Druk 3D w BMW Group: Jak to wygląda w praktyce?

Wielu producentów chwali się nowatorskimi rozwiązaniami w produkcji, ale niewielu pokazuje jak to wygląda w praktyce. BMW już od dawna (w sumie od 1990 roku) stosuje rozwiązania dot. druku 3D w procesach produkcyjnych, choć w ostatnich latach wpływ tego rozwiązania na produkcję oraz post-produkcję stał się bardzo wyraźny. Jak druk 3D oraz pochodne technologie wpływają na proces produkcyjny, gdzie przydają się tego typu elementy i czy to rozwiązanie na bolączki posiadaczy starszych modeli? Części zamienne dla aut klasycznych i unikatowychPodczas godzinnej konferencji online, w której brałem udział kilka dni temu, poruszono wiele interesujących kwestii, choć kilka aspektów szczególnie zapadło w mojej pamięci. Mowa o możliwości drukowania części zamiennych do aut klasycznych i unikatowych. Posiadacze samochodów zabytkowych, już od dawna nieprodukowanych, doskonale wiedzą, jak ciężko jest z częściami zamiennymi. W ogromnej ilości przypadków, nawet podstawowe elementy nie są już produkowane, zaś dostęp do podzespołów używanych zazwyczaj nie istnieje. Jeśli już uda się znaleźć upragnioną część, jej stan bywa tragiczny, zaś cena absurdalna. [img=P90333166_lowRes_the-all-new-bmw-indi]BMW Group wspomina, że istnieje możliwość zamówienia tego typu części, która zostanie wydrukowana z odpowiedniego materiału. Mowa nie tylko o druku 3D w formie, jaką znamy tj. z tworzywa sztucznego, ale również z innych materiałów poprzez obróbkę. Nietypowy element zawieszenia? Żaden problem, wszystko można zaprojektować skanując docelowy element, poddając obróbce cyfrowej, a następnie, po przetworzeniu na odpowiedni format, wydrukować z pożądanego materiału. To otwiera przed posiadaczami aut klasycznych marki BMW, a jest ich mnóstwo, możliwości odrestaurowania swojego auta z użyciem najwyższej jakości podzespołów prosto od producenta. Miejmy nadzieję, że i inni producenci szybko pójdą tą drogą. Nowy ośrodek druku 3D oparty na produkcji addytywnejSpecjalnie zacząłem od kwestii związanych z autami klasycznymi, bowiem w dzisiejszych czasach często łączy się klasyczne rozwiązania z nowoczesną technologią. Dla wielu właścicieli aut klasycznych jedynym rozwiązaniem jest zastosowanie nowoczesnych rozwiązań, aby utrzymać swoje auto marzeń w odpowiedniej kondycji. Ale podzespoły dla samochodów klasycznych to tylko dodatkowa zaleta druku 3D. Głównym zadaniem tej technologii jest produkcja podzespołów i dodatków do nowych samochodów. [img=P90391983_lowRes_quality-assurance-06]W wakacje tego roku BMW otworzyło nowy kampus druku 3D (Additive Manufacturing Campus), które łączy produkcję prototypów i części seryjnych pod jednym dachem, a także prowadzi badania nad nowymi technologiami druku 3D i szkolenia towarzyszące w zakresie globalnego wdrożenia produkcji bez narzędzi. Wspomniałem na wstępie, że pierwsze elementy pochodzące z pochodnych drukarek 3D powstawały już w 1990 roku, ale oczywiście w porównaniu do dzisiejszych rozwiązań, ówczesne były mocno uproszczone. Obecnie BMW ma ambicje by zostać liderem w tej dziedzinie. I wszystko wskazuje na to, że tak się stanie. [img=P90391968_lowRes_additive-manufacturi]Jens Ertel, dyrektor wspomnianego kampusu wytwarzania przyrostowego powiedział: „W ciągu ostatnich 30 lat BMW Group rozwinęła wszechstronne umiejętności, które będziemy nadal doskonalić w naszym nowym kampusie wyposażonym w najnowsze maszyny i technologie. Ponadto opracowujemy i projektujemy komponenty, które są szybsze w produkcji niż konwencjonalnymi środkami, oferują elastyczność pod względem formy, a także są bardziej funkcjonalne ”. Swoją drogą wydaje mi się, że jest to genialne rozwiązanie, bowiem zmiana procesu produkcji np. korekta kształtu drukowanej części wymaga jedynie korekty w projekcie, który można wdrożyć natychmiast, podczas gdy zmiana procesu produkcyjnego w konwencjonalnym systemie, może trwać nieporównywalnie dłużej. [img=P90391986_lowRes_predevelopment-06-20]Oprócz tego Jens Ertel powiedział: „Ciężko pracujemy, aby w pełni rozwinąć produkcję przyrostową i czerpać z niej jak największe korzyści przez cały cykl życia produktu, od pierwszej koncepcji pojazdu do produkcji, obsługi posprzedażnej i zastosowania w klasycznych pojazdach”. I tu pojawia się wątek samochodów używanych oraz klasycznych. To szansa na dostęp do oryginalnych części zamiennych nawet wiele lat po zakończeniu produkcji. W optymalnych, odrobinę wymarzonych warunkach, może to oznaczać koniec ze składowaniem części zamiennych w wielkich magazynach wiele lat po zakończeniu życia produktu. Zamiast tego klient będzie wysyłał zamówienie do producenta z numerem seryjnym części, bez znaczenia, czy będzie to plastikowy element wnętrza, czy też stalowy podzespół związany z silnikiem, a producent po prostu wgra odpowiedni projekt zapisany na nośniku danym do drukarki 3D i wydrukuje potrzebną część. Brzmi pięknie, prawda?[img=P90391963_lowRes_additive-manufacturi]Miejmy nadzieję, że rozwój technologii i druku 3D na to pozwoli, a w ogólnym rozrachunku, końcowa cena dla odbiorcy będzie atrakcyjna. W końcu w grę wchodzi tylko użycie materiału, amortyzacja sprzętu i obsługa, a nie wieloletnie magazynowanie. Brzmi to dość realnie, bowiem w ubiegłym roku BMW Group wyprodukowało około 300 000 części metodą wytwarzania przyrostowego. Kampus wytwarzania przyrostowego zatrudnia obecnie do 80 pracowników i obsługuje około 50 systemów przemysłowych, które pracują z metalami i tworzywami sztucznymi. Kolejnych 50 systemów pracuje w fabrykach na całym świecie. Projekt i rozwój. Jak to wygląda w praktyce?Jednostka przygotowująca do rozwoju w Additive Manufacturing Campus optymalizuje nowe technologie i materiały do wszechstronnego zastosowania w całej firmie. Główny nacisk kładziony jest na automatyzację łańcuchów procesów, które wcześniej wymagały dużej ilości pracy ręcznej, aby drukowanie 3D było bardziej ekonomiczne i opłacalne do użytku na skalę przemysłową w dłuższej perspektywie. Tak jak wspomniałem, zamiast zatrudniania kilkunastu osób do całego procesu tradycyjnej produkcji jednej części, wystarczą 2-3 osoby, które zadbają o projekt, wdrożenie oraz obsługę. [img=P90391955_lowRes_additive-manufacturi]Jeśli chodzi o opracowywanie procesów drukowania 3D na skalę przemysłową, projekty badawcze są szczególnie ważne. W Additive Manufacturing Campus powstaje linia produkcyjna, która powiela cały łańcuch procesu, od przygotowania produkcji cyfrowej po produkcję i przeróbkę komponentów. Zespół IDAM (Industrialisation and Digitisation of Additive Manufacturing) przygotowuje go teraz do specyficznych wymagań serii, produkcji indywidualnej i części zamiennych. Cele produkcyjne potwierdzają status tego wspólnego przedsięwzięcia jako projektu flagowego: oczekuje się, że produkcja wyniesie co najmniej 50 000 części seryjnych rocznie, z ponad 10 000 części indywidualnych i zamiennych, wszystkie wyprodukowane w bardzo wysokiej jakości. [youtube=https://www.youtube.com/watch?v=dnRNINlX4I8]Kampus produkcji przyrostowej wnosi również znaczący wkład w produkcję seryjną części z tworzyw sztucznych. W projekcie POLYLINE nacisk kładziony jest na takie aspekty, jak cyfrowe łączenie etapów procesu oraz opracowanie spójnej metodologii zapewniania jakości dla całego łańcucha procesowego. Additive Manufacturing Campus będzie stanowił tło dla konsorcjum projektu złożonego z 15 partnerów, aby opracować i przetestować przyszłościową, w pełni połączoną, zautomatyzowaną linię produkcyjną do elementów z tworzyw sztucznych. Oczekuje się, że wyniki projektu pomogą obniżyć koszty produkcji nawet o 50 procent, wnosząc istotny wkład w produkcję seryjną. Ponadto zintegrowane metody zapewniania jakości zwiększą stabilność technologii i sprawią, że produkcja będzie bardziej zrównoważona.Przykłady elementów wyprodukowanych w 3DGrupa BMW po raz pierwszy rozpoczęła produkcję przyrostową części prototypowych w 1991 roku do pojazdów koncepcyjnych. Do 2010 r. wprowadzano procesy oparte na tworzywach sztucznych i metalu, początkowo w mniejszych seriach, w celu wyprodukowania elementów, takich jak wytwarzane metodą addytywną koło pompy wodnej w samochodach wyścigowych DTM. Kolejne zastosowania w produkcji seryjnej pojawiły się od 2012 roku, obejmując gamę komponentów do Rolls-Royce Phantom, BMW i8 Roadster (2017) i MINI John Cooper Works GP (2020), które zawierają co najmniej cztery komponenty wydrukowane w 3D w standardzie. Niewiele? Być może, ale to dopiero początek i zapowiedź ciekawych możliwości np. personalizacji. Przykład?[img=P90333188_lowRes_the-all-new-bmw-indi][img=P90333189_highRes_the-all-new-bmw-indi]We wspomnianym MINI John Cooper Works GP stosuje się m.in. aluminiowe łopatki zmiany biegów przy kierownicy wytworzone właśnie przy wykorzystaniu druku 3D. Oprócz tego stosuje się osłonę kierownicy – również wydrukowaną w 3D – oraz indywidualne listwy ozdobne w części pasażerskiej. Każda listwa ozdobna jest unikatowa i opatrzona numerem produkcyjnym edycji limitowanej pojazdu. Jest także ciekawa, sześciokątna faktura listew, występująca tylko w wersji GP, która nawiązuje do struktury powierzchni łopatek zmiany biegów. Innym modelem z wieloma dodatkami wytworzonymi za pomocą druku 3D jest BMW M850i xDrive Coupé w wersji Night Sky. Przykładowo aluminiowe zaciski hamulcowe o bionicznej konstrukcji zostały opracowane przez BMW Motorsport i są nawet o 30 procent lżejsze od elementów produkowanych metodami konwencjonalnymi. Znaczne zmniejszenie masy nieresorowanej powoduje odczuwalną poprawę dynamiki i komfortu jazdy. [img=P90391989_lowRes_predevelopment-06-20]PodsumowanieDruk 3D w motoryzacji co prawda dopiero raczkuje w tak zaawansowanej formie, jak części zamienne, elementy modeli prototypowych itp. ale miejmy nadzieję, że w najbliższym czasie będzie stanowił filar produkcji. BMW pokazuje, że się da, choć nakłady finansowe na ten segment produkcji są z pewnością znaczące. Nie wszyscy producenci mogą sobie na to pozwolić, ale z całą pewnością również inni będą szli tą drogą, a skorzystamy na tym my, końcowi odbiorcy.