很全面:3D打印技术在铁路行业中的应用

2022-03-15 09:47啸云3D打印
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3D打印已广泛应用于各种领域,本文主要回顾增材制造技术在铁路行业的应用。3D打印制造技术有很多优势,特别是在速度和生产成本方面。无论是为火车设计扶手、座椅还是其他部件,增材制造在许多情况下都被证明是一种非常可行的替代传统制造的方案。为了更好地了解3D打印在铁路领域的不同用途,让我们回顾一下铁路行业中一些利用增材制造技术的最杰出的项目。
SNCF:3D打印备件减少库存
法国铁路行业的主要参与者SNCF(法国国家铁路公司)已将增材制造运用到日常的生产制造中,能够更快地设计备件,避免长时间停运。SNCF设备总监Bruno Langlois解释说:“为确保列车可用性,SNCF必须能够在同一天更换有缺陷的部件。然而,由于列车由大量零件组成,我们必须管理大量库存。借助增材制造,我们可以根据需要制造零件减少库存。”2021年,SNCF宣布集成3YOURMIND软件,可以识别和鉴定能够3D打印的备件。利用此软件SNCF在30,000多个备件中确定了可以使用AM制造的10.3%的3D打印部件,并将交付时间缩短了85%。

Alstom(阿尔斯通):3D打印备件
●Alstom,是一家大型的法国公司,总部位于法国巴黎附近,其主要业务为电力及轨道交通基础设施。
2016年,Alstom推出了“未来工业”计划,增材制造在其中发挥了主要作用。Alstom相信3D技术在铁路行业一定会产生额外的价值,特别是在获得灵活性和减少可能造成重大财务损失的停运方面。2021年,Alstom提出了关于电车轨道的具体案例研究,利用3D打印设计出由TPU 92A制成的排水塞,防止前灯破裂。在48小时内打印了十几个零件,将固定成本降低了80%。(通常,需要45天才能收到更换零件)

△通过利用 3D 打印,Alstom可以使用灵活且坚固的材料更快地进行设计(图片来源:Alstom)
POLGAR KFT:3D打印座椅原型
●POLGARKFT:匈牙利汽车零部件制造商
作为汽车行业的零部件制造商,Polgar为火车设计了一些零部件。它使用Omni3D的Factory 2.0工业3D打印机,并与公司Metris 3D合作,Polgar 3D打印了原型座椅。该公司表示,它显着降低了原型制作成本,节省了370,000欧元,即成本的90%。Polgar补充说,它能够在短短三周内完成该部分,而传统方法需要16周。为了设计相对较大的部分,座椅在组装之前被打印在不同的组件中。
△3D打印座椅的原型(照片来源:Polgar)
Renfe:3D打印备件
●Renfe是西班牙国有主要铁路运行商,可提供包括地区铁路运营和高速城际列车在内的各级铁路运营。
Renfe是西班牙领先的铁路运输公司,它拥有一个制造和维护部门,该部门集成了一系列用于开发备件的3D技术。这些新技术的整合应该使Renfe能够制造备件以及小批量和快速交付订单。与其他传统方法相比,增材制造的优势是在制造零件时节省了成本和时间,这也是他们将目前市场上最先进的方法整合到他们的业务中的目标的一部分。

△位于马德里的试点中心(图片来源:Renfe)
Run2Rail 项目
欧洲Run2Rail项目于2018年启动,由University of Huddersfield(哈德斯菲尔德大学)铁路研究所(IRR)的Simon Iwnicki教授领导,旨在改变火车制造流程。研究人员希望使用3D打印和碳纤维来设计更轻、更安全、更安静的火车。由于所使用的复合材料和技术,参与该项目的人相信他们将能够制造具有复杂几何形状的零件,达到重量减轻但强度增加的目的。Simon Iwnicki教授解释说,3D打印将使制造小型部件成为可能,例如轴箱或轴承零件。Run2Rail汇集了不少于15个欧洲合作伙伴,同时也希望减少欧洲铁路行业的生态足迹。

Angel Trains与Stratasys合作
●Angel Trains是一家货物和客运车辆提供商,服务于英国和欧洲大陆市场。
英国火车租赁专家AngelTrains与ESG Rail和Stratasys合作设计了一些专门用于火车内部的部件。他们希望通过3D打印技术改变铁路行业并提供更快、更重要且更经济的制造方法。目前,项目成员已经使用Stratasys FD 打印机设计了扶手、把手和折叠架。AngelTrains表示他们使用了美国制造商Antero 800 NA灯丝,这是一种由PEKK制成的材料,比传统的热塑性塑料具有更好的性能。
△3D打印平板电脑(图片来源:Angel Trains)
HS2使用混凝土3D 打印
●英国高速铁路2号(HighSpeed 2)即英国HS2工程,是英国政府于2012年1月8日批准的一项高铁工程,首期投资达到320亿英镑,预计2033年全线投入运营。
HS2被认为是一种不仅可以改善英国基础设施的方式,还可以为旅行者提供更环保的交通选择。减少环境污染和减少制造成本一直是该项目的目标。出伦敦隧道承包商SCS JV(Skanska Costain STRABAG Joint Venture)已使用混凝土3D打印来实现其建造这条铁路的上述目标。SCS JV计划使用计算机操作的机器人打印混凝土,能够在现场制作所需结构。

△HS2完成后的外观(图片来源:HS2 Ltd)
NS进入3D技术世界
●NS是荷兰主要的铁路公司,负责运营荷兰的铁路系统。
Nederlandse Spoorwegen (NS)公司宣布为火车的20个部件进行3D打印。它不仅专注于增材制造,还采用了其他类型的技术,例如3D扫描仪和数字化。NS称,他们已经能够制造复杂且难以复制的零件,例如仪表板框架。他们对旧模型进行3D扫描,然后使用增材制造创建新组件。NS 这种集成有助于显着减少制造时间和维护过程。

△3D打印部件示例(图片来源:Nederlandse Spoorwegen)
Bombardier Transportation与Stratasys的合作伙伴关系
●庞巴迪运输(Bombardier Transportation)是庞巴迪公司集团的子公司之一,负责供应铁路设备,也是全球最大的铁路设备制造及服务公司。
Bombardier Transportation是世界知名的轨道车辆制造公司。,这家总部位于德国的公司与 3D打印领域的领先公司之一Stratasys合作已有一段时间。Stratasys使Bombardier Transportation能够生产各种原型、工具以及火车和有轨电车的最终零件——所有这些都来自3D打印机!由于使用了增材制造,Bombardier Transportation可以减少成本并提高时间效率。StratasysF900 3D打印机的打印体积为914x610x914mm特别适合Bombardier Transportation的3D打印风管、保护外壳和电缆桥架。

△BombardierTransportation正在通过使用Stratasys F900进行制造。(图片来源:Bombardier Transportation)
Mobility Goes Additive 自由应用3D打印
●Mobility goes Additive(MGA)是德国的一家公司,可为运输业提供3D打印部件。
总部位于柏林的Mobility Goes Additive (MGA)多年来一直专注于增材制造。MGA的目标很明确:使3D打印在铁路部门和整个交通部门的使用民主化。在2019年,铁路部门的第一个3D打印组件获得批准。具体来说,这是一种由金属制成的制动悬架,现在在Hamburg的地铁中使用。对于成立于2017年的MGA,制动组件的批准得益于与众多合作伙伴的合作:西门子交通、德国铁路公司和弗劳恩霍夫研究所。最后,在最终批准3D打印部件之前,TüV还进行了必要的质量保证。

Union Pacific集成3D打印
●UP:北美地区最大的铁路公司之一,太平洋联合铁路公司(Union Pacific Railroad)承担美国西部三分之二地区的货物运输,运输线路全长3万6千英里。
与许多其他大陆,尤其是欧洲和亚洲不同,商业铁路运输在美国并不那么突出。话虽如此,铁路仍然穿越美国,主要用于货运,在美国经济中发挥着关键作用。联合太平洋(UP)早在2013年,就开始通过增材制造技术,帮助机车运行更安全、更高效。尽管他们没有透露使用了哪些3D打印技术,但显然该公司已将3D打印广泛用于原型制作。

△图片来源:联合太平洋铁路公司
CAF将增材制造用于火车部件
●RL Components是CAFManufacturing的子公司,CAF Manufacturing是一家致力于制造火车和铁路设备的西班牙公司。
几年前,CAF开发了第一辆集成了一系列3D打印前端组件的轻轨车辆。该项目与萨拉戈萨有轨电车一起进行,为CAF Urbos车辆设计和制造零件。为此,他们使用了先进聚合物的3D打印,这些聚合物符合最严格的铁路行业关于火灾和烟雾的规定。此外,该技术在备件供应方面被视为具有竞争力的替代方案。同时,RL Components还能够使用3D扫描开发备件的逆向工程。

△项目背后的团队(图片来源:CAF Manufacturing / Zaragoza Tramway)
siemens Mobility Services和Fortus 450mc
●Siemens Mobility Services:作为西门子基础设施与城市业务领域的一个部门,是一家国际领先的铁路车辆及相关服务供应商。
iemens Mobility Services自2020 年以来一直使用3D打印服务。它使用Stratasys开发的Fortus 450mc 3D打印机进行铁路行业的创新制造。Siemens Mobility Service投资的原因很明确:通过增材制造,该公司希望能够在重要部件的生产和维护中更加灵活高效。特别是,某些火车模型和相关备件在某些情况下不再生产,这使得维修工作变得更加困难。

△SiemensMobility Services使用来自3D打印公司Stratasys的技术(图片来源:Siemens Mobility Services)
Deutsche Bahn应用增材制造
●德国铁路股份公司(Deutsche Bahn AG)一般简称为德国铁路(DB),是一家总部设于柏林的德国国有运输公司,于1994年在法兰克福创立。
自从收购和大量使用大尺寸3D打印机以来,DB始终与时俱进。这家德国垄断公司主要使用增材制造来维护其列车,以提高效率和速度。因此,除了用于火车维修的工具外,准确地说是由塑料制成的备件,已经在使用3D打印机生产。DB早在2021年就表示将利用增材制造技术,因为这将使他们能够在现场拥有必要的备件库存,而不必考虑供应链问题和原材料短缺问题。

△德国铁路以其创新性而闻名(图片来源:德国铁路)


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