2019年3月27日，IDAM聯(lián)合項目在慕尼黑舉行了啟動會議，旨在為增材制造業(yè)進(jìn)入汽車系列生產(chǎn)鋪平道路。IDAM的目標(biāo)是推動“汽車領(lǐng)域的增材制造（AM）技術(shù)的工業(yè)化和數(shù)字化”。在這個項目中，12個項目合作伙伴正在為可持續(xù)地加強(qiáng)德國的技術(shù)先鋒地位做出持續(xù)努力，并為德國在下一次工業(yè)革命中的制造強(qiáng)國地位奠定重要基石。

       IDAM計劃至今已經(jīng)進(jìn)展了一半，本期，與網(wǎng)友一起就合作計劃中成員單位之一GKN的進(jìn)展來了解下IDAM的項目狀況。

寶馬量產(chǎn)的3D打印汽車零件

 汽車產(chǎn)業(yè)化，3D打印破局突圍之路

        這項耗資2000萬歐元的計劃部分由德國聯(lián)邦教育與研究部（BMBF）資助，并聚集了12個合作伙伴：亞琛工業(yè)大學(xué)數(shù)字制造DAP學(xué)院、Fraunhofer ILT弗勞恩霍夫激光技術(shù)研究所、慕尼黑工業(yè)大學(xué)金屬成型和鑄造學(xué)院、GKN粉末冶金，寶馬集團(tuán)，Aconity（美鋁分拆出來的增材制造業(yè)務(wù)），Concept Reply，Myrenne，Intec，Kinexon Industries，Volkmann，Schmitz Spezialmaschinenbau。

      每個合作伙伴都在其特定的專業(yè)知識領(lǐng)域做出貢獻(xiàn)，以幫助建立一條全自動的，產(chǎn)業(yè)化的增材制造試點生產(chǎn)線。IDAM的目標(biāo)是建立兩條試驗線，一條在GKN在波恩的工廠，另一條在寶馬集團(tuán)在慕尼黑的工廠。

寶馬汽車慕尼黑3D打印園區(qū)內(nèi)的產(chǎn)品開發(fā)。來源：寶馬汽車

 模塊化生產(chǎn)線

      IDAM團(tuán)隊正在將增材制造技術(shù)向符合特定要求的方向努力，以生產(chǎn)質(zhì)量一致的零件以及基于特定組件的個別備品備件。目標(biāo)是每年3D打印至少50,000個批量生產(chǎn)的零部件和10,000多個零件和備件。IDAM試生產(chǎn)線包含一個開放式體系結(jié)構(gòu)，該體系結(jié)構(gòu)可適用于任何LPBF系統(tǒng)（選區(qū)激光金屬熔化3D打印技術(shù)）。

GKN粉末冶金是IDAM聯(lián)盟的重要成員，也是德國波恩工廠兩條試點生產(chǎn)線之一的主辦方。GKN利用其在常規(guī)粉末冶金系列生產(chǎn)中的廣泛知識以及在金屬增材制造方面的經(jīng)驗來創(chuàng)建工業(yè)化、自動化的工廠設(shè)置。

IDAM中的模塊化方法還可以使GKN產(chǎn)品組合中的其他增材制造技術(shù)（例如金屬粘結(jié)劑噴射）實現(xiàn)數(shù)字化連接并從新的開發(fā)中受益。在IDAM項目的框架內(nèi)，GKN充當(dāng)了各個項目成員之間的關(guān)鍵橋梁，將過程開發(fā)的概念從學(xué)術(shù)方面轉(zhuǎn)變?yōu)橐詰?yīng)用為中心的策略。GKN和寶馬還提供了對資格認(rèn)證過程的重要見解，并為正在開發(fā)試線模塊的中小型企業(yè)提供支持。

寶馬汽車慕尼黑3D打印園區(qū)通過VR進(jìn)行生產(chǎn)規(guī)劃。來源：寶馬汽車

    目前，IDAM項目處于檢查中試線模塊概念的階段，準(zhǔn)備在2021年初驗收其余模塊，目前還有大約有一年的時間來測試和驗證。換句話說，數(shù)字架構(gòu)已接近尾聲，由于生產(chǎn)線的模塊化結(jié)構(gòu)，必要時可以升級換代，各個模塊可以適應(yīng)不同的生產(chǎn)要求，此外，可以靈活地控制工藝步驟。通過綜合考慮融入汽車生產(chǎn)線的要求，項目合作伙伴計劃將流程鏈中的手工部分從目前的約35％減少到不到5％。與此同時，3D打印金屬零部件的單位成本應(yīng)該減半。

 建立數(shù)字架構(gòu)

      在過去的一年中，要解決的最關(guān)鍵問題是創(chuàng)建數(shù)字架構(gòu)，包括數(shù)字標(biāo)準(zhǔn)和AM過程鏈的IoT連接概述。覆蓋整個增材制造過程的數(shù)字架構(gòu)對于確保增材制造過程鏈模塊之間的通信以及實現(xiàn)批量生產(chǎn)所需的可靠性至關(guān)重要。

      適應(yīng)數(shù)字體系結(jié)構(gòu)的最大障礙之一是為各種LPBF系統(tǒng)（選區(qū)激光金屬熔化3D打印技術(shù)）創(chuàng)建一個全面的解決方案，這些系統(tǒng)在與流程鏈的接口上都各不相同。

GKN工廠內(nèi)的EOS設(shè)備。來源：GKN

      市場上LPBF系統(tǒng)（選區(qū)激光金屬熔化3D打印技術(shù)）的多樣性使實現(xiàn)可靠且靈活的接口變得非常困難。GKN當(dāng)前正在驗證最近購買的EOS M300-4四激光系統(tǒng)，測試多激光曝光策略，并提高系統(tǒng)的生產(chǎn)率。目前，新的金屬增材制造系統(tǒng)已于2020年5月在公司的波恩工廠安裝。

 DP600鋼的工業(yè)潛力

      隨著IDAM項目接近一半的進(jìn)展，最顯著的進(jìn)步之一是GKN對金屬粉末材料的鑒定，證明了DP 600雙相鋼在汽車市場上工業(yè)化的巨大潛力。這是一種雙相鋼，可以使用熱處理方法調(diào)節(jié)其機(jī)械性能。

DP 600雙相鋼氣體霧化材料目前已在EOS M300-4系統(tǒng)上進(jìn)行了驗證，其伸長率達(dá)到13％（原樣），達(dá)到22％（經(jīng)熱處理），拉伸強(qiáng)度達(dá)到700 MPA（經(jīng)過熱處理）。這些特性使得雙相鋼材料成為汽車及其他工業(yè)市場結(jié)構(gòu)性件應(yīng)用的理想選擇。而通過將水霧化粉末用于未來應(yīng)用，可以進(jìn)一步降低零件成本。

 科研為IDAM項目護(hù)航

      值得一提的是IDAM聯(lián)盟中兩家重量級成員：亞琛工業(yè)大學(xué)數(shù)字制造DAP學(xué)院、Fraunhofer ILT弗勞恩霍夫激光技術(shù)研究所。從1995年開始，亞琛的Fraunhofer就一直在推動增材制造突破界限，從混合制造，到選區(qū)激光熔化技術(shù)SLM的專利誕生，到模具應(yīng)用開發(fā)、植入物應(yīng)用開發(fā)等等，亞琛這里聚集了技術(shù)與應(yīng)用兩條主線的前沿發(fā)展趨勢。

視頻：ACAM為復(fù)雜的增材制造導(dǎo)航

        視頻中ACAM的兩位直接領(lǐng)導(dǎo)人Schleifenbaum教授來自Fraunhofer ILT和亞琛工業(yè)大學(xué)DAP學(xué)院主席，Artnz博士來自Fraunhofer IPT

在2015年，以Fraunhofer ILT, Fraunhofer IPT，亞琛工業(yè)大學(xué)為基礎(chǔ)的ACAM成立，通過ACAM聚集亞琛的資源以及應(yīng)用端的需求，從而進(jìn)一步推動行業(yè)發(fā)展。目前有超過100多名科研人員從事增材制造的科研，解鎖增材制造復(fù)雜奧秘，ACAM集中亞琛的優(yōu)勢資源推動增材制造認(rèn)證、聯(lián)合研發(fā)、培訓(xùn)教育、產(chǎn)業(yè)孵化等多方面的發(fā)展。

       而ACAM所在的亞琛園區(qū)已經(jīng)建設(shè)為歐洲5G工業(yè)園區(qū)，于2020年5月12日啟動了5G網(wǎng)絡(luò)，通過將近1平方公里的面積，19根5G天線和每秒10G比特的帶寬，德國亞琛園區(qū)運(yùn)行著歐洲最大的5G研究網(wǎng)絡(luò)。5G為制造業(yè)帶來的革新價值是Networked, Adaptive Production-網(wǎng)絡(luò)化自適應(yīng)生產(chǎn)。從自適應(yīng)生產(chǎn)的目標(biāo)出發(fā)，歐洲5G園區(qū)的研發(fā)模塊包括：用于監(jiān)視和控制高度復(fù)雜制造過程的5G無線傳感器，制造自適應(yīng)：分布式制造控制與干預(yù)，區(qū)塊鏈，邊緣云計算，數(shù)字孿生體技術(shù)等。

       在亞琛，基于5G網(wǎng)絡(luò)，研究人員已經(jīng)針對葉片的增材和減材制造和維修過程（例如銑削和激光金屬沉積金屬3D打印技術(shù)（LMD））建立過程仿真和過程鏈的重新配置。通過在過程中詳細(xì)記錄實際數(shù)據(jù)，可以通過優(yōu)化的計劃工具使數(shù)據(jù)一致性并確保計劃的透明性。

      隨著3D打印進(jìn)入到主流生產(chǎn)技術(shù)范疇，與其他傳統(tǒng)加工工藝的無縫結(jié)合，數(shù)字化、自動化、自適應(yīng)，將成為研究人員推動行業(yè)發(fā)展的開發(fā)方向與研究課題主線。

來源：3D科學(xué)谷