Il BMW Group prevede di avviare nel 2027 la produzione in serie dei primi componenti automobilistici realizzati attraverso la tecnologia Wire Arc Additive Manufacturing, conosciuta con l’acronimo WAAM. Il programma rappresenta una nuova fase nel percorso industriale avviato dal gruppo tedesco per integrare la produzione additiva nelle normali catene di sviluppo e fabbricazione dei veicoli.
Le attività sono coordinate dall’Additive Manufacturing Campus di Oberschleißheim, vicino a Monaco di Baviera. La struttura, inaugurata nel 2020, riunisce sotto lo stesso tetto ricerca, progettazione, produzione di componenti, formazione del personale e sviluppo dei processi digitali legati alla stampa 3D.
L’obiettivo del BMW Group non è limitarsi alla costruzione di prototipi o di piccole serie speciali. L’azienda intende rendere le tecnologie additive compatibili con i requisiti della produzione automobilistica, dove ogni processo deve garantire ripetibilità, controllo della qualità, tempi prevedibili e integrazione con gli impianti esistenti.
Come funziona la tecnologia WAAM
La tecnologia WAAM appartiene alla famiglia dei processi di deposizione diretta di materiale metallico. Durante la lavorazione, un filo metallico viene alimentato verso una torcia e fuso attraverso un arco elettrico. Il metallo liquido viene depositato lungo traiettorie definite da un modello digitale, formando progressivamente pareti, nervature e volumi tridimensionali.
Il principio di funzionamento utilizza elementi già conosciuti nel settore della saldatura industriale, combinandoli con robot, sistemi di controllo, software di pianificazione e sensori. Il materiale non viene quindi distribuito sotto forma di polvere, come accade nei processi a letto di polvere, ma viene fornito attraverso una bobina di filo.
Questa configurazione permette di depositare quantità elevate di metallo in tempi contenuti. La larghezza e l’altezza dei singoli cordoni rendono il processo indicato per componenti di grandi dimensioni, difficili o costosi da produrre con sistemi di stampa 3D basati sulla fusione laser di polveri metalliche.
Il processo può essere eseguito da bracci robotici industriali capaci di muoversi lungo più assi. Questa libertà di movimento consente di realizzare geometrie complesse e di adattare le traiettorie di deposizione alle caratteristiche del componente. Il sistema parte da un modello CAD, che viene trasformato in una sequenza di movimenti, parametri di saldatura e quantità di materiale da depositare.
Perché BMW punta sui componenti di grande formato
Il BMW Group considera il WAAM adatto alla produzione di parti strutturali e di componenti caratterizzati da pareti relativamente spesse. Le possibili applicazioni interessano le aree della carrozzeria, del telaio e della catena cinematica, oltre alla costruzione di utensili, supporti e attrezzature impiegati negli stabilimenti.
Rispetto alla lavorazione sottrattiva di un blocco pieno, il processo additivo può ridurre la quantità di materiale rimossa durante le fasi successive. Il componente viene costruito con una forma già vicina a quella definitiva, lasciando un sovrametallo nelle zone che dovranno essere fresate o rettificate.
La possibilità di produrre senza stampi dedicati offre anche maggiore libertà nella modifica delle geometrie. Quando viene aggiornato il progetto, l’azienda può intervenire sul modello digitale e sulle traiettorie del robot senza dover costruire una nuova attrezzatura di formatura per ogni variante.
Questa caratteristica può risultare utile nello sviluppo dei veicoli, nella costruzione dei prototipi, nella produzione di serie limitate e nella gestione di componenti soggetti a modifiche progettuali. L’assenza di uno stampo non elimina tutti i costi industriali, ma può ridurre i tempi necessari per passare dal progetto alla disponibilità del primo pezzo fisico.
Dai prototipi ai test sui veicoli
Il BMW Group lavora sul processo WAAM dal 2015. In una prima fase, l’azienda ha concentrato le attività sulla comprensione dei parametri di deposizione, sul comportamento dei materiali e sulla capacità di realizzare geometrie compatibili con i requisiti automobilistici.
Il processo è stato poi introdotto nella costruzione di prototipi. Dal 2025, componenti realizzati con questa tecnologia vengono sottoposti a prove su veicoli sperimentali. I test servono a verificare il comportamento dei pezzi in condizioni rappresentative dell’utilizzo reale, analizzando resistenza meccanica, durata, deformazioni e qualità delle giunzioni.
Il passaggio alla produzione di serie, previsto dal 2027, richiederà la stabilizzazione dell’intera catena di processo. Non basta che il robot depositi il materiale secondo la geometria prevista: ogni componente deve presentare proprietà ripetibili, indipendentemente dal lotto, dall’operatore o dal momento in cui viene prodotto.
Per raggiungere questo risultato, il BMW Group deve controllare variabili come la velocità di alimentazione del filo, la potenza dell’arco, la distanza tra torcia e componente, la temperatura del materiale, il raffreddamento tra uno strato e l’altro e la traiettoria del robot.
Anche la gestione termica ha un ruolo centrale. Durante la deposizione, il componente viene sottoposto a cicli ripetuti di riscaldamento e raffreddamento. Questi cicli possono generare tensioni interne, variazioni dimensionali e deformazioni. La pianificazione delle sequenze di costruzione deve quindi considerare non solo la geometria, ma anche il comportamento termico del pezzo.
La necessità delle lavorazioni successive
I componenti prodotti con il WAAM presentano una superficie caratterizzata dai cordoni di materiale sovrapposti. Per questo motivo, le aree funzionali devono essere sottoposte a lavorazioni successive.
Fresatura, rettifica e altre operazioni di finitura permettono di ottenere tolleranze dimensionali, planarità e rugosità compatibili con le specifiche del settore automobilistico. Fori, sedi di montaggio, superfici di accoppiamento e punti di contatto devono essere lavorati con precisione prima che il componente possa essere installato sul veicolo.
La produzione WAAM deve quindi essere considerata come parte di un sistema ibrido. La deposizione additiva costruisce il volume principale, mentre le tecnologie sottrattive completano le zone che richiedono precisione elevata.
L’equilibrio tra materiale depositato e materiale rimosso è uno degli elementi che determinano la convenienza del processo. Depositare troppo materiale aumenta tempi, consumi e lavorazioni meccaniche; depositarne troppo poco può rendere impossibile raggiungere le dimensioni richieste dopo la finitura.
Controllo digitale e qualità del processo
Per il BMW Group, l’industrializzazione della produzione additiva dipende dall’automazione e dalla connessione digitale delle diverse fasi. Il modello del componente, la preparazione del processo, la deposizione, il monitoraggio, la lavorazione meccanica e l’ispezione finale devono essere collegati all’interno di una catena coerente.
Sensori e sistemi di acquisizione possono controllare il bagno di fusione, la temperatura, la geometria degli strati e la stabilità dell’arco. I dati raccolti durante la costruzione permettono di individuare deviazioni e di ricostruire le condizioni nelle quali ogni componente è stato prodotto.
La tracciabilità assume un’importanza particolare quando la tecnologia viene utilizzata per parti strutturali. Il produttore deve poter dimostrare che il pezzo è stato costruito entro parametri definiti e che i controlli previsti sono stati completati.
Il BMW Group punta inoltre su sistemi aperti dal punto di vista dei materiali e delle interfacce. Questa impostazione dovrebbe facilitare l’integrazione di macchine, software e sistemi di controllo diversi, evitando che l’intera catena produttiva dipenda da una sola piattaforma proprietaria.
Le interfacce aperte possono semplificare lo scambio di dati tra progettazione, simulazione, produzione e qualità. Possono anche rendere più agevole l’aggiornamento degli impianti quando vengono introdotti nuovi sensori, materiali o strumenti software.
Il ruolo dell’Additive Manufacturing Campus
L’Additive Manufacturing Campus di Oberschleißheim è il centro di competenza del BMW Group per la produzione additiva. La struttura è stata inaugurata nel 2020 con un investimento iniziale di circa 15 milioni di euro.
Il campus ospita attività di ricerca, produzione, progettazione e formazione. La concentrazione di competenze differenti permette agli ingegneri di valutare un nuovo processo non soltanto dal punto di vista tecnico, ma anche in relazione ai costi, alla disponibilità dei materiali, alla manutenzione e alla possibilità di trasferirlo negli stabilimenti.
Dall’apertura, il campus ha prodotto più di 1,6 milioni di componenti. A questi si aggiungono circa 100.000 pezzi realizzati ogni anno direttamente negli stabilimenti automobilistici del BMW Group.
La produzione non comprende soltanto modelli dimostrativi. Le tecnologie additive vengono utilizzate per prototipi, componenti funzionali, attrezzature, sistemi di presa robotizzati e parti destinate a prove dinamiche o crash test.
I componenti stampati hanno sostenuto anche lo sviluppo della piattaforma Neue Klasse e delle generazioni di propulsori elettrici del BMW Group. In questo contesto, la stampa 3D permette ai tecnici di costruire e modificare parti senza attendere la disponibilità delle attrezzature definitive.
Un percorso iniziato oltre trent’anni fa
L’esperienza del BMW Group nella produzione additiva risale al 1990, quando l’azienda iniziò a utilizzare la stampa 3D per la prototipazione. Nel corso degli anni, le applicazioni sono passate dai modelli di studio ai componenti funzionali, fino alle parti destinate ai veicoli di serie.
Nel 2012, il gruppo ha introdotto componenti polimerici prodotti in modo additivo sulla Rolls-Royce Phantom, costruita da Rolls-Royce Motor Cars, società appartenente al BMW Group. Nel 2017, la produzione additiva metallica è stata impiegata per realizzare un componente della capote della BMW i8 Roadster.
Il consolidamento di queste esperienze ha permesso all’azienda di sviluppare procedure per la qualificazione dei materiali, la gestione digitale degli ordini e il controllo automatizzato dei componenti.
Il WAAM si inserisce in questo percorso come soluzione rivolta ai pezzi metallici di dimensioni maggiori. Non sostituisce tutte le altre tecnologie additive, ma amplia il numero di applicazioni che possono essere valutate.
I processi a letto di polvere restano indicati per componenti più piccoli, complessi e caratterizzati da dettagli fini. Le tecnologie polimeriche continuano a essere utilizzate per attrezzature, prototipi, supporti e sistemi di presa. Il WAAM aggiunge la capacità di costruire strutture metalliche più grandi con velocità di deposizione elevate.
Le condizioni necessarie per la produzione di serie
L’introduzione del WAAM nella produzione automobilistica non dipenderà soltanto dalla capacità di stampare un componente. La sostenibilità economica del processo sarà determinata dal costo del filo, dal consumo energetico, dal tempo occupato dalle macchine e dall’entità delle lavorazioni successive.
Anche la percentuale di componenti conformi al primo tentativo avrà un peso rilevante. In una produzione stabile, gli scarti devono essere limitati e le cause delle deviazioni devono poter essere identificate attraverso i dati di processo.
La velocità di deposizione rappresenta un vantaggio, ma deve essere confrontata con il tempo totale necessario per ottenere il pezzo finito. Preparazione, raffreddamento, eventuali trattamenti termici, fresatura, ispezione e movimentazione contribuiscono alla durata complessiva del ciclo.
Un’altra condizione riguarda il trasferimento della tecnologia dal campus agli stabilimenti. Un processo sviluppato in un ambiente specializzato deve poter essere utilizzato da operatori e tecnici all’interno di una normale fabbrica automobilistica. Questo richiede procedure standardizzate, formazione, sistemi di sicurezza e manutenzione programmata.
Cosa cambierà dal 2027
Il 2027 segnerà l’inizio della produzione in serie dei primi componenti WAAM del BMW Group, non l’adozione immediata del processo per ogni categoria di veicolo o di parte.
L’azienda dovrà selezionare le applicazioni nelle quali dimensioni, geometria, quantità e costi rendono la deposizione a filo più adatta rispetto alla fusione, alla forgiatura, alla lavorazione da pieno o ad altre tecnologie additive.
Le prime applicazioni forniranno dati utili per valutare tempi, affidabilità e costi in un contesto industriale. In base ai risultati, il BMW Group potrà estendere il processo ad altri componenti e trasferire le soluzioni sviluppate agli stabilimenti della propria rete produttiva.
Il valore del progetto risiede quindi nella costruzione di una filiera completa: progettazione orientata alla produzione additiva, deposizione robotizzata, monitoraggio, lavorazione meccanica, controllo e tracciabilità.
Con il programma WAAM, il BMW Group punta a trasformare una tecnologia già utilizzata per i prototipi in uno strumento produttivo stabile. Il risultato dipenderà dalla capacità di integrare il processo nelle fabbriche senza compromettere qualità, sicurezza e continuità operativa.
