Presso l'Additive Manufacturing Campus di Oberschleißheim, il BMW Group sta sperimentando la produzione additiva ad arco metallico (WAAM), in cui un filo di alluminio o simile viene fuso mediante un arco. Successivamente un robot controllato da software sovrappone con precisione un gran numero di cordoni di saldatura fino a ottenere un componente completo.
Poiché la pressione fa sì che strato dopo strato non sia necessario prestare attenzione alla sformabilità, sono possibili strutture cave con un rapporto ottimale tra rigidità e peso.
Ciò significa che i componenti possono essere più leggeri e più rigidi rispetto alle parti pressofuse comparabili attualmente prodotte nella produzione in serie. Possono anche essere prodotti in modo più sostenibile grazie al minor fabbisogno energetico e al minor spreco di materiale. In futuro si prevede di utilizzare componenti realizzati con il processo WAAM nei veicoli di produzione del BMW Group.
L'ampia larghezza e altezza di un singolo cordone di saldatura significa che i componenti possono essere prodotti in modo estremamente rapido utilizzando WAAM. A differenza della fusione a raggio laser, già utilizzata nella produzione di prototipi e piccole serie presso il BMW Group, WAAM è particolarmente adatta per componenti più grandi. Gli spessori tipici delle pareti si adattano bene ai componenti della carrozzeria, della trasmissione e del telaio. Tuttavia, con questo processo high-tech, utilizzato anche nell'industria aeronautica, è possibile produrre strumenti e dispositivi.
Dal 2015 i dipendenti del BMW Group si concentrano sul processo WAAM, noto anche come saldatura di build-up. Dal 2021 una cella WAAM per la produzione di componenti di prova viene utilizzata presso l'Additive Manufacturing Campus. Una di queste applicazioni esemplificative è un supporto del montante della sospensione che, in test approfonditi sul banco di prova, viene confrontato con il componente di serie realizzato in pressofusione di alluminio.
In questa fase iniziale è già chiaro che il processo WAAM può comportare una riduzione delle emissioni nel processo di produzione. Il peso ridotto dei componenti, il vantaggioso rapporto di utilizzo dei materiali e la possibilità di utilizzare energia rinnovabile consentono di produrre i componenti in modo più efficiente.
—Jens Ertel, responsabile della produzione additiva BMW
La prossima fase di sviluppo verso la produzione in serie è il test dei componenti del veicolo, che inizierà nel prossimo futuro.
I cordoni di saldatura più larghi nel processo WAAM fanno sì che le superfici dei componenti non siano lisce, ma leggermente ondulate e debbano essere rifinite nelle aree critiche. Tuttavia, gli ingegneri del BMW Group sono stati in grado di dimostrare che i componenti WAAM possono essere utilizzati per carichi elevati, compresi carichi ciclici, anche senza post-trattamento della superficie.
I parametri di processo ottimizzati sono cruciali per garantire la durabilità direttamente dalla produzione, quindi la combinazione del processo di saldatura e della pianificazione del percorso robotizzato deve essere coordinata in modo ottimale.
Per utilizzare in modo ottimale i componenti prodotti nel processo WAAM, la combinazione del processo di produzione e di una progettazione generale del nuovo componente è fondamentale. A tal fine, il BMW Group continua ad accelerare l’uso del design generativo. Qui il computer utilizza algoritmi per progettare componenti ottimizzati in base ai requisiti specifici.
Questi algoritmi sono sviluppati in stretta collaborazione con team interdisciplinari e sono in parte ispirati ai processi evolutivi in natura. Come con le strutture bioniche, il primo passo consiste nell'utilizzare solo il materiale effettivamente necessario per la topologia del componente e, durante la messa a punto nella seconda fase, il componente viene rinforzato solo dove necessario. Ciò si traduce in definitiva in componenti più leggeri e più rigidi, nonché in una maggiore efficienza e in una migliore dinamica del veicolo.
I diversi processi di produzione additiva non sono necessariamente in concorrenza tra loro, ma dovrebbero essere considerati complementari. Ad esempio, la fusione del raggio laser continuerà ad essere più vantaggiosa rispetto al processo WAAM quando si tratta del massimo livello di risoluzione dei dettagli. In termini di dimensione possibile del componente e velocità di deposizione, tuttavia, la produzione additiva con arco a filo è superiore.
Il BMW Group prevede inizialmente la produzione centralizzata di componenti WAAM a Oberschleißheim, in futuro sarà possibile anche la produzione in altre località e l'utilizzo della tecnologia da parte dei fornitori. Inoltre sarebbe addirittura concepibile produrre con questo processo singoli componenti direttamente sulla catena di montaggio e produrre pezzi diversi senza nuovi strumenti, semplicemente modificando il software. La sostenibilità può essere ulteriormente migliorata anche aumentando l’uso di metalli riciclati.
Fonte da Congresso Green Car
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