NextGenAM(新一代增材制造)——自动化金属3D打印试点项目大获成功


Premium AEROTEC、EOS与戴姆勒的联合项目展示了更换用零件生产和零部件批量生产的巨大潜力

卡车零部件已开始增材制造生产,目前正在评估为传统及电动汽车提供更多3D打印部件的潜力

零部件的制造成本可降低高达50%

德国法勒尔的工业4.0:全自动化生产流程和连续数据链,均由控制中心管理

从数据准备到质量把控,集成的、可扩展的流程链覆盖全程


NextGenAM(新一代增材制造)项目于2017年5月启动,由合作伙伴Premium AEROTEC、EOS和戴姆勒联合开发的新一代自动化“增材制造”工艺的试验性生产线。该项目前景一开始便被看好,如今已经取得成功。

3D打印,也被称为“增材制造”(AM),作为传统制造技术的补充或替代,这项技术也变得愈发有趣。之所以称之为“增材”,因为在技术实施过程中,将一层一层的材料进行叠加,再通过能量将其固化成形。除了塑料和陶瓷,3D打印技术也可生产金属部件。

该试验项目旨在开发新一代全数字化的生产线,使其能够为汽车和航空航天部门生产铝制组件,并使成本效益显著高于目前能达到的水平。“新一代增材制造”项目已取得一定成果: 就Premium AEROTEC的整体生产流程而言,与现有的3D打印系统相比,制造成本可降低高达50%。

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 “在飞机行业,Premium AEROTEC已是国际金属3D打印领域的先驱。我们现在的目标是,在现阶段的专业程度上继续精进,并将该技术应用于其他行业。” Premium AEROTEC执行董事会主席Thomas Ehm博士表示,“因此,‘新一代增材制造’项目的成功是我们战略的重要组成部分。”


全自动化生产

项目的核心在于独创的、可扩展的增材生产链。该生产链是完全自动化的,直到打印部件被机械地锯下生产平台——这就意味着,从数据准备和中央粉末供应到增材制造过程本身,包括热处理、质量把控和零部件与生产平台分离等步骤,每个阶段都不需要人工干预。该系统的技术核心是用于打印金属材料的EOS M 400-4四激光系统,还有无人驾驶运输系统和机器人在其中确保零件在生产线的每个阶段都能顺利移动。

整个生产过程没有操作人员,完全由中央自主控制中心自行运行,因为系统中所有的机器均联网。打印数据被传输到控制中心,控制中心对各种打印请求进行优先级排序,并将它们分配给增材制造系统。在打印过程中,无论在何处,都能在移动设备上检查制造状态。一旦完成整个生产链,质量报告就被集中发回控制中心。再生产一个“双胞胎”所需的所有数据都可在此访问,因此具备可跟踪性。

EOS首席执行官Adrian Keppler博士表示:“对于与合作伙伴Premium AEROTEC和戴姆勒合作所取得的成就,我们感到非常自豪。‘新一代增材制造’项目演示了工业3D打印,作为自动化流程链的一部分,如何在批量生产中以低成本得到高效使用。结合这里数字化生产的可能性,这家试点工厂无疑是通往数字化制造道路上的一座里程碑。”


产能将进一步提升

集成质量管理的连续3D数据链使该生产系统成为未来工业4.0基准的首批案例之一。制造过程是完全可扩展的:生产线可被轻松复制,以扩大工厂的产能。随着这一数字的上升,未来有望进一步大幅节省开支。如今,试点设备已经能够实现零部件的自动化生产并达到批量生产的质量标准。

戴姆勒公司所需的零部件已经由Premium AEROTEC新技术生产线所制造。例如,卡车部门已经在使用Premium AEROTEC生产的卡车柴油发动机支架作为第一批更换用零件。

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卡车及公共汽车的更换用零件

3D打印工艺在更换用零件领域非常有用。因为在工具出现问题或针对一些不常使用的更换用零件时,相较于传统的砂型或压铸工艺,3D打印可使零件的生产成本更低、效益更高。目前,戴姆勒客车的3D打印能力中心正在审查第一批3D打印铝制客车替换部件的打印请求。客车领域的分析小组目前也在考虑适合该技术的潜在应用可能。


小部件量产与促进发展的机会

 “增材制造也适用于新车(限量版)的最小批量生产。对3D打印专用零部件的系统化开发,意味着生产成本可以进一步降低,质量也可不断优化。” 戴姆勒公司未来技术负责人Jasmin Eichler表示,“3D打印在汽车技术发展过程中也有特殊的意义。与传统生产工艺相比,增材制造通常可以更经济、更快速地生产出所需数量较少的产品。”

3D打印同样适用于内燃机汽车和电动汽车,如电动汽车中安装电池的冷却线路集成基板。


以高产品质量为标准

试点工厂以高产品质量为标准:航空和航天部门也规定使用高强度铝/镁/钪合金(也称为Scalmalloy®)。

汽车行业经常使用的经典材料是铝合金(AlSi10Mg),其性能在试点项目中不断提高。与两年前合作开始时相比,材料强度和完工质量有了显著提高。

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展望未来:3D打印作为生产方法具有良好的前景

目前所有质量检查都已通过并且结果令人振奋,这一项目正在根据VDA 6.3的行业标准为审查做准备。这是戴姆勒选择3D打印供应商为其提供零部件批量化生产的先决条件之一。未来,整个增材制造生产链的自动化将促使更大批量地生产与传统制造部件可靠性、功能性、耐用性和经济效益相同的零部件成为可能。新车的组件可以在设计阶段针对3D打印进行优化,从而在成本方面带来更多优势。3D打印所带来的轻量化优势也是电动汽车特别感兴趣的。对于更换用零件,3D打印“按需”生产的特性能够帮助节省仓储成本。这种愿景戴姆勒公司也被称为“数字化库存”,换句话说,集中的数字制造数据允许更换用零件3D打印分散在不同地方使用并生产更换用零件。

因此,3D打印作为一种补充的、多功能的且相对年轻的生产方法,正在汽车和航空航天领域进一步发展。


项目合作伙伴

Premium AEROTEC是世界上第一家为空客飞机生产提供钛合金3D打印部件的零部件制造商。该公司是全球航空领域的领导者,其核心业务是开发和制造由金属和碳纤维复合材料制成的飞机结构。该公司在德国的奥格斯堡、不来梅、诺登哈姆及法勒尔设有工厂。Premium AEROTEC在联合项目中负责整个生产过程。

EOS是金属和高分子材料工业3D打印的全球技术领导者。成立于1989年,EOS为一家独立运营的公司,以先驱和创新者的身份,提供全面的增材制造解决方案。EOS包含系统、材料和工艺参数在内的解决方案组合帮助客户在产品质量上建立决定性的竞争优势,实现可持续性生产,获取长期经济效益。在联合项目中,EOS负责提供所有3D打印技术和相关软件解决方案,以及连接和管理生产链的控制中心。

戴姆勒为该项目贡献了大规模批量化生产的经验。在该项目中,戴姆勒的研究部门和高级开发部门密切合作,合作范围包括整个生产过程的零部件样本、算法鲁棒性和零部件数据的数字化。零部件样本的测试以及为3D打印制作标准化的制造规范也由这家汽车制造商负责。另外,它还负责根据VDA 6.3中针对批量生产的标准进行监控验证和认证。


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