3D打印技术进军轨道交通车辆维修和制造领域

评析
1、3D打印又称增材制造，以数字模型文件为基础，运用粉末状金属或塑料等可粘合材料，通过逐层打印的方式来构造物体。德国铁路公司（DB）已经将3D打印技术成功应用到了维修领域，并从利用塑料材料为主向金属材料开拓来制造重要零部件；株洲轨道交通装备制造业创新中心将实现装备维保领域3D打印技术的产业孵化，3D打印技术在国内外铁路和轨道交通行业的发展潜力已逐步释放。

2、3D打印技术改变了维修领域备品备件的制造模式，解决了小批量老旧零部件供应短缺问题。传统模式下，标准化的产品需要在特定的工厂中集中进行大批量生产，对于维修领域的小批量老旧零部件短缺问题，采购时间长、成本昂贵。而采用3D打印制造模式，制造商或用户可以将产品的3D模型提交至3D打印工厂，就可以快速制造出想要的备件，不仅解决了短缺难题，还可大幅缩短交货时间并降低库存成本。

3、3D打印技术搭载再生碳纤维等新兴材料进军列车制造领域，有望生产出传统钢材等金属材料无法达到的更加轻量化、更舒适、更静音的列车。传统钢材等金属材料是制造火车转向架和运行装置的首选材料，其结构坚固耐用，但其形式有限。碳纤维复合材料的一个关键优势在于，它们可以打印成几乎任何形状或结构，而且强度高，可以开启轨道列车转向架及其它部件设计的新机会。

4、3D打印技术涉及软件模型、打印技术、设备以及材料等，工业界对于3D技术应用于大量生产持有不同的说法。因此，针对轨道交通维修和制造行业，应评估何种部件适用和受益于3D打印。此外，采用3D打印零件方面面临的主要挑战之一就是符合严格的安全要求，对于3D打印的零部件，装车前必须进行严格的评估，如零部件的强度、可靠性、阻燃性能等性能。

动态报道
动态原文一：
株洲今年实现3D打印轨交零部件预计两年内产值达到一个亿
株洲晚报讯（2018-03-12）刚刚拿下首批、唯一的“湖南省制造业创新中心”称号，我市先进轨道交通装备制造业创新中心将对适用于轨道交通装备维保领域的3D打印技术进行产业孵化。

3D打印又称增材制造，是快速成型技术的一种，以数字模型文件为基础，运用粉末状金属或塑料等可粘合材料，通过逐层打印的方式来构造物体。

“目前3D打印技术已应用于工业设计领域，比如运用3D打印技术打印轨道交通关键零部件，像受电弓导向杆、高压接地开关传动件、真空断路器异性风缸、磁浮车辆悬浮架托臂等等，通过这一技术，可提高零件精密度、减少成本。”创新中心的运营实体株洲国创轨道科技有限公司总经理莫洪波说。

莫洪波介绍，目前适用于轨道交通装备维保领域的3D打印技术这一项目已经完成了基础研究、商业策划和融资，预计今年实现产业化，两年总产值将达到1个亿。

动态原文二：
再生碳纤维＋3D打印，打造更轻、更舒适的新一代列车！
铁路视点（2018-04-13）再生碳纤维在轨道车辆方面的研究项目源于英国铁路安全与标准委员会（RSSB）发起的一项车辆动力学竞赛，由于最终是ELG公司主导的轻型碳纤维轨道车辆转向架框架项目胜出，因此RSSB向ELG公司资助125万英镑，用于设计和制造轨道客运车辆再生碳纤维材料转向架原型。

ELG公司是再生碳纤维产品专家，该公司拥有从制造废料和终端零部件中回收碳纤维的一整套高效开发方法。其在再生碳纤维轨道车辆转向架项目中的研究团队包括英国Huddersfield大学铁路研究中心、阿尔斯通公司以及伯明翰大学传感器与符合材料研究中心在内的联合机构。

目前，再生碳纤维转向架正在英国Huddersfield大学铁路研究中心进行全面测试。这种利用再生碳纤维制成的列车转向架比常规转向架重量减少了50%，这表明了其在轨道磨损、能源消耗以及维护成本等方面都会下降，将为运营商节省大量成本开支。

负责测试阶段的首席工程师表示：这是首次使用再生纤维制造转向架框架，下面将对该转向架的刚度进行检验，将在研究中心的滚动试验台完成部分动态测试。

位于Huddersfield大学研究中心的再生碳纤维材料转向架

目前，Huddersfield大学铁路研究中心正在对碳纤维材料和转向架制造工艺进行相关研究。该中心已经获得了约30万英镑资助，用于开发更轻型、更可靠、更舒适以及噪音更小的机车车辆。

该研究项目是欧盟的RUN2RAIL项目的一部分，RUN2RAIL是新项目的总称，属于欧盟综合铁路项目Shift2Rail的一部分，资金总额为273.2万欧元，该项目共包含4个研究专题，由欧洲领先的工程公司和大学共享。

Huddersfield大学铁路研究中心专家表示，碳纤维复合材料的一个关键优势在于，它们可以打印成几乎任何形状或结构。研究中心决定探究碳纤维复合材料的应用情况以及3D打印技术，以便使用机器人增材制造系统来构建列车转向架框架。

研究中心表示，随着3D打印技术越来越成熟，为了生产新的轨道车辆部件，例如轴箱和制动器支架，还将探索金属3D打印。随着技术的不断发展，列车制造的应用将变得更加可行。

尽管有工程公司已经生产出了一种采用碳纤维弹簧装置的转向架，但传统的钢结构仍然会用来制造列车车轮。Huddersfield大学铁路研究中心专家表示，“我们已经在考虑寻找替代材料制作轮毂或车轴，但目前正在研究。”

RUN2RAIL项目预计将于2019年8月完工，而项目正在寻求的利用新材料和新技术来改善铁路运输，使铁路车辆“更轻、更可靠、更舒适、更安静”的研究目的能否实现，结果究竟如何，铁路视点未来将会进行持续跟踪，让我们拭目以待吧！

动态原文三：
拥抱3D打印德国明年或打印1.5万火车零件
中国智能制造网（2017-05-17）德国联邦铁路公司(DB)是目前拥抱3D打印技术的最大牌铁路企业之一，迄今为止已经利拥3D打印机生产了近1000个火车备用零部件。3D打印有效帮助他们解决了老旧零部件的短缺问题，比传统工艺更灵活、更经济。目前该公司正在逐步扩大这种应用。所以到今年年底，他们3D打印的火车零部件数量便有望增加1倍。而到2018年底，这个数字更是有望达到15000。

很显然，这是因为DB充分认识到了3D打印技术的好处。“为了更好地维修和维护火车，我们需要最快速的备用零部件供应，而3D打印正是可以做到这点的最佳工具。更棒的是，它还比传统工艺更灵活、更经济。”DB列车维护部门首席执行官Uwe Fresenborg表示。

同时，据DB项目负责人Stefanie Brickwede介绍，3D打印还有效帮助他们解决了老旧零部件的短缺问题。“大部分我们正在打印的零部件都是老旧的。对于它们，我们一般很难搞到3D设计文件，只能得到2D图纸，而且还是在运气好的情况下。不过现在，借助扫描和测量等方式，这个问题已经彻底解决了。”

DB最先3D打印出的火车零部件是衣服钩。随后，他们又陆续打印出了连接盒、散热器风扇浆液、防尘盖，以及摇杆等其它零部件，而它们均已得到了成功应用。

值得一提的是，这些零部件起初都是采用塑料材料打印的。但现在，随着DB引进了更新的粉末打印技术，它们中的相当一部分将会改用性能更好的金属材料制造。不过，为确保最终的效果，DB还是会在实际安装之前对它们进行严格的评估。

除了制造火车零部件，DB还在积极探索3D打印的其它潜在应用，比如制造盲文标志。这项尝试目前已经开始在柏林Main站实际测试了。

目前，DB已经为他们的3D打印项目配备了7名全职员工。这些人从事的工作各不相同，有长途客/货运，也有基础设施和物流。另外，还有40名拥有其它特长的非全职员工也参与到了这个项目当中。


来源：株洲晚报、铁路视点、中国智能制造网等
整理/评析：上海申通地铁集团有限公司技术中心 张喻