3D打印制造在軌道交通制造中的應(yīng)用

軌道交通具有龐大的市場(chǎng)規(guī)模和需求，無(wú)疑吸引著全球目光。而在這個(gè)萬(wàn)億級(jí)市場(chǎng)中，一場(chǎng)由3D打印技術(shù)引發(fā)的靜悄悄的革命正在上演。從車廂內(nèi)飾到關(guān)鍵零部件，3D打印正在改變我們對(duì)列車制造的認(rèn)知，為這個(gè)傳統(tǒng)行業(yè)注入新的活力。那么，3D打印制造在軌道交通制造中的應(yīng)用有那些呢

相比傳統(tǒng)制造方式，3D打印在軌道交通領(lǐng)域具有以下幾個(gè)突出優(yōu)勢(shì)：

1. 極大縮短生產(chǎn)周期
2. 顯著降低生產(chǎn)成本
3. 實(shí)現(xiàn)復(fù)雜結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
4. 按需生產(chǎn)，降低庫(kù)存
5. 延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命

接下來(lái)，讓我們具體看看3D打印在軌道交通中的幾個(gè)主要應(yīng)用領(lǐng)域及其典型案例。

1. 車廂內(nèi)飾部件

車廂內(nèi)飾是乘客直接接觸的部分，對(duì)乘客體驗(yàn)有重要影響。3D打印技術(shù)使得內(nèi)飾部件的生產(chǎn)更加靈活，能夠快速響應(yīng)設(shè)計(jì)變更和個(gè)性化需求。

案例1：英國(guó)列車租賃公司的內(nèi)飾革新

英國(guó)最大的列車租賃公司Angel Trains使用FDM技術(shù)3D打印出了一系列車廂內(nèi)飾件，包括扶手、把手和座椅靠背桌板等。

這些部件不僅生產(chǎn)速度快，還開(kāi)啟了個(gè)性化設(shè)計(jì)的新可能。具體來(lái)說(shuō)，他們生產(chǎn)的扶手只用了一周時(shí)間，比傳統(tǒng)方法節(jié)省了94%的時(shí)間。更令人興奮的是，他們正在探索如何利用3D打印來(lái)定制更適合乘客需求的內(nèi)部裝飾。

2. 維修備件

對(duì)于鐵路運(yùn)營(yíng)商來(lái)說(shuō)，及時(shí)獲取維修備件是一大挑戰(zhàn)，尤其是對(duì)于一些停產(chǎn)多年的老舊車型。

3D打印技術(shù)為解決這一難題提供了新思路，可以快速、經(jīng)濟(jì)地生產(chǎn)小批量或單件備件。

案例1：德國(guó)鐵路公司的備件革命

德國(guó)鐵路公司（Deutsche Bahn）已經(jīng)確定了超過(guò)100種可以使用3D打印生產(chǎn)的備件，從咖啡機(jī)零件到座椅扶手，再到轉(zhuǎn)向架軸承蓋。

其中一個(gè)典型案例是為20世紀(jì)60-70年代投入使用的294型機(jī)車生產(chǎn)軸承蓋。

傳統(tǒng)方法需要重新開(kāi)模，不僅成本高昂，還需要數(shù)月的交付時(shí)間。

而通過(guò)3D打印，僅用7小時(shí)就完成了這個(gè)重達(dá)13公斤的零件的打印，將交付時(shí)間縮短了5個(gè)月，總成本也降低了30%。

Deutsche Bahn的增材制造負(fù)責(zé)人Florens Lichte表示，3D打印不僅幫助他們快速響應(yīng)維修需求，還大大降低了庫(kù)存壓力。

另一個(gè)案例是，兩節(jié)車廂需要更換二級(jí)防側(cè)滾裝置，這是一個(gè)安全關(guān)鍵的大型鋼制部件。傳統(tǒng)供應(yīng)商需要10個(gè)月的交付時(shí)間，而且最小訂單量為4個(gè)。

為了解決這個(gè)問(wèn)題，DB使用電弧增材制造(WAAM)技術(shù)生產(chǎn)這些部件。最終通過(guò)WAAM3D打印將交付時(shí)間從10個(gè)月縮短到5個(gè)月，并且無(wú)需初始工裝費(fèi)用，并且可以按需生產(chǎn)，不再需要最小訂單量。

3. 工裝夾具

工裝夾具是制造和維修過(guò)程中不可或缺的工具，但傳統(tǒng)制造方法往往難以滿足其復(fù)雜的幾何形狀要求。

3D打印技術(shù)的出現(xiàn)為工裝夾具的設(shè)計(jì)和制造帶來(lái)了新的可能，可以快速生產(chǎn)出輕量化、定制化的工具。

案例：西門子交通的3D打印工裝革新

西門子交通（Siemens Mobility）在其RRX鐵路服務(wù)中心大規(guī)模應(yīng)用了3D打印技術(shù)生產(chǎn)工裝夾具。其中一個(gè)典型案例是用于轉(zhuǎn)向架維護(hù)的連接器工具。這種工具形狀復(fù)雜，需要高度定制，傳統(tǒng)制造方法難以勝任。

西門子交通用FDM技術(shù)成功打印出了這種連接器工具。3D打印不僅讓他們能夠快速生產(chǎn)出符合要求的工具，還大大降低了對(duì)外部供應(yīng)商的依賴，縮短了交付時(shí)間，降低了每件零件的成本。

Siemens Mobility客戶服務(wù)部門的增材制造負(fù)責(zé)人Michael Kuczmik表示："能夠隨時(shí)3D打印定制工具和備件，而且沒(méi)有最小訂單量限制，這徹底改變了我們的供應(yīng)鏈。”

4. 輕量化結(jié)構(gòu)件

輕量化是軌道交通行業(yè)一直追求的目標(biāo)，因?yàn)樗梢燥@著降低能耗，提高列車運(yùn)行效率。3D打印技術(shù)的出現(xiàn)為輕量化設(shè)計(jì)提供了新的可能性，可以生產(chǎn)出傳統(tǒng)方法難以實(shí)現(xiàn)的復(fù)雜內(nèi)部結(jié)構(gòu)，從而在保證強(qiáng)度的同時(shí)減輕重量。

案例：英國(guó)鐵路研究所的輕量化探索

由英國(guó)哈德斯菲爾德大學(xué)鐵路研究所（IRR）主導(dǎo)的歐洲Run2Rail項(xiàng)目，正在利用3D打印和碳纖維技術(shù)設(shè)計(jì)更輕、更安全、更安靜的列車。

項(xiàng)目負(fù)責(zé)人Simon Iwnicki教授解釋道："3D打印讓我們能夠制造出具有復(fù)雜幾何形狀的部件，這些部件重量更輕，但強(qiáng)度卻更高。

例如，我們可以用3D打印技術(shù)生產(chǎn)軸箱或軸承部件等小型組件。"

這個(gè)項(xiàng)目匯集了15個(gè)歐洲合作伙伴，旨在通過(guò)創(chuàng)新技術(shù)降低歐洲鐵路行業(yè)的生態(tài)足跡。

他們的目標(biāo)是通過(guò)使用3D打印和先進(jìn)復(fù)合材料，顯著減少列車重量，同時(shí)提高其性能和安全性。

5. 原型模型制作

3D打印技術(shù)在原型制作中的應(yīng)用可以大大加快產(chǎn)品開(kāi)發(fā)周期，降低成本，并允許設(shè)計(jì)師和工程師在早期階段進(jìn)行更多的迭代和優(yōu)化。

案例：座椅原型制造

Polgar公司，一家專門為汽車和鐵路行業(yè)生產(chǎn)部件的制造商，利用3D打印技術(shù)革新了其座椅原型制作過(guò)程。

他們用3D掃描逆向工程然后再設(shè)計(jì)成功打印出了一個(gè)座椅原型。

這種方法將原型制作成本降低了90%（節(jié)省了370,000歐元），并將生產(chǎn)時(shí)間從傳統(tǒng)的16周縮短到僅3周。為了制作這個(gè)相對(duì)較大的部件，座椅被分成不同的組件進(jìn)行打印，然后再組裝在一起。

這個(gè)案例顯示了3D打印在大型復(fù)雜部件原型制作中的潛力，特別是在傳統(tǒng)方法成本高昂或耗時(shí)較長(zhǎng)的情況下。

盡管3D打印技術(shù)在軌道交通領(lǐng)域已經(jīng)展現(xiàn)出巨大潛力，但要實(shí)現(xiàn)全面應(yīng)用仍面臨諸多挑戰(zhàn)。同時(shí)，這項(xiàng)技術(shù)的不斷進(jìn)步也為行業(yè)未來(lái)發(fā)展帶來(lái)了令人振奮的前景。

應(yīng)用挑戰(zhàn)

1. 安全認(rèn)證挑戰(zhàn)：軌道交通行業(yè)對(duì)安全要求極其嚴(yán)格。3D打印部件要獲得廣泛應(yīng)用，必須通過(guò)嚴(yán)苛的安全認(rèn)證。比如，行業(yè)需要制定3D打印零部件的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)。這個(gè)過(guò)程復(fù)雜而漫長(zhǎng)，但對(duì)于技術(shù)的大規(guī)模應(yīng)用至關(guān)重要。
2. 材料性能挑戰(zhàn)：雖然3D打印材料不斷進(jìn)步，但在某些應(yīng)用場(chǎng)景下，其性能仍難以匹敵傳統(tǒng)材料。特別是在需要承受高溫、高壓或極端環(huán)境的關(guān)鍵部件方面，材料性能仍是一個(gè)瓶頸。

3. 生產(chǎn)規(guī)模：目前3D打印技術(shù)主要適用于小批量生產(chǎn)。如何將其擴(kuò)展到大規(guī)模生產(chǎn)，同時(shí)保持成本優(yōu)勢(shì)，是業(yè)界需要解決的難題。

3D打印讓我們重新思考每個(gè)零件的設(shè)計(jì)和生產(chǎn)方式，讓我們有機(jī)會(huì)創(chuàng)造出過(guò)去難以想象的解決方案。在這個(gè)萬(wàn)億級(jí)的市場(chǎng)中，3D打印技術(shù)正在創(chuàng)造新的商業(yè)機(jī)會(huì)和競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。

對(duì)于投資者和行業(yè)參與者來(lái)說(shuō)，密切關(guān)注這一技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)，并積極探索其應(yīng)用潛力，將是在未來(lái)市場(chǎng)中保持競(jìng)爭(zhēng)力的關(guān)鍵。未來(lái)的列車可能會(huì)更輕、更快、更智能，而這一切都離不開(kāi)3D打印技術(shù)的貢獻(xiàn)。