Главная
Статьи
3D-печать в железнодорожной промышленности

3D-печать в железнодорожной промышленности

Содержание

Введение

Многие европейские железнодорожные компании, такие как Deutsche Bahn, Bombardier и Angel Trains, инвестируют большие средства в развитие 3D-печати, чтобы расширить свои возможности в производстве деталей для железнодорожного транспорта. Согласно отчету британской аудиторско-консалтинговой компании «Ernst & Young» в 2019 году количество компаний в секторе логистики и транспорта, использующих 3D-печать для производства запчастей, составило 16%. Ниже мы рассмотрим факторы, способствующие активному внедрению аддитивного производства в железнодорожную промышленность, а также сделаем обзор наиболее интересных кейсов.

Почему железнодорожные компании выбирают промышленную 3D-печать

Для создания поезда необходимы высококачественные детали, чтобы он оставался пригодным для эксплуатации в течение десятилетий. При возникновении поломки старую деталь можно заменить и сделать это не составит труда, если она изготовлена сравнительно недавно. Но когда речь идет о поездах, созданных 20-30 лет назад, процесс поиска запчасти усложняется, так как зачастую устаревшие детали уже сняты с производства или их производителей больше нет на рынке. В этом случае проектирование с нуля и изготовление детали традиционными методами нецелесообразно экономически. Кроме того, изготовление традиционными методами займет очень много времени, а между тем стоимость простоя одного поезда довольна высока. Эти факторы побуждают железнодорожные компании осваивать более быстрые и экономически выгодные технологии производства запчастей. Одна их них - технология 3D-печати

Изготовление детали методом 3D-печати осуществляется по заданной цифровой модели, поэтому для производства не требуются никакие вспомогательные инструменты, в том числе пресс-формы. Эта технология может сократить время изготовления устаревших запчастей на 95% по сравнению с традиционными. Кроме того, она дает возможность перепроектировать деталь и облегчить ее конструкцию. Все это позволяет железнодорожным компаниям ускорить процесс технического обслуживания поездов, возвращая их в эксплуатацию в очень короткие сроки.

3D-печать также позволяет железнодорожным компаниям быстро и по требованию изготавливать вспомогательные инструменты для производства деталей, такие как технологическая оснастка и зажимные приспособления. Дополнительные инструменты, изготовленные с помощью аддитивных технологий, как правило, легче традиционных аналогов, имеют более эргономичную конструкцию, и поэтому более удобны в использовании.

Технологии 3D-печати, используемые для производства железнодорожных деталей

Большинство деталей для железнодорожной промышленности, изготавливаемых на 3D-принтере, являются полимерными. Они изготавливаются с использованием технологий аддитивной полимерной печати - послойное наплавление материала (FDM) и селективное лазерное спекание (SLS). Обе технологии оптимизированы для работы с высокопроизводительными термопластами (нейлон и даже ULTEM).

Так как детали поездов должны соответствовать строгим стандартам по пожарной безопасности, производители материалов для 3D-печати разрабатывают специальные огнестойкие термопласты. Например, компанией Stratasys был создан материал, соответствующий железнодорожному стандарту EN45545-2 по пожарной безопасности, а компания Markforged выпустила огнестойкий композитный материал на основе нейлона.

Кроме полимерной печати активно набирает обороты металлическая 3D-печать. Для изготовления металлических деталей используются такие технологии, как селективное лазерное плавление (SLM) и печать металлическим порошком методом нанесения связующего (Metal BJ), разные технологии наплавки (WAAM) чаще всего детали изготавливаются из алюминия, стали и титана.

Применение 3D-печати в железнодорожной промышленности

Deutsche Bahn 3D-печать металлической запасной части

Немецкая железнодорожная компания Deutsche Bahn стала одним из пионеров в использовании 3D-печати для производства запасных частей. За последние несколько лет Deutsche Bahn применила аддитивные технологии для изготовления более чем 100 различных деталей. Большинство из них уже не производятся и это может привести к месяцам простоя транспортного средства, что скажется на прибыли компании.

Одним из примеров такой детали является крышка подшипника колесной пары для локомотива класса 294. Эта модель была введена в эксплуатацию в 1960-х и 1970-х годах, и запасные части для некоторых элементов, таких как эта крышка, отсутствуют.

Напечатанная на 3D-принтере крышка подшипника колесной пары (слева) и деталь после механической обработки (справа).

Традиционно Deutsche Bahn должна была изготовить новую деталь, используя процесс литья. Однако этот метод скорее подходит для многосерийного производства, а поставка готовых деталей может занять несколько месяцев. В качестве альтернативы компания выбрала аддитивное производство, поскольку 3D-печать позволила бы создать эту деталь быстрее и в соответствии со всеми требованиями заказчика.

Компания обратилась в сервисное бюро, которое выполнило 3D-печать крышки подшипника с использованием технологии дуговой сварки (WAAM), где в качестве сырья используется проволока. Проволока подается через сопло и сваривается, слой за слоем, в конечную деталь. Деталь весом 13 кг была напечатана всего за 7 часов, что дало возможность компании Deutsche Bahn быстро получить запасную часть, значительно сократить затраты на производство и запустить поезд в эксплуатацию.

Siemens Mobility: Напечатанные инструменты

Siemens Mobility, компания, специализирующаяся на создании "умных" транспортных систем и железнодорожных технологий, внедрила 3D-печать в своем сервисном центре RRX Rail не только для производства запасных частей, но и для изготовления сложных инструментов.

3D-печатная оснастка для тележки

Например, для нового депо технического обслуживания Siemens напечатала на важный соединительный инструмент, используемый при обслуживании тележки поезда (тележка - это конструкция, на которой закреплена ось колесной пары). Его довольно сложно изготовить традиционными методами, поскольку элемент имеет сложную форму и требует индивидуального проектирования.

Кроме того, тележки весят несколько тонн, а значит должны быть изготовлены из прочных и долговечных материалов, способных выдержать значительные нагрузки, возникающие при движении поезда.

В качестве альтернативы традиционным методам команда центра использовала технологию FDM и промышленный материал ULTEM 9085. 3D-печать позволила Siemens Mobility легко спроектировать модель и заменить традиционные методы производства этого инструмента. Компания также отмечает, что 3D-печать позволила ей снизить зависимость от поставок, а также сократить стоимость деталей.

Опыт компании Angel Trains при внедрении 3D-печати

Лизинговая железнодорожная компания Angel Trains освоила 3D-печать элементов для интерьера поездов, таких как подлокотники, поручни и столики на спинках сидений. Для примера, производство подлокотника на 3D-принтере заняло всего неделю, что на 94% меньше, чем при использовании традиционных методов производства.

Напечатанные методом FDM детали для поезда: крышки электрических соединений, подлокотник и столик спинки сиденья (слева направо).

Для 3D-печати запасных частей Angel Trains использует технологию FDM в сочетании с высокотемпературным термопластиком ULTEM 9085. Данный материал отвечает стандартам железнодорожной промышленности, в частности, железнодорожному стандарту EN45545-2 по пожаробезопасности, и обладает более высокой огнестойкостью и долговечностью, чем традиционные термопластики.

3D-печать также помогла компании Angel Trains изготовить новые поручни. Оригинальные детали были устаревшими, а поставщик ушел с рынка. Создание запасной детали традиционным способом потребовало бы изготовления новой технологической оснастки, что могло повлечь расходы в размере нескольких десятков тысяч долларов и сроки изготовления до двух с половиной месяцев. Однако использование технологии FDM позволило компании изготовить все семь поручней всего за три недели и по значительно более низкой цене.

Angel Trains также рассматривает возможность 3D-печати столиков для спинок сидений со шрифтом Брайля, информирующим пассажира о том, что туалет находится в десяти рядах от его места. Такие решения позволяют значительно улучшить обслуживание поездов и повысить комфорт пассажиров.

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. С сентября 2016 года CAF произвела около 2 400 деталей методом 3D-печати для использования в своем подвижном составе, включая подстаканники, крепления для радиоприемников, оконные рамы, стеклоочистители и дверные опоры.

3D-печать деталей для передней части трамвая Urbos

Компания также использует крупноформатную 3D-печать для производства корпусных деталей размером до нескольких метров. Среди таких деталей - передняя часть для трамвая Urbos, выделенная зеленым пунктиром на фото. По мнению CAF ключевым преимуществом аддитивных технологий является возможность производства деталей различных размеров и сложной геометрии. По словам представителей компании, они позволяют отказаться от использования пресс-форм и оригинальных моделей, что сокращает время вывода новой детали на рынок.

Внедрение 3D-печати компанией РЖД

В 2020 году компания РЖД воспользовалась 3D-печатью для изготовления тридцати шести креплений для дверных ручек туалетов и кабин машинистов. Созданные компанией Siemens Mobility детали стали более функциональными и безопасными для здоровья. Теперь двери можно открывать одним локтем или предплечьем, а не рукой, что снижает риск распространения микробов и вирусов. Прототипы деталей были установлены в нескольких поездах «Ласточка», эксплуатирующихся в Москве.

РЖД также использует аддитивные технологии для производства запасных частей в рамках технического обслуживания поездов «Сапсан» и «Ласточка», что позволяет сокращать временные и производственные издержки при замене запасных частей. Крепления для дверных ручек - всего лишь один из примеров.

Заключение

Преимущества использования 3D-печати в железнодорожной промышленности очевидны. Железнодорожные компании внедряют аддитивные технологии, чтобы решить проблему с устаревшими запасными частями и длительными сроками изготовления. Это позволяет ускорить сервисное обслуживание железнодорожного транспорта и избежать длительного простоя поездов из-за поломки деталей, что в свою очередь экономит компаниям миллионы долларов.

Если вы задумались о внедрении аддитивных технологии, но испытываете сомнения, мы ответим на все вопросы, сделаем тестовое изделие или сканирование, чтобы вы смогли принять окончательное решение.

Записаться можно удобным для вас способом:

по электронной почте: [email protected],
через чат на сайте,
по телефону: 8 (800) 500-33-91,
или через форму подачи заявки на любой странице.

Заказать принтеры или другие промышленные решения можно по этой ссылке.