需求较低和材料浪费较少，这样的生产也可以更加可持续。未来，宝马集团计划在量产车辆中使用采用 WAAM-电弧增材制造工艺制造的零部件。

优秀的机械性能

材料沉积的宽度和高度较大，这意味着使用 WAAM-电弧增材制造可以极其快速地生产组件。与宝马集团已在原型和小批量生产中使用的粉末床金属熔融金属3D打印工艺相比，WAAM 特别适合较大的部件，典型的壁厚非常适合制造车身、驱动器和底盘区域的部件。

WAAM-电弧增材制造工艺中较宽的材料沉积意味着所制造的零部件表面并不光滑，而是略有波纹，必须在关键区域进行精加工。机械性能方面，宝马集团工程师能够证明 WAAM 组件可以用于高负载，包括循环负载，甚至无需对表面进行后处理。优化的工艺参数对于确保直接生产的耐用性至关重要，因此焊接工艺参数和机器人路径规划的组合必须得到最佳协调。

轻量化设计

3D打印带来的数字化，让人类第一次能够产生真正的经济净收益门槛：通过将客户行为与生产者行为同步，以需求为导向，从生产过剩转向需求驱动的生产。

汽车行业需要利用3D打印技术的具体优势来提升产品设计，然而要想将3D打印用于具体的汽车零部件生产，需要突破的一大挑战是经济性。目前，用于3D打印的汽车零部件大多数是小批量的十几个，要增加到汽车行业普遍所需要的高达100万的产量，3D打印必须要突破经济性的障碍。

突破经济性的一个途径是提升产品的生命周期价值，例如对于汽车领域来说，轻量化是算得出回报的产品生命周期价值提升，因为这带来了最直接的驾驶过程中能源的节约。

为了充分利用 WAAM-电弧增材制造工艺生产的优势，制造工艺与新部件设计的结合至关重要。为此，宝马集团不断加速运用创成式设计。在这里，计算机通过算法根据具体要求设计优化的组件。这些算法是与跨学科团队密切合作开发的，部分灵感来自自然界的进化过程。与仿生结构一样，第一步是仅生成实际所需的材料，在第二步的微调过程中，仅在必要部位对组件进行加固。这最终会带来更轻、更坚固的零部件设计，以及更高的效率和改进的车辆动力。

相信增材制造因其在轻量化方面的优势而将在竞争激烈的汽车生产领域中获得不断增加的部署。不久的将来，增材制造将为汽车的结构件、电动机、电池制造等方面带来一定程度的改变。虽然当前3D打印技术进入到产业化领域的局限性还包括速度、成形尺寸、成本、质量一致性等。未来，3D打印技术的发展将突破当前局限，迈向更高的速度、更好的过程控制，以及更适合的材料应用。随着3D打印技术的快速发展，其为汽车制造带来的改变将更加令人耳目一新。