ความก้าวหน้าในการผลิตแบบเติมเนื้อวัสดุของ BMW Group

ตลอดกว่า 30 ปีที่ผ่านมา BMW Group ได้ยืนหยัดเป็นผู้นำด้านการผลิตแบบเติมเนื้อวัสดุ (Additive Manufacturing) ตั้งแต่เริ่มต้นใช้เทคโนโลยีเครื่องพิมพ์ 3 มิติ ครั้งแรกในปี 1991 เพื่อผลิตชิ้นส่วนยานยนต์เฉพาะบุคคลสำหรับรถต้นแบบและรถแข่ง จนกระทั่งยกระดับมาใช้กับรุ่นที่ผลิตจริงได้อย่างเต็มรูปแบบ ปัจจุบัน โรงงานทั่วโลกของ BMW Group ทั้งในเยอรมนี สหรัฐอเมริกา และเอเชีย ต่างนำเทคโนโลยีนี้มาใช้ในการสร้างอุปกรณ์ช่วยทำงาน (jigs & fixtures) เครื่องมือพิเศษ และกริปเปอร์หุ่นยนต์ที่ปรับน้ำหนักให้เหมาะสมต่อการใช้งานจริง โดย “Additive Manufacturing Campus” ใน Oberschleißheim ได้ผลิตชิ้นส่วนพิมพ์ขึ้นมากกว่า 300,000 ชิ้นในปี 2023 เพียงปีเดียว และทั่วทั้งเครือข่ายการผลิต มีชิ้นส่วนที่ผลิตจากการพิมพ์ 3 มิติรวมกันเกินกว่า 100,000 ชิ้นต่อปี

ประโยชน์อันหลากหลายของการผลิตแบบเติมเนื้อวัสดุ

การขยายการใช้เทคโนโลยีการพิมพ์ 3 มิติช่วยให้ BMW Group ปรับปรุงกระบวนการผลิตให้ทั้งเร็วขึ้น ถูกลง แข็งแรงขึ้น และตอบโจทย์การออกแบบเฉพาะได้อย่างอิสระ อุปกรณ์ช่วยในการผลิตที่พิมพ์ขึ้นใหม่มีน้ำหนักเบา แต่ยังคงความแข็งแรงไว้เพียงพอ ทำให้หุ่นยนต์สามารถเคลื่อนที่เร็วขึ้น ลดระยะเวลาหน่วง (cycle time) และลดต้นทุนการดำเนินงานอย่างมีนัยสำคัญ นอกจากนี้ น้ำหนักที่เบาลงยังเปิดโอกาสให้เลือกใช้หุ่นยนต์ขนาดเล็กลงในระยะกลาง ช่วยลดการใช้พลังงาน ลดการปล่อยคาร์บอนไดออกไซด์ และยืดอายุการใช้งานของอุปกรณ์โดยรวม

การพิมพ์ 3 มิติด้วยทรายสำหรับแม่พิมพ์และชิ้นส่วนขนาดใหญ่

ที่โรงงาน Landshut BMW Group ได้นำการพิมพ์ 3 มิติด้วยทรายมาประยุกต์ใช้สร้างแม่พิมพ์ต้นแบบและผลิตแม่พิมพ์จริงสำหรับชิ้นส่วนเครื่องยนต์ประสิทธิภาพสูงมากว่า 10 ปี กระบวนการนี้ใช้ทรายเป็นวัตถุดิบหลัก สลับชั้นกับสารยึดเกาะจนขึ้นรูปเป็นแม่พิมพ์ซับซ้อน เมื่อเทอะอะลูมิเนียมหลอมเหลวลงไปในแม่พิมพ์ จะได้โครงสร้างที่มีความประณีตสูง อีกทั้งยังนำมาใช้สร้างอุปกรณ์ช่วยในการผลิตขนาดใหญ่ได้อย่างยั่งยืน เช่น ฝาสูบอลูมิเนียมที่ผลิตด้วยกระบวนการหล่อทรายสามมิติ ทำให้ลดขั้นตอนการตัดเฉือน ลดเสียน้ำหนักวัสดุ และลดเวลาการเตรียมแม่พิมพ์

นวัตกรรมกริปเปอร์หุ่นยนต์พิมพ์ 3 มิติสำหรับหลังคา CFRP

ศูนย์เทคโนโลยีโครงสร้างน้ำหนักเบาใน Landshut ได้พัฒนากริปเปอร์หุ่นยนต์ขนาดใหญ่ น้ำหนักเพียง 120 กก. ซึ่งผลิตเสร็จภายใน 22 ชั่วโมง เพื่อรองรับกระบวนการผลิตหลังคาคาร์บอนไฟเบอร์ (CFRP) ของ BMW M GmbH กริปเปอร์รุ่นนี้ประกอบด้วยส่วนยกวัสดุที่พิมพ์ด้วย Selective Laser Sintering (SLS) และโครงสร้างหลักที่พิมพ์ด้วยเทคโนโลยี Large Scale Printing (LSP) โดยใช้เม็ดพลาสติกฉีดขึ้นรูปผสมพลาสติกรีไซเคิล ช่วยลดน้ำหนักได้ราว 20% เมื่อเปรียบเทียบกับกริปเปอร์มาตรฐาน นำไปสู่การยืดอายุการใช้งานของหุ่นยนต์ ลดการบำรุงรักษา และกระชับรอบเวลาการผลิต

วิวัฒนาการสู่กริปเปอร์ชีวภาพน้ำหนักเบาพิเศษ

ในฤดูร้อนปี 2023 BMW Group ได้เปิดตัวกริปเปอร์รุ่นใหม่ที่เบาลงอีก 25% ผ่านการวิเคราะห์และปรับโครงสร้างด้วยทฤษฎีโทโพโลยี (Topology Optimization) โครงสร้างชีวภาพนี้ผสานเปลือกหลังคาที่ผลิตจาก LSP กับส่วนดูดสุญญากาศ SLS และโครงสร้างรองรับที่หล่อทรายตีขึ้นรูปด้วยแกนพิมพ์ ผลลัพธ์คือกริปเปอร์ที่มีน้ำหนักลดลง แต่ยังคงรับแรงได้สูง ส่งผลให้กระบวนการผลิตหลังคา CFRP ของ BMW M3 เหลือเพียงหุ่นยนต์ตัวเดียว แทนที่ต้องใช้ถึงสามตัว

การประยุกต์ใช้กริปเปอร์พิมพ์ 3 มิติในงานโครงสร้างตัวถังและส่วนประกอบพื้นรถ

โรงงาน Regensburg และ Munich ของ BMW Group นำกริปเปอร์ที่ผลิตด้วย LSP ไปใช้จัดการชิ้นส่วนประตูและฝากระโปรง รวมถึงชิ้นส่วนพื้นรถยนต์ BMW i4 ใน Regensburg กริปเปอร์ช่วยเพิ่มความแข็งแรงในการยกและเคลื่อนย้ายพร้อมกับลดน้ำหนัก ทำให้สามารถใช้หุ่นยนต์ที่รองรับน้ำหนักต่ำลง ลดต้นทุนได้ ขณะที่ใน Munich กริปเปอร์ชีวภาพรุ่นแรกถูกนำมาใช้จัดการส่วนประกอบพื้นรถยนต์ โดยโครงสร้างหล่อทรายผสมอะลูมิเนียมช่วยให้โครงสร้างรับน้ำหนักได้สูง ในขณะที่น้ำหนักลดลง 30% เทียบกับรุ่นก่อนหน้า ส่งผลให้สามารถใช้หุ่นยนต์ขนาดเล็กลงและลดการปล่อยคาร์บอนไดออกไซด์ได้มากขึ้น

บทบาทซอฟต์แวร์นวัตกรรมในการออกแบบและการผลิตเชิงเสริม

เบื้องหลังความสำเร็จของ BMW Group ในการผลิตแบบเติมเนื้อวัสดุ คือการใช้ซอฟต์แวร์ออกแบบและคำนวณโครงสร้างขั้นสูง เช่น Synera (เดิมชื่อ Elise) ซึ่ง BMW iVentures ได้ร่วมลงทุนเชิงกลยุทธ์ ซอฟต์แวร์นี้ช่วยให้วิศวกรสามารถสร้างโครงสร้างตามหลักโทโพโลยี และปรับแต่งได้อย่างรวดเร็ว ตอบโจทย์การพิมพ์ 3 มิติที่ต้องการความยืดหยุ่นสูง “Additive Manufacturing Campus” จึงไม่เพียงเป็นศูนย์ผลิต แต่ยังเป็นแหล่งรวบรวมความรู้และเปรียบเทียบเครื่องมือซอฟต์แวร์ชั้นนำ ก่อนถ่ายทอดไปยังโรงงานทั่วโลก เพื่อยกระดับประสิทธิภาพและเพิ่มศักยภาพด้านการออกแบบชิ้นส่วนที่มีความซับซ้อนสูงอย่างแท้จริง

Source : BMW Enhances Production with 3D Printing Technology

About The Author