3D打印制造在軌道交通制造中的應用

軌道交通具有龐大的市場規模和需求，無疑吸引著全球目光。而在這個萬億級市場中，一場由3D打印技術引發的靜悄悄的革命正在上演。從車廂內飾到關鍵零部件，3D打印正在改變我們對列車制造的認知，為這個傳統行業注入新的活力。那么，3D打印制造在軌道交通制造中的應用有那些呢

相比傳統制造方式，3D打印在軌道交通領域具有以下幾個突出優勢：

1. 極大縮短生產周期
2. 顯著降低生產成本
3. 實現復雜結構設計
4. 按需生產，降低庫存
5. 延長設備使用壽命

接下來，讓我們具體看看3D打印在軌道交通中的幾個主要應用領域及其典型案例。

1. 車廂內飾部件

車廂內飾是乘客直接接觸的部分，對乘客體驗有重要影響。3D打印技術使得內飾部件的生產更加靈活，能夠快速響應設計變更和個性化需求。

案例1：英國列車租賃公司的內飾革新

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

這些部件不僅生產速度快，還開啟了個性化設計的新可能。具體來說，他們生產的扶手只用了一周時間，比傳統方法節省了94%的時間。更令人興奮的是，他們正在探索如何利用3D打印來定制更適合乘客需求的內部裝飾。

2. 維修備件

對于鐵路運營商來說，及時獲取維修備件是一大挑戰，尤其是對于一些停產多年的老舊車型。

3D打印技術為解決這一難題提供了新思路，可以快速、經濟地生產小批量或單件備件。

案例1：德國鐵路公司的備件革命

德國鐵路公司（Deutsche Bahn）已經確定了超過100種可以使用3D打印生產的備件，從咖啡機零件到座椅扶手，再到轉向架軸承蓋。

其中一個典型案例是為20世紀60-70年代投入使用的294型機車生產軸承蓋。

傳統方法需要重新開模，不僅成本高昂，還需要數月的交付時間。

而通過3D打印，僅用7小時就完成了這個重達13公斤的零件的打印，將交付時間縮短了5個月，總成本也降低了30%。

Deutsche Bahn的增材制造負責人Florens Lichte表示，3D打印不僅幫助他們快速響應維修需求，還大大降低了庫存壓力。

另一個案例是，兩節車廂需要更換二級防側滾裝置，這是一個安全關鍵的大型鋼制部件。傳統供應商需要10個月的交付時間，而且最小訂單量為4個。

為了解決這個問題，DB使用電弧增材制造(WAAM)技術生產這些部件。最終通過WAAM3D打印將交付時間從10個月縮短到5個月，并且無需初始工裝費用，并且可以按需生產，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程中不可或缺的工具，但傳統制造方法往往難以滿足其復雜的幾何形狀要求。

3D打印技術的出現為工裝夾具的設計和制造帶來了新的可能，可以快速生產出輕量化、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鐵路服務中心大規模應用了3D打印技術生產工裝夾具。其中一個典型案例是用于轉向架維護的連接器工具。這種工具形狀復雜，需要高度定制，傳統制造方法難以勝任。

西門子交通用FDM技術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出符合要求的工具，還大大降低了對外部供應商的依賴，縮短了交付時間，降低了每件零件的成本。

Siemens Mobility客戶服務部門的增材制造負責人Michael Kuczmik表示："能夠隨時3D打印定制工具和備件，而且沒有最小訂單量限制，這徹底改變了我們的供應鏈。”

4. 輕量化結構件

輕量化是軌道交通行業一直追求的目標，因為它可以顯著降低能耗，提高列車運行效率。3D打印技術的出現為輕量化設計提供了新的可能性，可以生產出傳統方法難以實現的復雜內部結構，從而在保證強度的同時減輕重量。

案例：英國鐵路研究所的輕量化探索

由英國哈德斯菲爾德大學鐵路研究所（IRR）主導的歐洲Run2Rail項目，正在利用3D打印和碳纖維技術設計更輕、更安全、更安靜的列車。

項目負責人Simon Iwnicki教授解釋道："3D打印讓我們能夠制造出具有復雜幾何形狀的部件，這些部件重量更輕，但強度卻更高。

例如，我們可以用3D打印技術生產軸箱或軸承部件等小型組件。"

這個項目匯集了15個歐洲合作伙伴，旨在通過創新技術降低歐洲鐵路行業的生態足跡。

他們的目標是通過使用3D打印和先進復合材料，顯著減少列車重量，同時提高其性能和安全性。

5. 原型模型制作

3D打印技術在原型制作中的應用可以大大加快產品開發周期，降低成本，并允許設計師和工程師在早期階段進行更多的迭代和優化。

案例：座椅原型制造

Polgar公司，一家專門為汽車和鐵路行業生產部件的制造商，利用3D打印技術革新了其座椅原型制作過程。

他們用3D掃描逆向工程然后再設計成功打印出了一個座椅原型。

這種方法將原型制作成本降低了90%（節省了370,000歐元），并將生產時間從傳統的16周縮短到僅3周。為了制作這個相對較大的部件，座椅被分成不同的組件進行打印，然后再組裝在一起。

這個案例顯示了3D打印在大型復雜部件原型制作中的潛力，特別是在傳統方法成本高昂或耗時較長的情況下。

盡管3D打印技術在軌道交通領域已經展現出巨大潛力，但要實現全面應用仍面臨諸多挑戰。同時，這項技術的不斷進步也為行業未來發展帶來了令人振奮的前景。

應用挑戰

1. 安全認證挑戰：軌道交通行業對安全要求極其嚴格。3D打印部件要獲得廣泛應用，必須通過嚴苛的安全認證。比如，行業需要制定3D打印零部件的統一標準。這個過程復雜而漫長，但對于技術的大規模應用至關重要。
2. 材料性能挑戰：雖然3D打印材料不斷進步，但在某些應用場景下，其性能仍難以匹敵傳統材料。特別是在需要承受高溫、高壓或極端環境的關鍵部件方面，材料性能仍是一個瓶頸。

3. 生產規模：目前3D打印技術主要適用于小批量生產。如何將其擴展到大規模生產，同時保持成本優勢，是業界需要解決的難題。

3D打印讓我們重新思考每個零件的設計和生產方式，讓我們有機會創造出過去難以想象的解決方案。在這個萬億級的市場中，3D打印技術正在創造新的商業機會和競爭優勢。

對于投資者和行業參與者來說，密切關注這一技術的發展趨勢，并積極探索其應用潛力，將是在未來市場中保持競爭力的關鍵。未來的列車可能會更輕、更快、更智能，而這一切都離不開3D打印技術的貢獻。