EOS의 적층 가공으로 3D 프린팅 맞춤형 열차 부품을 빠르게 제작하는 방법

하세나우어 & 헤서 | 성공 사례

도이치반, 열차 유지보수를 위해 적층 가공을 선택하다

도이체반이 운영하는 3세대 ICE 열차는 다양한 생산 시리즈에서 160량 미만으로 구성되어 있습니다. 모든 열차는 세련된 디자인과 정기적으로 개조된 인테리어 덕분에 여전히 현대적인 외관과 느낌을 유지하고 있습니다. 그럼에도 불구하고 운송 업계에서는 1996년 이전에 제작된 모든 차량을 구형 차량으로 간주합니다. 이 시기의 자동차와 마찬가지로 이러한 열차의 예비 부품을 찾는 것도 까다로울 수 있습니다. 하지만 도이체반은 EOS의 산업용 3D 프린팅 기술로 무장하여 당황하지 않고 있습니다.

"적층 제조의 엄청난 장점은 언제나 새것과 같은 수준의 교체 부품을 제조할 수 있어 수십 년 동안 열차를 적절하게 유지 관리할 수 있다는 점입니다. 품질이나 성능을 타협할 필요가 없습니다. 비용도 맞춤형 금형보다 저렴합니다."

플로렌스 리히테 | 3D 프린팅 책임자 | DB Fahrzeuginstandhaltung GmbH

도전 과제

ICE 열차의 차내 정보 디스플레이를 위한 얇은 벽 형광등 조명기구의 소량 생산

3세대 ICE 열차는 다소 벅찬 존재입니다. 적재 중량이 270톤에서 400톤이 훨씬 넘는 시속 140~190마일의 주행 속도까지 다양하기 때문에 각 열차에 탑재된 부품의 종류를 쉽게 간과할 수 있습니다. 가장 작은 부품이 가장 어려운 경우가 많습니다. 표준 상용 나사는 쉽게 교체할 수 있지만, 다른 많은 소형 맞춤형 제품은 마모되거나 고장 나면 제조업체에서 쉽게 재주문할 수 없습니다. 일부 부품의 경우 생산이 중단된 경우도 있고, 제조업체가 파산한 경우도 있습니다. 일반적으로 각 부품의 사본은 몇 개만 필요합니다. 높은 공구 비용과 최소 구매 한도 때문에 기존 방식으로 제조하기에는 비경제적입니다.

160대 생산은 산업 규모의 주문에 비하면 아주 작은 규모입니다. 이에 비해 연간 수십만 대의 중형 차량이 생산되고, 항공기의 경우에도 성공적인 단거리 및 중거리 모델의 경우 연간 생산 대수가 수천 대에 달할 수 있습니다.

이는 운송 수단으로서 열차의 지속 가능성을 확실히 보여주지만, 생산 규모가 작기 때문에 예비 부품의 생산 및 창고 물류가 복잡해집니다. 다른 많은 특수 제작 부품에서도 비슷한 문제가 발생합니다. 여기서 고려한 구체적인 사례에서는 ICE-3 및 ICE-T 열차의 전자식 차내 정보 시스템 내부의 디스플레이 조명을 위한 매우 섬세한 형광등 고정 장치에 대한 교체 부품이 필요했습니다. 모니터는 승객에게 속도, 시간, 다음 역에 대한 정보를 표시합니다.

시간이 지남에 따라 일반적인 마모와 취성으로 인해 9.4 x 0.4 x 0.3인치 사출 성형 부품은 점차 약화되므로 10~15년마다 교체해야 합니다. 철도 차량은 25년 이상의 수명을 갖도록 설계되었지만, 열차가 40~50년 동안 운행되는 경우도 드물지 않으며, 예외적인 경우에는 그보다 더 오래 운행되는 경우도 있습니다. 그럼에도 불구하고 공급업체는 이러한 부품을 단종하기로 결정했습니다. 연간 약 40대가 필요합니다. 이 책임을 맡은 유지보수 업체인 독일 뮌헨의 EZW(Electronikzentralwerk)는 대안이나 해답을 제시할 수 있는 파트너를 찾기 시작했습니다. 이 과정에서 철도 기술 전문가들이 적층가공과 적층가공이 제공하는 가능성에 주목하게 되었습니다.

솔루션

포미가 P 110을 사용한 적층 제조

적층 제조 기술은 소량의 배치 크기를 고려할 때 완벽한 솔루션입니다. 제조 도구 설정과 같은 광범위한 준비 작업이 필요하지 않습니다. "우리의 경험에 따르면, 동등한 알루미늄 금형과 수동 언로딩을 기반으로 한 솔루션은 각 주문에 대한 취급 및 설정 비용과 금형의 연간 보관 및 유지보수 비용을 제외하고도 수천 유로의 비용이 들 것으로 예상됩니다. 게다가 금형을 제작하는 데 약 3개월이 걸리고, 첫 번째 샘플을 제작하는 데도 한 달이 더 소요됩니다."라고 DB Fahrzeuginstandhaltung GmbH의 3D 프린팅 책임자 플로렌스 리히테(Florens Lichte)는 설명합니다.

부품을 적층 제조하고자 하는 기업은 자체 산업용 3D 프린터를 구입하거나 자체 전문성을 개발할 필요가 없으며, 계약 제조업체의 비즈니스 모델은 모두에게 이익이 됩니다. 도이치반이 선택한 길입니다. 이 물류 회사는 현재 하세나우어 & 헤서 GmbH와 여러 차례 성공적으로 협업하고 있습니다. 하지만 악마는 디테일에 있었다고 Hasenauer & Hesser GmbH의 전무 이사 Hans-Jörg Hesser는 말합니다. "우리의 주요 목표는 부품의 기능을 보존하는 것이었습니다. 이를 위해 부품의 사양을 재설계하고 적층 제조 공정에 맞게 조정해야 했습니다. 3D 프린팅은 일반적으로 쉽지만 이 프로젝트는 엄청난 경험이 필요했습니다. ICE 열차에 사용된 부품은 길고 좁으며 벽이 얇습니다. 이 때문에 매우 쉽게 휘어집니다. 특히 이번 주문에서는 200개 이상의 고정 장치를 동시에 제작해야 했기 때문에 빌딩 챔버 내에 부품을 배치하는 것이 필수적이었습니다."

"저희는 10년 이상의 적층 제조 경험을 보유하고 있으며, 기억할 수 있을 만큼 오랫동안 EOS 시스템을 사용해 왔습니다. 부품 품질과 시스템 신뢰성에 만족하고 있습니다. 이를 통해 고객에게 최고 수준의 예비 부품을 적시에 제공할 수 있습니다."

한스-요르그 헤서 | 전무 이사 | 하세나우어 & 헤서 GmbH

결과

이 픽스처는 포미가 P 110으로 제작되었습니다. 3D CAD 데이터나 설계 도면이 없었기 때문에 리엔지니어링 단계에서는 네 자릿수 미만의 비용이 발생했습니다. 그 결과 제조 비용은 사출 성형에 비해 80% 이상 절감되었습니다. 프로젝트 시작부터 첫 납품까지 총 1개월이 소요되었으므로 3D 프린팅 부품을 4배 더 빨리 사용할 수 있었습니다. 모든 후속 주문은 24시간 이내에 완료될 수 있었습니다. EZW 뮌헨의 직원들은 프린트된 부품의 형태, 핏, 기능을 현장에서 직접 테스트했습니다. 그 결과 적층 가공으로 재제조된 설비는 고객의 모든 요구 사항을 충족하는 매우 설득력 있는 결과를 얻었습니다. "부품이 완벽하게 맞고 뒤틀리지 않았습니다. 이미 최소 20개 이상의 유닛을 장착했습니다."라고 플로렌스 리히테는 덧붙입니다.

하지만 독일의 리히테 씨와 그의 동료들은 단순히 기능 테스트를 통과하는 것 이상으로 걱정해야 할 것이 많았습니다. 철도 산업에서 사용하려는 모든 플라스틱은 EN 45545-2 / DIN 5510-2(기존 차량용)에 정의된 화재 방지 요건을 충족해야 합니다. 각 부품의 크기, 무게, 차량 내 위치, 다른 부품과의 거리에 따라 다양한 요구 사항이 존재하며 경우에 따라 추가 예외가 적용됩니다. 이 프로젝트에 선정된 EOS 소재 PA 2210 FR은 적용 목적의 특정 요건을 충족하는지 확인하기 위해 광범위한 화재 테스트를 거쳐야 했습니다. 이 새로운 부품은 승객에게 최신 정보를 제공할 뿐만 아니라 빠른 속도로 선로를 달리는 동안에도 승객을 안전하게 보호합니다.