易加三维金属3D打印高性能定制刹车盘，高铁应用前景广阔

2022年5月19日，南极熊获悉，国产3D打印机制造商易加三维Eplus3D通过最新的客户项目在铁路领域首次亮相。

Eplus3D公司与一家铁路公司密切合作，使用大尺寸的EP-M650系统3D打印了一套终端应用到火车上的定制刹车盘。每个尺寸为Φ648 x 90mm3的部件是用24CrNiMo合金钢打印的，从开始到结束的总建造时间为631小时。

这一使用案例是Eplus3D公司众多3D打印应用中的最新案例，据说与传统的生产方式相比，这种增材制造的刹车盘成本更低，交货时间更短。

△EP-M650  3D打印机。图片来自Eplus3D。

对高性能制动盘的需求

与航空航天和汽车一样，铁路行业也需要应用到高性能的金属部件。如今高速列车的最高速度约为350公里/小时或以上，每节车厢重约60吨。因此，移动的列车背后有巨大的惯性和动能，这使得在短时间内制动和停车变得非常困难。

制动盘的工作原理很简单，就是相互挤压，产生摩擦力来抵消火车车轮的旋转。不幸的是，摩擦会产生大量热量，因此制动盘（和制动片）经常需要承受大约900°C的高温。它们还被设计为在各种恶劣的环境中工作，包括雨、雪、沙尘暴和暴晒天气。

今天的许多制动盘是由钢合金制成的，并通过传统工艺，如金属铸造和锻造制造。虽然这些方法确实提供了出色的机械性能和表面处理，但它们也存在生产周期过长的问题。在采购替换用的备件时，这尤其麻烦，因为交货可能需要几个月的时间，而供应链的每一步都会增加成本。

△构建室中的3D打印刹车盘。照片来自Eplus3D。

铁路部门的一个新工具

采用增材制造的方法，Eplus3D利用其EP-M650 3D打印机，这是一个四激光粉末床融合系统，具有655 x 655 x800毫米的大尺寸构建体积。

这款机器兼容大量的金属粉末，如钛、铝、铬镍铁合金、钴铬合金等。该项目使用的24CrNiMo钢以其高抗拉强度、断裂韧性和出色的热稳定性而闻名，这些都是制动盘的关键性能。

除了缩短交货时间和降低生产成本之外，使用3D打印技术在提升零件性能方面也有一些好处。据Eplus3D称，由于高功率激光束的反应性，3D打印的刹车盘提供了更好的密度，从而产生了更好的机械和摩擦性能。由于表面特征和孔是作为一个整体部件打印的，制动盘也被发现具有更好的散热性。

最终，Eplus3D看到了其3D打印机在机车车辆领域的光明前景，提供了一种新的和改进的方法，在不牺牲零件性能的情况下制造了关键备件。

△数字刹车盘设计。图片来自Eplus3D。

即便如此，Eplus3D也不是第一家在运输领域利用增材制造技术的公司。就在最近，总部位于法国的机车车辆制造商阿尔斯通公司采用了Stratasys公司的FDM 3D打印技术来简化其自身的备件生产过程。该公司的最新项目之一是为阿尔及利亚的Sétif Tramways生产一套紧急备件，大大缩短了交货时间，为SétifTramways节省了数千美元的制造成本。

在其他地方，技术公司ARMOR的增材制造材料部门Kimya使用3D打印技术为一家不知名的铁路供应商生产一个旧款的保护罩部件。该保护罩开发于1982年，其模具已不复存在，因此在用PEEK材料进行3D打印之前，必须从头开始重新设计备件。