3D打印机器人抓手减少碳排放，提高生产效率

宝马集团是增材制造（AM）的长期用户，其历史可以追溯到快速成型制造的时代。然而，该集团最近的努力几乎超越了业界的其他应用端公司，不仅包括早期的工作，甚至包括大多数主要制造商正在做的工作。通过在聚合物、金属甚至沙子中引入新的自动化技术，这家汽车巨头正在将增材制造技术推向大规模生产。

3D打印聚合物机器人抓手，用于处理CFRP车顶

然而，宝马在终端部件方面的进步并不只是展示对3D打印技术的复杂应用。公司还在装配线上以独特的方式部署增材制造技术。该公司最新的创新重点是开发和使用3D打印的定制机器人夹具，并通过这些夹具改善制造流程。

“在宝马集团的生产系统中，越来越多地使用增材制造技术有很多好处。例如，能够快速、经济、灵活地生产辅助设备和搬运机器人，可以随时根据具体要求对它们进行单独调整，还可以优化重量。较轻的重量可以提高生产线的速度，缩短生产周期。此外，更小的机器人也有有助于减少CO2排放量和降低成本。”宝马快增材制造部主管Jens Ertel说道。

宝马公司位于兰茨胡特的轻质结构和技术中心采用了选择性激光烧结（SLS）和熔融颗粒制造（FGF）相结合的方法，制造用于生产宝马M3碳纤维增强聚合物车顶的夹具。用于提升碳纤维增强聚合物材料的真空夹具和针状夹具是通过SLS制造的，而大型车顶外壳和轴承结构则是通过FGF制造的。

利用砂型3D打印和铸造技术改造的车顶夹具

这些夹具重约120千克，比传统版本轻20%，仅需22小时即可制造完成。重量的减轻延长了机器人的使用寿命，减少了系统磨损和维护周期。如果在FGF过程中使用回收材料，与生产工具相关的CO2排放量估计可减少60%。

去年，该汽车公司推出了一种新设计，比上一代产品更轻。通过拓扑优化，3D打印了一个砂芯，然后用铝铸造，这与生产汽车铝气缸盖的技术相同。通过这种工艺，新型夹具比SLS/FGF的同类产品轻25%。现在，宝马M3的制造只需一台机器人，而不是原先的三台独立的机器。除碳纤维增强聚合物车顶制造外，宝马公司还在雷根斯堡工厂将FGF应用于处理车门的3D打印夹具。

“在雷根斯堡工厂，宝马公司通过使用3D打印生产的优化轴承结构能够在搬运门元件时提高机械手的刚性，同时减轻重量。在后续项目中，我们可以使用承载能力较低的机器人，这有助于降低成本。”公司门和挡板生产主管Florian Riebel说道。

鉴于在车顶夹具方面的改进，公司正在探索使用砂型3D打印技术来制造地面工具。在慕尼黑工厂，这些夹具是用铝通过3D打印砂模铸造而成的，重量减轻了30%，仅为110千克。新工具仍然能够处理BMW i4的整个地面装配，因此可以使用更小、更轻的起重机器人。这些机器人能耗更低，因此CO2排放量也更少。

用于搬运门的聚合物3D打印夹具
 

宝马集团慕尼黑工厂工程和机器人技术主管Markus Lehmann表示：“我们正在不断扩大通过增材制造生产辅助设备的使用范围。在抓手和搬运系统领域，使用3D打印技术为现有的抓手配备个性化的打印附件，并且已经开始使用高度集成和重量优化的轴承结构取代完整的抓手系统。在处理整个BMW i4地板组件时，这让整个机械手的重量减轻了30%（50千克），从而延长了设备的使用寿命。

为了设计这些部件，该公司使用了名为Synera的软件，该软件可以优化设计。现在，该公司能够使用一种特殊的工作流程，以基本自动化的方式执行轴承结构的计算和构建。在许多方面，宝马正在实现多年来的许多愿景，不仅是为汽车3D打印终端零件，而是在整个生产运营中实施这项技术。这样一来，不仅汽车的生产效率会提高，制造过程也会更高效。

用砂型3D打印和铸造技术制造的地板抓手

随着宝马开始在整个工厂应用增材制造技术，事情只会变得更有趣，因为在这里可能会有更多令人兴奋的机会来提高工厂的整体能效，而这种模式也可以移植到其他行业。