宝马集团奥伯施莱斯海姆增材制造园区自2020年启用以来,已生产超过160万个3D打印零部件,宝马全球工厂每年还分散打印约10万个零部件。园区正把3D打印从原型工具推进为可规模化的工业技术,下一步重点是电弧增材制造WAAM,计划从2027年起用于大型金属部件批量生产。
WAAM与激光粉末床熔融不同,使用电弧与金属丝材,材料利用率高,设备成本相对较低,成型尺寸不受粉床限制,适合制造数米级结构件,尤其适合小批量、大尺寸、无需开模的零部件。宝马看重的就是这种在大尺寸结构件上的灵活性。
宝马已将增材制造应用到产品生命周期的各阶段,包括早期概念和原型、批量生产和售后零件。在研发阶段,3D打印能快速提供零件,用于功能验证和碰撞等动态测试,缩短开发周期。在生产环节,稳定易用的3D打印系统让全球工厂可就近分散生产配件,提高响应速度和产线灵活性。
在宝马内部,增材制造的价值重点并不在“逐层成形”的技术细节,而在于加快开发、提高灵活性、减少对模具的依赖。传统工艺受制于模具和长周期,而3D打印让定制化零件和小批量需求可以直接生产,减少前期工具投入和开发风险。
宝马目前已经利用3D打印支持新级别车型开发,并在最新一代电动驱动系统研发中大量采用3D打印部件。宝马集团增材制造负责人Timo Göbel表示,增材制造技术已经被全面整合到产品生命周期的各个阶段,应用覆盖原型、量产和售后。
宝马在增材制造领域的布局可以追溯到1990年,当时就委托开发系统用于原型件生产。随后技术逐步向量产延伸,先后在劳斯莱斯等品牌车型上应用,在宝马i8 Roadster上生产首批金属3D打印零部件,并为售后市场提供定制件。与早期相比,变化在于技术不再是孤立应用,而是形成一个可扩展、具弹性的生产系统,从“特殊解决方案”转变为常规生产技术的一部分。
Timo Göbel指出,增材制造在产品全周期的各类应用场景中都在快速增长,宝马将继续在这一领域投资。园区内配备包括德国Atlix公司TruPrint 5000在内的多种金属3D打印设备,并在发动机制造中采用3D打印砂芯,日产约4000个砂芯用于六缸和四缸发动机生产。
WAAM被认为是增材制造中极具潜力的方向之一,适合对尺寸、效率以及与现有产线兼容性有较高要求的大型金属件应用场景。宝马从原型车阶段就开始使用WAAM,2025年完成车辆测试,目标是2027年实现相关零部件量产。奥伯施莱斯海姆增材制造园区的优势不在于抢先发现技术,而是在于持续推动新工艺走向成熟量产。
在航空领域,GKN Aerospace已经在瑞典和美国工厂利用WAAM为普惠GTF发动机生产风扇机匣安装环,自2023年首件获得认证以来已交付超过600台,计划在2025年实现全面量产。另一家公司Divergent Technologies则在汽车和国防领域采用3D打印结构件和自适应生产系统,简化传统供应链,为客户提供从设计到打印的一体化方案。
随着3D打印从样件制作工具转变为与模具、铸造并行的制造选项,以宝马为代表的大型制造企业正在用增材制造重构部分生产流程和供应链结构,汽车制造模式也因此出现新的发展路径。