利用 EOS 的增材制造技术快速打印定制火车零件
Hasenauer & Hesser | 成功案例
德国铁路公司选择增材制造 来维护列车
德国铁路公司运营的第三代 ICE 列车车队拥有近 160 辆不同生产系列的列车。由于其时尚的设计和定期翻新的内饰,每一辆列车看起来和感觉上都很现代。尽管如此,运输业仍将 1996 年之前生产的所有产品视为 "老古董"。与这一时期的汽车一样,为这些列车寻找备件也很困难。然而,德国铁路公司凭借 EOS 的工业3D 打印 技术,依然不为所动。
"增材制造 的巨大优势在于,我们总能制造出与新部件一样好的替换部件,从而使我们的列车在数十年内都能得到妥善维护。我们不必在质量或性能上妥协。成本也比定制模具低。
Florens Lichte |3D 打印主管 | DB Fahrzeuginstandhaltung GmbH
挑战
第三代内燃动车组列车令人望而生畏。列车空载重量从 270 吨到远远超过 400 吨不等,行驶速度为每小时 140 到 190 英里,每辆列车上的组件种类繁多,很容易被忽视。最小的部件往往是最困难的。标准的商用螺钉很容易更换,但许多其他定制的小产品一旦磨损或出现故障,就不能简单地从制造商处重新订购。有些部件已经停产,有些部件的制造商已经破产。每个零件通常只需要几份。高昂的工具成本和最低采购限额使得用传统方法制造这些产品不划算。
与工业规模的订单相比,160 台的批量生产微不足道。相比之下,中型汽车的年产量达数十万辆;即使是飞机,成功的中短途机型年产量也可达数千架。
虽然这无疑证明了火车作为运输工具的可持续性,但由于生产规模小,备件的生产和仓储物流也变得复杂起来。许多其他特制部件也存在类似问题。在这里举一个具体的例子,ICE-3 和 ICE-T 列车电子车载信息系统中的显示灯需要更换一些非常精密的荧光灯管固定装置。这些显示器向乘客显示车速、时间和即将到达的车站等信息。
随着时间的推移,标准磨损和脆性会逐渐削弱 9.4 x 0.4 x 0.3 英寸注塑部件的强度,这意味着每 10 到 15 年就需要更换一次。轨道车辆的设计使用寿命超过 25 年,但一列火车服役 40 至 50 年的情况并不少见,在特殊情况下甚至更长。尽管如此,供应商还是决定停止使用这些部件。每年大约需要 40 个部件。受托负责这项工作的维修公司--德国慕尼黑电子中心(EZW)--开始寻找替代品或有可能找到答案的合作伙伴。他们的铁路技术专家在寻找过程中发现了快速成型技术及其带来的可能性。
解决方案
由于批量小,增材制造技术是完美的解决方案。它不需要大量的准备工作,例如安装制造工具。"根据我们的经验,即使不考虑每个订单的处理和设置成本,以及每年的模具存储和维护成本,我们预计基于等效铝制模具和人工卸载的解决方案也要花费数千欧元。DB Fahrzeuginstandhaltung GmbH 的3D 打印部门主管 Florens Lichte 解释说:"此外,模具的制造需要三个月左右的时间,而之后的第一个样品还需要一个月的时间。
如果一家公司希望以增材制造的方式制造一个部件,他们不需要购买自己的工业 3D 打印机,也不需要开发自己的专业技术--合同制造商的商业模式对每个人都有利。这就是德国铁路公司选择的道路。目前,他们的物流公司已多次与 Hasenauer & Hesser GmbH 成功合作。但细节决定成败,Hasenauer & Hesser GmbH 总经理 Hans-Jörg Hesser 透露:"我们的首要目标是保持组件的功能性。为此,必须重新设计组件的规格,并使其适应分层制造工艺。3D 打印通常很容易,但这个项目需要大量的经验。ICE 列车使用的部件又长又窄,而且壁很薄。因此,它非常容易变形。在制造室中定位零件至关重要,尤其是我们要同时为这个订单制造 200 多个夹具"。
"我们拥有超过 10 年的增材制造 经验,从我们记事起就一直在使用 EOS 系统。我们对元件质量和系统可靠性非常满意。它们使我们能够及时向客户提供一流的备件"。
Hans-Jörg Hesser | 总经理 | Hasenauer & Hesser GmbH
成果
夹具是用 FORMIGA P 110 制造的。由于无法获得 3D CAD 数据或设计图纸,重新设计步骤产生的费用在四位数以下。制造成本比注塑成型低 80% 以上。该项目从开始到首次交货总共只需要一个月的时间,这意味着 3D 打印部件的供货速度提高了四倍。任何后续订单都有可能在 24 小时内完成。慕尼黑 EZW 公司的员工亲自在现场测试了打印部件的形状、匹配度和功能。结果非常令人信服:增材制造的夹具满足了客户的所有要求。"部件完美匹配,没有变形。Florens Lichte 补充说:"我们已经安装了至少 20 套部件。
然而,Lichte 先生和他在德国的同事们需要担心的不仅仅是通过功能测试。任何用于铁路行业的塑料都必须满足 EN 45545-2 / DIN 5510-2(用于现有车辆)中规定的防火要求。根据每个部件的尺寸、重量、在车辆中的位置以及与其他部件的距离,有不同的要求,在某些情况下还有额外的例外。为该项目选择的 EOS 材料 PA 2210 FR 需要经过大量的防火测试,以确保其满足应用目的的特定要求。这些新部件不仅能为乘客提供最新信息,还能确保他们在轨道上以极快的速度飞驰时的安全。
成果一览
- 生产时间缩短 75
- 生产成本降低 80
EOS 成功案例
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