O sistema rápido, econômico e versátil de manufatura aditiva, com a nova pinça biônica que reduz ainda mais o peso, é uma inovação para montagens de piso inteiras na planta do BMW Group em Munique, resultando em mais de 400.000 peças produzidas globalmente usando impressão 3D
Com mais de 30 anos de experiência, o BMW Group é um pioneiro na manufatura aditiva, conhecida como impressão 3D. Desde 1991, as impressoras 3D têm sido usadas para produzir peças e componentes individuais de veículos, inicialmente para carros conceituais, protótipos e carros de corrida, e posteriormente para modelos de produção. Atualmente, o BMW Group também fabrica vários auxílios de trabalho e ferramentas para seu próprio sistema de produção através de diferentes processos de impressão 3D. Desde órteses personalizadas para funcionários, auxílios de ensino e produção até grandes garras robóticas otimizadas em termos de peso, usadas para itens como tetos de CFRP (plástico reforçado com fibra de carbono) e montagens de piso inteiras. No “Additive Manufacturing Campus” em Oberschleißheim, principal centro do BMW Group para produção, pesquisa e treinamento em impressão 3D, mais de 300.000 peças foram “impressas” em 2023. Além disso, mais de 100.000 peças impressas foram produzidas anualmente em todas as plantas da rede de produção global, desde Spartanburg e as plantas alemãs até locais na Ásia.
Moldes impressos para a produção de cabeçotes de cilindros de alumínio em larga escala
Os processos de manufatura aditiva têm sido usados diariamente na planta do BMW Group em Landshut. Há muitos anos, esses processos incluem moldes para a fabricação de cabeçotes de cilindros de alumínio, que são impressos tridimensionalmente usando o processo de moldagem em areia. Nesse processo, camadas finas de areia são repetidamente aplicadas e unidas usando ligantes. Isso permite a criação de moldes para a fabricação de estruturas muito complexas, que são então preenchidas com alumínio líquido.
Uso da impressão 3D para fabricar grandes garras robóticas para tetos de CFRP
Há vários anos, o Centro de Tecnologia e Construção Leve do BMW Group em Landshut usa um grande elemento de pinça, feito através do processo de impressão 3D. Pesando cerca de 120 quilos, a pinça para um robô pode ser fabricada em apenas 22 horas e é utilizada em uma prensa na produção de todos os tetos de CFRP para os modelos da BMW M GmbH. A prensa é primeiro carregada com o material bruto de CFRP, e a pinça é girada 180 graus para remover os tetos finalizados. Em comparação com as pinças convencionais, a versão fabricada usando impressão 3D é aproximadamente 20% mais leve, o que prolonga a vida útil dos robôs e reduz o desgaste do sistema, além de diminuir os intervalos de manutenção. O uso combinado para duas etapas também reduz o tempo de ciclo. Uma característica única da pinça robótica é a combinação ideal de dois diferentes processos de impressão 3D. Enquanto as pinças a vácuo e os grampos da pinça de agulha para levantar o material bruto de CFRP são feitos usando sinterização seletiva a laser (SLS), a grande estrutura do teto e a estrutura de suporte são fabricadas usando impressão em larga escala (LSP). A LSP permite produzir grandes componentes de forma econômica e sustentável, utilizando grânulos de moldagem por injeção e plásticos reciclados, enquanto o material residual de CFRP também pode ser utilizado e reciclado. Em comparação com o uso de matérias-primas primárias, as emissões de CO2 na fabricação da pinça são aproximadamente 60% menores.
Economia de peso adicional com a nova geração de pinças biônicas
No verão de 2023, uma nova geração de pinça, ainda mais leve, foi introduzida. O conceito anterior foi analisado e otimizado topologicamente, resultando na pinça robótica biônica. Esta combina a estrutura do teto da impressora LSP com vacuums SLS e uma estrutura de suporte otimizada bionicamente. Um molde com núcleos impressos é utilizado na moldagem em areia, sendo depois fundido com a intricada estrutura de alumínio. A nova pinça é 25% mais leve que sua predecessora, permitindo que todo o processo de fabricação de um teto de CFRP do BMW M3 seja realizado com apenas um robô, em vez de três, como anteriormente. Atualmente, pinças duplas fabricadas individualmente dentro do BMW Group, graças à impressão 3D, são usadas para todos os tetos de CFRP na planta de Landshut.
Nova pinça impressa em 3D também na construção de chassis
O BMW Group também emprega pinças produzidas através do processo de impressão 3D na construção de chassis, como as pinças impressas com o processo LSP para manuseio de portas na planta de Regensburg.
Recentemente, na planta do BMW Group em Munique, foram usados os primeiros exemplos de uma pinça robótica biônica na planta matriz. Esta pinça pode segurar e mover toda a montagem do piso de um BMW i4. Para a pinça de montagem do piso, a impressão 3D é usada para criar um molde de fundição em areia, que é preenchido com alumínio líquido. O suporte é otimizado em termos de peso e capacidade de carga máxima, pesando, com todos os elementos adicionais, apenas 110 quilos, tornando-se aproximadamente 30% mais leve que o modelo convencional anterior. A fabricação usando moldagem em areia e alumínio permite criar estruturas intricadas otimizadas para carga, resultando em uma redução máxima de peso e possibilitando, a médio prazo, o uso de robôs de elevação pesados menores e mais leves, que requerem menos energia e, assim, reduzem as emissões de CO2.
Uso de soluções de software inovadoras na manufatura aditiva
Estruturas intrincadas e biônicas são projetadas e calculadas usando ferramentas de software especializadas, como o Synera. A BMW iVentures investiu estrategicamente nesse software, anteriormente conhecido como Elise. O Synera permite uma otimização rápida e eficiente e agora é utilizado em muitas áreas de desenvolvimento dentro do BMW Group. O software é particularmente vantajoso na impressão 3D, pois estruturas biônicas otimizadas topologicamente podem ser impressas praticamente uma a uma, graças à alta flexibilidade do processo.
