以「火線」創新3D列印！BMW集團將大舉採用更低碳排的WAAM工藝

Written by: Bear

在BMW集團的3D列印增材製造園區Oberschleißheim擁有一條「Live wire」的火線創新，其為金屬車輛零部件和工具的增材製造工藝。在WAAM電弧增材製造(Wire arc additive manufacturing)中，鋁件採用電弧熔化，然後是軟體控制的機器人將其以高精度大量焊縫彼此疊加，直到完成整個零件。

此法意味著一層一層地疊製無需注意可脫模性，所產生的中空結構的最佳比例，能兼顧剛性和重量的之間的最優化。並且，更意味著這些零件可比目前量產的同類壓鑄件更輕、更堅固。然而，此法由於能源需求更低，材料更少，因此符合可持續性，避免浪費。未來，BMW集團的設備製造的零件將會大量採用WAAM工藝，或可稱為堆積焊接(Build-up welding)。

WAAM工藝特別適用於大型部件

單個焊縫的大寬度和大高度意味著使用WAAM可以非常快速地生產零件。與鐳射束熔化法相比之下，其實已經用於原型和小系列特殊車在BMW集團的批量生產中了，並且WAAM特別適合體積較大的零件。尤其是壁較厚的，所以非常適合車身、驅動系統和底盤方面的零件。此外，生產線上的工具和設備也可以使用這種高科技工藝製造，而它也常用於航太業。

增材製造園區的開發

BMW集團正在增材製造廠試用這一工藝，他們在那裡集中生產，在一個屋簷下進行該領域的研究和培訓。BMW擁有30多年的經驗，是增材製造領域的先驅，也就是俗稱的3D列印。

自2015年以來，BMW集團員一直專注於WAAM工藝，用於生產測試零件的WAAM單元已自2021年以來一直在那裡使用。其中一個範例應用是懸吊支柱支撐座(即避震器塔)，在測試工作臺的廣泛測試中，正在與鋁壓鑄批量生產零件進行比較。

在這早期階段，它已經很清楚，WAAM過程可以降低生產過程的碳排放量。零件的重量越輕，就更有利的材料使用率，以及多多使用可再生產品，減少能源消耗意味著可以更有效地生產零件。

WAAM工藝中較寬的焊縫會使零件較不光滑，略有波紋，必須在關鍵區域才能完成。然而，BMW集團的工程師能夠證明WAAM零件可用於高強度負載，包括週期性載荷，即使沒有對其表面進行額外後處理，也行。優異的生產工藝參數直接確保了耐久性而至關重要，所以焊接工藝與機器人路徑相結合規劃，必須以最佳方式協調。

使用衍生式設計與演算法設定

為了充分利用WAAM過程中產生的零件，製造工藝與一般零件設計工藝的結合至關重要。為此，BMW集團繼續加速衍生式設計的使用。為此，電腦使用根據特定因素設計優化零件的演算法。這些演算法是密切與跨學科團隊合作開發的，部分受到自然界中的進化論的啟發。與仿生結構一樣，第一步是僅使用拓撲零件(Topology：位相幾何學)，在第二步的微調期間，零件僅在必要時才進行強化。這最終導致更輕、更堅固的部件，以及更高的效率和改善車輛動力學。

生產過程可以相輔相成

不同的增材製造工藝不一定在彼此競爭，而應該被視為互補。例如：鐳射束熔化的高細節解析度級別，將繼續在最高階製程方面比WAAM過程更具優勢。然而，就可能的較大零件和沉積速率而言，WAAM電弧增材製造是相比較優越的。

BMW集團初步計劃WAAM在Oberschleißheim集中生產零件。未來，也會在其他地方使用該技術生產並且供應商也是可能的。此外，甚至可以想像使用它直接在裝配線上生產單個零件，而且無需新工具即可加工和製造各式不同的零件，只需透過更改軟體即可。而透過增加再生金屬的使用，環保可持續性也可以進一步提升。

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