用（yòng）3D打（dǎ）印技（jì）術增強軌（guǐ）道交通車輛零件的可用（yòng）性
2019-7-3 來源：埃馬克 作者：
毋庸置疑，機車、軌道車輛（liàng）和列車（chē）是否可用，對軌道（dào）交通的可靠性至關重要。德國聯邦鐵路公司（Deutsche Bahn，以下簡稱德鐵））有 7,000 多名員工從事著車輛養護工（gōng）作，為由（yóu）數千車輛組（zǔ）成（chéng）的車隊保駕護航。其中，備件的庫存和采購是一項巨（jù）大的挑戰。對於那（nà）些難於（yú）采（cǎi）購的零（líng）件，采用 3D 打印（yìn）的方式製造零件，則能（néng）夠顯著提升（shēng）備件的可用性。目前，德鐵在一個試點項目中首次使用（yòng）了 GEFERTEC 的 3DMP® 工藝。
1966 至 1974 年， 294 係列機車在德（dé）國聯邦鐵路公司營運
“可用性對我們公司（sī）來說是一個非常重要（yào）的課題”， Tina Schlingmann 博士說道，她從去年開始為德鐵研究增材製（zhì）造的潛在應用。這位材料學專家認為，除原型製造和工具領域（yù），備（bèi）件業務尤其大有可為。 德鐵所購買的數千輛列車和機車的養護都由自（zì）己進行，這就存在著一個很大的問題：對（duì）於老舊的機車，經常麵臨原廠備件停產的情況（kuàng）。
Tina Schlingmann 博士在德（dé）國聯邦鐵路公司致力於增材製造方法的應用
9 個月（yuè）的輪（lún）對軸箱蓋交（jiāo）貨期
在過去的幾年裏， 德鐵總共在 100 多個使用案例中（zhōng）進行了有關增材製（zhì）造的可行（háng）性（xìng）研究。“事實證明，增材（cái）製造在與可用性相關的備件業務領域尤其大有（yǒu）可為”， Schlingmann 博士強調道。最近的一個案例是在 20 世紀 60 和 70 年代投入營運的一輛（liàng） BR 294 型機車的輪對（duì）軸箱蓋 ——這一配件（jiàn）的損壞和缺失，極有可能造成潤滑劑從軸（zhóu）承中逸出，導致軸承損壞，最糟糕的情況下，機（jī）車甚至（zhì）可能因此（cǐ）脫軌。然而，這一備件的交貨期長達九個月，在此期（qī）間導致的機車停（tíng）運，給公司帶（dài）來了（le）巨大（dà）的經濟損失。輪對軸箱蓋的原始鑄件重達 11.5 千克，直徑 為 374 毫米，高（gāo） 78毫（háo）米。在可行性研究中， 德鐵選擇與增材製造領域專家 Rolf Lenk GmbH 共同合作，以（yǐ）尋找替代解決方案。
重 11.5 千克的輪對軸箱蓋在 GEFERTEC 的 arc605 上打印生產
去年（nián）， Rolf Lenk 有一台 GEFERTEC GmbH 的 arc605 機床投產，該機床（chuáng）所使用 3DMP® 工藝（見文本框），是能夠進行（háng）大型配件高速增材製（zhì）造的理想選擇。
由於老舊車輛的（de）備件通常沒有數字形式的 3D 數據，因此首先需要進行完整的逆向工程，在（zài）完成（chéng）該步驟後，還必須為線切割機床整理 3D 數據。在（zài）這個項目中所使用的 3DMP®CAM 軟件可從配件的數字模型生成特殊的 CNC 數據，然後使用軟件由線切割機床逐（zhú）個焊（hàn）道進行（háng）工（gōng）件構造。“包括設置在內，在（zài） GEFERTEC 機床上的實際生產時間（jiān）隻有大約 8 小時”， Rolf Lenk 公司項目專員 Matthias Otte 說道。在機床上（shàng）完成基礎加工後（hòu），還需對近淨成形的（de）配件（jiàn）進行切削（xuē）加工。從構想、逆向工程到最終生產，整個項（xiàng）目共計用（yòng）時兩個月。“這隻是在初次生（shēng）產工件時需要花費的時間”， M. Otte 強調說：“將來，根據機床的情況，我們可以將這一配件的生產時間縮短至（zhì） 2 到 3 周。”
Matthias Otte 是 Rolf Lenk 公司的項目專員，他說：“包括設置在內，輪對軸箱（xiāng）蓋在
GEFERTEC 機床上的實（shí）際生產時間隻有大約 8 個（gè）小時。”
德鐵和聯邦鐵路局的材料實驗室對成（chéng）品配件進行過全麵徹底的（de）檢測。“除通常的材（cái）料學檢測之外（wài），甚至還進行了計算機斷層掃描”， Schlingmann 博士講道。無一例外都是肯定結果，確（què）證了 3DMP® 工藝進（jìn）行輪對軸箱蓋生（shēng）產的高品質。現在，隻需完（wán）成德鐵組件（jiàn）的批準認證（zhèng）流程，該備件（jiàn）就能被（bèi）順利安裝了。
數字化（huà）備件倉庫列（liè）入未來願景
有關輪對軸箱蓋增材製造（zào）的可行（háng）性研究隻（zhī）是一個開始——未來，德鐵在該領域還有多項計劃：將備件倉庫（kù）數字化，以解決倉庫運營成本高昂、費用巨大的難題。所有配件將在其中以數字文件的形式提供使用，需要時，可以在合適的機床上進行增材製造。這一方案在提高備件（jiàn）可用性的同時（shí），也將同步節約成本。因為除了（le）生產成本外，公司還擔負著運輸和庫存成本。此外，關鍵配件還必須在其使用壽命結束後報（bào）廢。 Schlingmann 博士還（hái）特別指出這（zhè）種（zhǒng）解決方案（àn）的環境影響：“通過增材製造，可顯著減小（xiǎo）零部件的碳足跡。”因此，備（bèi）件增材製造加工也非常貼合德鐵“That's Green”的環保主張。
輪對軸箱蓋采用 3DMP® 工藝打印（左）然（rán）後再進行切（qiē）削（xuē）加（jiā）工（右）
文本框
增材製造（zào）機（jī）床采用 3DMP® 工藝
GEFERTEC GmbH 的線切割機床使用了 3DMP® 工藝，該工藝已晉（jìn）升為新（xīn）的行業標準（zhǔn）。這些機床使近淨成形（xíng）的金屬坯件（jiàn）生產（chǎn）高效（xiào）快速且成本低廉。工件的最終質（zhì）量也完全符（fú）合使用標準（zhǔn）加工方法生（shēng）產的工件質量。 3DMP® 工藝（yì）使（shǐ）用線材（cái）作為原材料（liào），利用它逐個（gè）焊道進（jìn）行（háng）工（gōng）件打（dǎ）印。與使用粉末（mò）作（zuò）為原材料的 3D 打印方法相比，這一製造方（fāng）法具（jù）備諸多優勢：無需進行成本高昂的粉末處理，生產更具經濟性，且已經適用於大多數標準材料。但最大的優點還是累積率非常高，根據所用材料的不同，每小時（shí）可多達 600 cm3。這使得線切割機床更適用於快速和經濟的生產，包括以鋼、鎳基、鈦或鋁為材質的大尺寸工件生（shēng）產。線切割機床有適用於約 3 m3 以下工件尺寸的 3 軸版、適用於 0.8 m3 以下工件尺寸的 5 軸版，以及適用於 0.06 m3 以下工件尺（chǐ）寸、更加緊湊的 5 軸版可供選擇。專門開發的 CAM 軟件可根據工件的（de） CAD 數據生成數據， CNC 控製（zhì）係統利用這些數據可對焊接機頭進行精確定位。然後，機床會自動完成近淨成形工件的生產，並可采用傳統的 CNC 銑削技術進行最（zuì）後加工。與其他製造工藝相（xiàng）比， 3DMP® 工藝優化了材料利用（yòng）率，從而帶來了巨大的成本優勢，特別是對於鈦等貴金屬材料（liào）的生產：根據實際應用情況顯示，生產成本最多可降低 60 %。
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如果您有機（jī）床行業、企業相關新聞稿件發表，或進行資訊合作，歡迎聯係本網編輯部， 郵箱：skjcsc@vip.sina.com
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