3D-печать революционизирует железнодорожную отрасль: кейсы и выгоды

За прошедший год крупные ж/д операторы вроде Deutsche Bahn, Bombardier и Angel Trains значительно расширили свои 3D-печатные возможности.

По недавнему исследованию EY, 16% логистических и транспортных фирм теперь используют аддитивное мануфактуринг для производства запчастей.

Что движет этим быстрым принятием?

В этом Application Spotlight исследуем силы, толкающие железнодорожный сектор к аддитивному мануфактурингу, и показываем наиболее убедительные юз-кейсы.

Исследуйте другие приложения в нашей серии:

• 3D-печать для теплообменников
• 3D-печать для подшипников
• 3D-печать для велосипедного производства
• 3D-печать для цифровой стоматологии и производства элайнеров
• 3D-печать для медицинских имплантов
• 3D-печатные ракеты и будущее космического мануфактура
• 3D-печать для обуви
• 3D-печать для электронных компонентов
• 3D-печатные очки
• 3D-печать для конечного производства деталей
• 3D-печать для кронштейнов
• 3D-печать для турбинных деталей
• Как 3D-печать обеспечивает лучшие гидравлические компоненты
• Как 3D-печать поддерживает инновации в ядерной энергетике

Почему ж/д компании принимают промышленную 3D-печать?

Строительство поезда требует компонентов, выдерживающих десятилетия эксплуатации. Когда деталь выходит из строя — особенно та, что производилась 20–30 лет назад — найти замену может быть пугающе.

Многие ж/д операторы сталкиваются с прекращённых производственными линиями или несуществующими поставщиками. Производство детали заново конвенциональными высокообъёмными методами часто неэкономично, особенно когда требуемое количество мало.

Более того, каждый день простоя поезда несёт существенные затраты. Ж/д компании поэтому ищут быстрые, стоимоэффективные решения для устаревших деталей.

3D-печать — цифровая мануфактурная технология, устраняющая потребность в формах — идеально подходит этой нужде. Безинструментальное производство может резать лид-таймы до 95%, а в комбо с реверс-инженерингом позволяет быстро воссоздавать утерянные дизайны.

Ранние адоптеры вроде Deutsche Bahn идентифицировали растущий список деталей, подходящих для аддитивного мануфактура — от компонентов кофемашин до брайлевских знаков для слабовидящих пассажиров. Потенциал 3D-печати производственных пособий — джигов, фикстур, и даже лёгких эргономичных инструментов — добавляет дальнейший стимул.

3D-печатные технологии для ж/д деталей

Полимеры доминируют в ж/д 3D-печатном инвентаре, с Fused Filament Fabrication (FFF) и Selective Laser Sintering (SLS) как наиболее распространённые. Эти процессы используют высокопроизводительные термопласты вроде нейлона и ULTEM, которые должны соответствовать строгим стандартам пожарной безопасности (например, Rail Standard EN 45545-2).

Stratasys предлагает огнеупорный нейлон, соответствующий EN 45545-2, в то время как Markforged недавно запустил огнеупорный композит на базе нейлона, нацеленный на ж/д, аэро, авто и оборону.

Металлическая 3D-печать также набирает тракцию. Selective Laser Melting (SLM) и Metal Binder Jetting позволяют производство алюминиевых, стальных и титановых деталей.

Применения 3D-печати в железнодорожной отрасли

Deutsche Bahn 3D-печатает металлическую заменяющую деталь

Deutsche Bahn исследовала более 100 юз-кейсов для аддитивного мануфактура, фокусируясь на деталях, чья недоступность может вызвать до месяца простоя.

Примечательный пример — чехол подшипника колёсной пары для локомотива серии 294, введённого в 1960-х. Традиционная литьё требовала бы больших партий и месяцев лид-тайма.

Используя Wire Arc Additive Manufacturing (WAAM), сервисное бюро произвело 13-килограммовую деталь за семь часов, драматически сократив и время доставки, и стоимость.

Siemens Mobility: 3D-печатная оснастка

В своём RRX Rail Service Centre Siemens Mobility использует 3D-печать для создания сложных обслуживающих инструментов и запчастей.

Ключевой инструмент — коннектор для обслуживания тележки поезда — фабрикован с Stratasys FDM и ULTEM 9085. Результат — надёжный, кастомно-формированный компонент, заменяющий дорогое аутсорс-решение.

Компания сообщает о сниженной зависимости от внешних поставщиков и более низких затратах на единицу.

Исследование 3D-печати Angel Trains

Angel Trains партнёрится с Stratasys для 3D-печати интерьерных компонентов — подлокотников, поручней, столиков спинки сиденья — по запросу.

Производство единичного подлокотника теперь занимает одну неделю, 94% сокращение от конвенциональных методов.

Используя ULTEM 9085, соответствующий Rail Standard EN 45545-2, компания также производит заменяющие поручни. То, что стоило бы £15 000 и заняло два с половиной месяца, теперь завершается за три недели за долю цены.

Взгляд вперёд: Angel Trains прототипирует брайлевские столики спинки сиденья для навигации пассажиров к туалетам, иллюстрируя, как 3D-печать может улучшать пассажирский опыт.

Достижения CAF в 3D-печати

С сентября 2016 испанский производитель CAF изготовил примерно 2 400 3D-печатных деталей для подвижного состава — от держателей чашек до дверных опор.

CAF также использует крупномасштабную 3D-печать для фабрикации внешних компонентов до нескольких метров, такого как фронтальная деталь для трамвая Urbos, произведённая на Super Discovery FFF принтере от CNC Bárcenas.

«Способность создавать детали со сложными геометриями без форм драматически сокращает тайм-ту-маркет», — говорит инженерный лидер CAF.

Другие примеры

Другие ж/д гиганты следуют примеру. Bombardier устанавливает Stratasys принтер для ускорения производства интерьерных и экстерьерных компонентов, в то время как Wabtec инвестировала в GE Additive H2 биндер-джет систему, таргетируя до 250 компонентов для AM.

3D-печать в железнодорожной отрасли: трансформационный импакт

Преимущества аддитивного мануфактура ясны: быстрый тараунд для устаревших деталей, снижение затрат, способность проектировать сложные лёгкие компоненты.

Пока многие компании всё ещё на ранних стадиях, долгосрочная отдача обещает перестроить ж/д цепочки поставок и обслуживания, доставляя осязаемые выгоды операторам и пассажирам alike.