140家公司联合推动3D打印在铁路行业的应用

2023年2月，俄亥俄州一列有毒化学品火车出轨事故受到人们的高度关注，大家把目光纷纷落在了铁路领域。要知道，在交通领域中，增材制造 (AM) 主要的作用之一就是解决安全问题。对此负主要责任的是贸易组织Mobility goes Additive (MGA)，这是一个总部位于德国的国际公司网络，主要关注AM在铁路行业的应用。

△用于蒸汽机车的 3D 打印涡轮机叶轮。图片由德国铁路提供

MGA 的常务董事是Stefanie Brickwede ，他也是德国铁路（德国国家铁路）AM 的负责人。Brickwede 监管着一个由全球 140 多家公司组成的协会，这些公司以 MGA成员的身份联合起来组成了13个不同的工作组。其中一个工作组“铁路审批”特别关注安全问题。Brickwede指出，在铁路行业使用增材制造的考虑因素与大多数其他增材制造细分市场的考虑因素不同。

△3D 打印轮组轴承盖。图片由德国铁路提供

△国铁路公司 MGA 董事总经理兼 AM 负责人 Stefanie Brickwede。

举个例子，在航空航天领域，使用增材制造的一大原因是为了轻量化。但由于火车上的负载必须保持在一定数值上，轻量化部件本身并不一定是好事，很容易导致脱轨等重大问题。因此，与飞机或汽车相比，铁路增材制造的目标是复制现有零件的设计。

由于铁路车队通常预计会运营 30-50 年，因此十年以上的维修零件合是行业标准的最低限度。例如，德国工业巨头西门子，是AM 的长期支持者，也是 MGA 的成员，在印度签署了其历史上最有价值的铁路合同之一，为期 35 年，这意味着备件需要过长时间的存放。Brickwede 在她的主题演讲中指出，目前，MGA 成员认为高达 10% 的铁路部件可以 3D 打印，最终可能达到 50%。

与其他领域一样，铁路公司可以通过增材制造避免囤积未使用的备件来降低管理费用。不过，除了通过及时生产提高盈利能力之外，铁路运输，尤其是货运铁路运输的安全性会极大的提高。之所以如此，是因为公司可以利用 AM 来提高已经证明的备件的可负担性和可及性，他们可以避免在成本节约和安全性之间做出选择。

△带有电子传感器的 3D 打印铁路制动钳。

此外，已经有一些项目，有意使用 AM 来提高铁路安全。例如，Fraunhofer ILT 项目的一部分，将嵌入式传感器整合到3D打印的轨道部件中，其最终目的是创建一个由人工智能驱动的系统，用于通知铁路公司其车队的状态，并提醒铁路售票员最急需更换的部件。有时铁路部门会运输大量有毒的材料，大大增加了危险性，这种应用可能特别有利于货运铁路运输的安全。

如此庞大、国际化和多方面的合作公司网络的存在表明，铁路行业 3D 打印部件的标准化潜力远高于飞机甚至汽车。

3D打印在铁路中的应用
●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是一家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。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使3D打印民主化
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
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
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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