3D-printen revolutioneert de spoorwegindustrie: Case studies & voordelen

Afgelopen jaar hebben grote spoorwegexploitanten zoals Deutsche Bahn, Bombardier en Angel Trains hun 3D-printcapaciteiten aanzienlijk uitgebreid.

Volgens een recent EY-onderzoek gebruiken 16% van logistiek- en transportbedrijven nu additieve productie voor reserveonderdelenproductie.

Wat drijft deze snelle adoptie?

In deze Application Spotlight onderzoeken we de krachten die de spoorwegsector naar additieve productie duwen en tonen de meest overtuigende use cases.

Ontdek andere toepassingen in onze serie:

• 3D-printen voor warmtewisselaars
• 3D-printen voor lagers
• 3D-printen voor fietsproductie
• 3D-printen voor digitale tandheelkunde & transparante aligner productie
• 3D-printen voor medische implantaten
• 3D-geprinte raketen en de toekomst van ruimtevaartproductie
• 3D-printen voor schoenenproductie
• 3D-printen voor elektronische componenten
• 3D-geprinte brillen
• 3D-printen voor einddeelproductie
• 3D-printen voor beugels
• 3D-printen voor turbine-onderdelen
• Hoe 3D-printen betere hydraulische componenten mogelijk maakt
• Hoe 3D-printen innovatie in de kernenergie-industrie ondersteunt

Waarom spoorbeschikkers industriële 3D-print omarmen

Een trein bouwen vereist componenten die decennialang opereren. Wanneer een onderdeel faalt - vooral een dat 20-30 jaar geleden geproduceerd is - kan een vervanging vinden lastig zijn.

Veel spoorbeschikkers worstelen met gestaakte productielijnen of niet-bestaande leveranciers. Het opnieuw produceren van het onderdeel met conventionele high-volume methoden is vaak onzeker, met name wanneer de benodigde hoeveelheid klein is.

Bovendien kost elke dag dat een trein stilstaat aanzienlijke bedragen. Spoorwegbedrijven zoeken dus snelle, kosteneffectieve oplossingen voor verouderde onderdelen.

3D-printen - een digitale productietechnologie die de noodzaak voor gietvormen elimineert - past perfect bij deze behoefte. Tool-loze productie kan levertijden met tot 95% verminderen en, gecombineerd met reverse engineering, stelt het snelle hercreatie van verloren ontwerpen mogelijk.

Vroege adopters als Deutsche Bahn hebben een groeiende lijst van onderdelen geïdentificeerd die geschikt zijn voor additieve productie, variërend van koffieapparaatcomponenten tot Braille-wegwijzers voor visueel beperkte reizigers. Het potentieel om productiehulpmiddelen - jigs, fixtures en zelfs lichte, ergonomisch ontworpen tools - te 3D-printen, voegt extra aanmoediging toe.

3D-printtechnologieën gebruikt voor spoorwegonderdelen

Polymere domineren de 3D-geprinte voorraad van de spoorwegsector, met Fused Filament Fabrication (FFF) en Selective Laser Sintering (SLS) als meest gangbaar. Deze processen gebruiken hoogpresterende thermoplasten zoals nylon en ULTEM, die aan strenge brandveiligheidsstandaarden moeten voldoen (bijv. Rail Standard EN 45545-2).

Stratasys biedt een vlamvertragend nylon dat voldoet aan EN 45545-2, terwijl Markforged onlangs een vlamvertragend nylon-gebaseerd composiet lanceerde gericht op spoorweg, luchtvaart, auto en defensietoepassingen.

Metaal 3D-printen wint ook aan tractie. Selective Laser Melting (SLM) en Metal Binder Jetting maken productie van aluminium, staal en titanium onderdelen mogelijk.

3D-printtoepassingen in de spoorwegindustrie

Deutsche BAHN 3D-print een metaal vervangingsonderdeel

Deutsche Bahn heeft meer dan 100 use cases voor additieve productie verkend, gericht op onderdelen wiens onbeschikbaarheid tot een maand downtime kan veroorzaken.

Een opvallend voorbeeld is een wielaslagerdeksel voor de Class 294 locomotief, geïntroduceerd in de jaren 1960. Traditionele gieterei zou grote batchgroottes en maanden levertijd vereisen.

Met Wire Arc Additive Manufacturing (WAAM) produceerde een servicebureau het 13 kg onderdeel in slechts zeven uur, wat zowel levertijd als kosten dramatisch verminderde.

Siemens Mobility: 3D-geprinte tooling

In zijn RRX Rail Service Centre gebruikt Siemens Mobility 3D-printen om complexe onderhoudstools en reserveonderdelen te creëren.

Een sleuteltool - een connector voor treinboggie-onderhoud - werd gefabriceerd met Stratasys FDM en ULTEM 9085. Het resultaat was een robuust, custom-vorm onderdeel dat een kostbare, uitgebesteelde oplossing vervangt.

Het bedrijf rapporteert verminderde afhankelijkheid van externe leveranciers en lagere per-eenheidskosten.

Angel Trains' verkenning van 3D-printen

Angel Trains partners met Stratasys om interieurcomponenten - armsteunen, grepepen en rugleunstafels - op aanvraag te 3D-printen.

Productie van een enkele armsteun duurt nu één week, een 94% reductie ten opzichte van conventionele methoden.

Met ULTEM 9085, wat voldoet aan Rail Standard EN 45545-2, produceert het bedrijf ook vervangende grepepen. Wat £15.000 zou hebben gekost en tweeënhalve maand geduurd had, is nu in drie weken klaar voor een fractie van de prijs.

Kijkend naar de toekomst, prototypet Angel Trains Braille-rugleunstafels om passagiers naar toiletten te leiden, wat illustreert hoe 3D-printen de reizigerservaring kan verbeteren.

CAF's prestaties in 3D-printen

Sinds september 2016 heeft de Spaanse fabrikant CAF ongeveer 2.400 3D-geprinte onderdelen voor zijn rolling stock geproduceerd - variërend van bekershouders tot deursteunen.

CAF benut ook grootschalige 3D-printen om externe componenten tot diverse meters te fabriceren, zoals een front-end onderdeel voor de Urbos tram, geproduceerd met een Super Discovery FFF-printer van CNC Bárcenas.

"De mogelijkheid om onderdelen met complexe geometrieën zonder gietvormen te creëren, verkort de time-to-market drastisch," aldus CAF's engineering-lead.

Overige voorbeelden

Andere spoorwegreuzen volgen het voorbeeld. Bombardier installeert een Stratasys-printer om productie van interieur- en exterieurcomponenten te versnellen, terwijl Wabtec heeft geïnvesteerd in GE Additive's H2 binder-jet systeem, met een doel van tot 250 componenten voor AM.

3D-printen in de spoorwegindustrie: Een transformerende impact

De voordelen van additieve productie zijn duidelijk: snelle afhandeling voor verouderde onderdelen, lagere kosten en de mogelijkheid om complexe, lichte componenten te ontwerpen.

Hoewel veel bedrijven nog in de vroege fasen zitten, belooft de lange-termijn-opbrengst de spoortoeleveringsketens en onderhoudsoperaties te herschikken, wat tastbare voordelen levert voor exploitanten en reizigers alike.