Обзор приложений:3D-печать в железнодорожной отрасли

За последние 12 месяцев многие железнодорожные компании, в том числе Deutsche Bahn, Bombardier и Angel Trains, инвестировали в 3D-печать или наращивали свои возможности 3D-печати.

Согласно недавнему отчету EY, 16% компаний в секторе логистики и транспорта в настоящее время используют 3D-печать для производства запасных частей.

Что движет этим усыновлением?

В обзоре приложений на этой неделе мы рассмотрим факторы, лежащие в основе более широкого внедрения аддитивного производства (AM) в железнодорожной отрасли, а также рассмотрим наиболее интересные варианты использования.

Взгляните на другие приложения, рассматриваемые в этой серии:

3D-печать теплообменников

3D-печать подшипников

3D-печать для производства велосипедов

3D-печать для цифровой стоматологии и производства прозрачных элайнеров

3D-печать медицинских имплантатов

3D-печатные ракеты и будущее производства космических аппаратов

3D-печать для производства обуви

3D-печать электронных компонентов

Очки с 3D-печатью

3D-печать для производства готовой продукции

3D-печать для скоб

3D-печать деталей турбин

Как 3D-печать делает гидравлические компоненты более производительными

Как 3D-печать поддерживает инновации в атомной энергетике

Почему железнодорожные компании переходят на промышленную 3D-печать?

Построить поезд - нелегкое дело, поскольку для его удержания на рельсах требуются высококачественные компоненты, как правило, в течение десятилетий.

Но что происходит, когда некоторые компоненты ломаются? Найти замену недавно произведенным деталям может быть относительно легко, однако, когда речь идет о компонентах, созданных 20–30 лет назад, процесс усложняется.

Во многих случаях железнодорожные компании сталкиваются с ситуацией, когда производство необходимых им запчастей прекращается или производители прекращают свою деятельность. Учитывая небольшое количество необходимых запасных частей, заново проектировать деталь и производить ее с использованием традиционных методов, адаптированных для крупносерийного производства, часто не имеет экономического смысла.

Ежедневные затраты на простой поезд составляют также довольно высока, что заставляет железнодорожные компании искать новые способы более быстрого и дешевого производства устаревших запасных частей.

3D-печать становится одной из технологий, способных решить такие проблемы. Это технология цифрового производства, что означает, что она основана на цифровых рабочих процессах и не требует дополнительных инструментов, таких как пресс-формы, для создания детали.

Безинструментальное производство с помощью 3D-печати может значительно сократить время производства устаревших запасных частей, в некоторых случаях на 95%. Этот процесс также часто сочетается с обратным проектированием, особенно когда первоначальный дизайн детали был утерян.

Таким образом железнодорожные компании могут ускорить процесс технического обслуживания поездов, возвращая поезда в эксплуатацию более эффективно, чем раньше.

Первые пользователи 3D-печати в железнодорожной отрасли как и Deutsche Bahn, определили несколько деталей, которые можно напечатать на 3D-принтере в качестве замены. Среди них детали для кофемашин, крючки для одежды, чехлы на рулевое колесо, рамы подголовников и даже указатели со шрифтом Брайля для слепых путешественников. Однако список деталей, которые можно напечатать на 3D-принтере для железнодорожной отрасли, постоянно расширяется.

Еще одним фактором, способствующим внедрению 3D-печати в железнодорожной отрасли, является возможность производить такие вспомогательные приспособления, как приспособления и приспособления, быстрее и по запросу. Несмотря на то, что 3D-печатные инструменты менее широко известны, они обычно легче традиционных аналогов и могут быть спроектированы эргономично, что обеспечивает большую простоту использования для рабочих.

Технологии 3D-печати, используемые для деталей железных дорог

Большинство запчастей и инструментов для железнодорожной отрасли, напечатанные на 3D-принтере, производятся с использованием полимерных аддитивных технологий, таких как Fused Filament Fabrication (FFF) и Selective Laser Sintering (SLS). Технологии оптимизированы для работы с высокопроизводительными термопластами, такими как нейлон и ULTEM.

Для использования в компонентах поездов эти материалы должны соответствовать отраслевым стандартам пожарной безопасности. Несколько компаний предлагают огнестойкие термопласты. Stratasys, например, разработала материал, соответствующий стандарту железнодорожных перевозок EN45545-2 по пожарной безопасности.

Markforged, разработчик композитных 3D-принтеров, также недавно представил трудновоспламеняемый композитный материал на основе нейлона. Этот материал призван расширить спектр приложений 3D-печати в железнодорожной отрасли, а также в аэрокосмической, автомобильной и оборонной отраслях.

Хотя большинство деталей, напечатанных на 3D-принтере для железнодорожной отрасли, являются полимерными, 3D-печать металлом также набирает обороты. Такие технологии, как селективная лазерная плавка (SLM) и струйная обработка металлических связующих, чаще всего используются для изготовления деталей из таких металлов, как алюминий, сталь и, в последнее время, титан.

Приложения для 3D-печати в железнодорожной отрасли

Deutsche Bahn 3D печатает заменяемую металлическую деталь

Немецкая железнодорожная компания Deutsche Bahn была одним из пионеров в применении 3D-печати для запасных частей. За последние несколько лет Deutsche Bahn определила возможности использования AM для более чем 100 сценариев использования. Большинство запчастей зависит от доступности, а это означает, что их может быть сложно приобрести, что приведет к простоям автомобиля в течение месяца.

Одним из примеров такой детали является крышка подшипника колесной пары локомотива класса 294. Эта модель была принята на вооружение в 1960-1970-х годах, и запасные части к некоторым компонентам, например этой крышке, отсутствуют.

Традиционно Deutsche Bahn требовалось производить новую деталь с использованием процесса литья. Однако этот метод обычно предполагает высокие минимальные объемы закупок, а доставка части может занять несколько месяцев.

AM появился как естественная альтернатива, так как он мог создавать эту деталь быстрее и по запросу. Компания обратилась в сервисное бюро, которое напечатало на 3D-принтере крышку подшипника с использованием технологии Wire Arc Additive Manufacturing (WAAM). В процессе WAAM в качестве сырья используется проволока. Проволока подается через сопло и приваривается, слой за слоем, к готовой детали.

Деталь весом 13 кг была напечатана всего за 7 часов, что дало Deutsche Bahn такие преимущества, как увеличенная деталь. доступность и значительно более низкие производственные затраты.

Siemens Mobility:инструменты, напечатанные на 3D-принтере

Siemens Mobility, компания, специализирующаяся на интеллектуальных транспортных системах и железнодорожных технологиях, внедрила 3D-печать в своем сервисном центре RRX Rail для производства сложной оснастки в дополнение к запасным частям.

В одном из примеров новое депо технического обслуживания напечатало на 3D-принтере важный соединительный инструмент, используемый при обслуживании тележек поездов (тележка - это шасси или конструкция, на которую опирается ось колесной пары). Его довольно сложно изготовить обычными методами, потому что инструмент имеет сложную форму, требующую высокой степени настройки.

Кроме того, тележки весят несколько тонн, а это значит, что они должны быть изготовлены из прочных и долговечных материалов, которые могут выдерживать значительные нагрузки, возникающие при движении поезда.

В качестве альтернативы команда центра использовала технологию FDM компании Stratasys и промышленный ULTEM 9085. 3D-печать позволила Siemens Mobility воспользоваться преимуществами настройки 3D-печати и заменить для нее традиционные методы производства. инструментальное приложение.

Компания также сообщает, что инструменты, напечатанные на 3D-принтере, помогли им снизить их зависимость от аутсорсинговых инструментов через поставщиков, а также снизить стоимость детали.

Исследование 3D-печати "Поезда ангелов"

Компания по аренде подвижного состава Angel Trains недавно начала сотрудничать со Stratasys, стремясь к 3D-печати компонентов интерьера поездов, таких как подлокотники, поручни и столики на спинках сидений.

Выбранные компоненты сейчас проходят испытания на эксплуатационных пассажирских поездах. Пока что суд положительный. Например, изготовление подлокотника, напечатанного на 3D-принтере, заняло всего неделю - на 94% меньше, чем при использовании традиционных методов производства.

Компания использует технологию Stratasys FDM в сочетании с высокотемпературным ULTEM 9085 термопласт, для 3D-печати запчасти по запросу. Считается, что используемая нить совместима со стандартами железнодорожной отрасли (в частности, железнодорожным стандартом EN45545-2) и обладает большей огнестойкостью и долговечностью, чем традиционные термопласты.

В другом случае помогла 3D-печать. Angel Trains производить замену поручней. Оригинальные запасные части устарели, и поставщик прекратил свою деятельность. Создание запасной части с использованием традиционного метода потребовало бы производства нового производственного инструмента, что могло бы повлечь затраты до 15 000 фунтов стерлингов и время выполнения заказа в два с половиной месяца.

Однако использование 3D-печати FDM позволило компании изготавливать все семь ручек, необходимых для поездов, всего за три недели и по значительно более низкой цене.

Интересно, что Angel Trains также изучает новые возможности настройки с помощью 3D-печати. Например, компания изучает возможность 3D-печати столов на спинках сидений шрифтом Брайля, информируя пассажира о том, что туалет находится в десяти рядах от их места.

В случае успеха такие приложения могут значительно улучшить обслуживание поездов и удобство для пассажиров в будущем.

Достижения CAF в области 3D-печати

CAF, испанский производитель железнодорожных транспортных средств, оборудования и автобусов, также преуспел в использовании 3D-печати для производства запасных частей и функциональных компонентов. Сообщается, что с сентября 2016 года CAF произвела около 2 400 напечатанных на 3D-принтере деталей для использования в подвижном составе, включая подстаканники, кронштейны для радиоприемников, оконные рамы, крышки стеклоочистителей и дверные опоры.

Компания также использует масштабную 3D-печать для изготовления внешних деталей размером до нескольких метров. Среди таких деталей - передняя часть трамвая Urbos, напечатанная на 3D-принтере. Предположительно, деталь была напечатана на 3D-принтере Super Discovery FFF, разработанном испанским производителем CNC Bárcenas.

CAF называет способность изготавливать детали различных размеров и сложной геометрии ключевым преимуществом технологий 3D-печати. Компания заявляет, что это помогает им избавиться от зависимости от форм и оригинальных моделей при производстве компонентов, сокращая время вывода на рынок новой детали.

Другие примеры

Число железнодорожных компаний, начинающих осваивать 3D-печать, растет.

Например, Bombardier собирается установить 3D-принтер Stratasys, чтобы ускорить и настроить производство железнодорожных деталей. Производитель планирует использовать эту технологию для 3D-печати внутренних и внешних деталей поездов, таких как воздуховоды, корпуса и держатели кабелей.

Корпорация Wabtec, глобальный производитель железнодорожной и транспортной промышленности, также поддержала популярность 3D-печати. Этим летом компания инвестировала средства в технологию струйной подачи связующего H2 от GE Additive. Wabtec уже определила варианты использования до 250 компонентов в своих производственных линиях, которые можно производить с помощью AM.

3D-печать в железнодорожной отрасли:преобразующий эффект

Преимущества использования 3D-печати в железнодорожной отрасли становятся все более очевидными. Компании этого сектора стремятся внедрить эту технологию, решать проблемы с устаревшими запасными частями и длительными сроками поставки инструментов и компонентов конечного использования.

Однако приведенные выше примеры показывают, что для большинства компаний путь к 3D-печати только начинается. Им потребуется время и деньги, чтобы понять, как использовать эту технологию в полной мере. Но награда, ожидаемая в конце пути, обещает оказать преобразующее положительное влияние на цепочки поставок и сервисные операции железной дороги.