Com mais de 30 anos de experiência, o BMW Group é pioneiro no campo da manufatura aditiva, mais conhecida como impressão 3D. Impressoras 3D têm sido usadas desde 1991 a fim de produzir peças e componentes individuais de veículos, inicialmente para carros conceituais, protótipos e carros de corrida e, posteriormente, para modelos de produção. O BMW Group agora também fabrica vários auxílios de trabalho e ferramentas para seu próprio sistema de produção em vários processos de impressão 3D. Desde órteses sob medida para funcionários, auxílios de ensino e produção até grandes pinças robóticas otimizadas em termos de peso, usadas para itens como tetos de CFRP (plástico reforçado com fibra de carbono) e conjunto de piso inteiros. No "Additive Manufacturing Campus" em Oberschleißheim, o centro principal 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 por ano em todas as plantas que formam a 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
Processos de manufatura aditiva têm sido usados diariamente há muito tempo na planta do BMW Group em Landshut. Por muitos anos, esses processos incluíram moldes para a fabricação de cabeçotes de cilindros de alumínio, que são impressos tridimensionalmente usando o processo de moldagem em areia. Aqui, a areia é repetidamente aplicada em camadas finas e unidas usando ligantes. Isso possibilita a criação de moldes para a fabricação de estruturas muito complexas, que são então preenchidas com alumínio liquefeito.
Usando impressão 3D para fabricar grandes pinças robóticas para tetos de CFRP
Por vários anos, o Centro de Tecnologia e Construção Leve do BMW Group em Landshut tem usado um elemento de pinça particularmente grande, que foi feito usando o processo de impressão 3D. Pesando cerca de 120 quilos, a pinça para um robô pode ser fabricada em apenas 22 horas e é então usada 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. A pinça é simplesmente girada 180 graus para remover os tetos finalizados. Comparada às pinças convencionais, a versão fabricada usando impressão 3D era aproximadamente 20% mais leve, o que, por sua vez, estendeu a vida útil dos robôs e reduziu o desgaste do sistema, além de reduzir os intervalos de manutenção. O uso combinado para duas etapas também reduziu 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 para a pinça de agulha para levantar o material bruto de CFRP são feitos usando sinterização seletiva a laser (SLS), a grande casca do teto e a estrutura de suporte são fabricadas usando impressão em larga escala (LSP). A LSP pode ser usada para produzir grandes componentes de forma econômica e sustentável. O processo utiliza grânulos de moldagem por injeção e plásticos reciclados, enquanto o material residual de CFRP também pode ser usado e reciclado. Comparada ao uso de matérias-primas primárias, as emissões de CO2 na fabricação da pinça são aproximadamente 60% menores.
Mais economia de peso, cortesia da nova geração de pinças biônicas
No verão de 2023, uma nova geração de pinça, ainda mais leve, foi introduzida. Para alcançar isso, o conceito anterior de pinça foi analisado e otimizado topologicamente – o nascimento da pinça robótica biônica. Isso combina a casca do teto da impressora LSP com vacuums SLS e uma estrutura de suporte otimizada bionicamente. Para isso, um molde com núcleos impressos é usado na moldagem em areia. Esse molde é então fundido com a estrutura de alumínio intricada. A nova pinça é 25% mais leve que sua predecessora, o que significa que todo o processo de fabricação de um teto de CFRP do BMW M3 pode ser realizado com apenas um robô, em vez de três, como era o caso anteriormente. Hoje em dia, pinças duplas fabricadas individualmente dentro do BMW Group, cortesia da impressão 3D, são usadas para todos os tetos de CFRP na planta do BMW Group em Landshut.
Nova pinça impressa em 3D é também usada na construção de chassis
O BMW Group também emprega pinças produzidas usando o processo de impressão 3D na construção de chassis – por exemplo, pinças impressas com o processo LSP para manuseio de portas na planta do BMW Group em Regensburg.
No entanto, a empresa está dando um passo adiante na planta do BMW Group em Munique. Recentemente, os primeiros exemplos de uma pinça robótica biônica foram usados na planta matriz. Essa 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, e pesa, com todos os elementos adicionais, apenas 110 quilos. Isso a torna aproximadamente 30% mais leve que o modelo convencional anterior. A fabricação usando moldagem em areia e alumínio permite representar estruturas intricadas otimizadas para carga. Isso resulta em uma redução máxima de peso e, portanto, possibilita 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 genéricas especiais, 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 usado em muitas áreas de desenvolvimento dentro do BMW Group. Vale particularmente a pena usar o software na impressão 3D, pois estruturas biônicas otimizadas topologicamente podem ser praticamente impressas uma a uma, graças ao alto grau de flexibilidade do processo.
Jeffrey Group
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