Destaque do aplicativo:Impressão 3D na indústria ferroviária

Nos últimos 12 meses, muitas empresas ferroviárias, incluindo Deutsche Bahn, Bombardier e Angel Trains, investiram na impressão 3D ou aumentaram seus recursos de impressão 3D.

16 por cento das empresas do setor de logística e transporte estão usando a impressão 3D para fabricar peças de reposição, de acordo com um relatório recente da EY.

O que está impulsionando essa adoção?

No Application Spotlight desta semana, veremos os motivadores por trás do aumento da adoção da manufatura aditiva (AM) na indústria ferroviária, além de explorar os casos de uso mais interessantes.

Dê uma olhada nos outros aplicativos abordados nesta série:

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Impressão 3D para rolamentos

Impressão 3D para fabricação de bicicletas

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Impressão 3D para implantes médicos

Foguetes impressos em 3D e o futuro da fabricação de naves espaciais

Impressão 3D para Fabricação de Calçados

Impressão 3D para componentes eletrônicos

Óculos impressos em 3D

Impressão 3D para produção de peças finais

Impressão 3D para suportes

Impressão 3D para peças de turbinas

Como a impressão 3D permite componentes hidráulicos de melhor desempenho

Como a impressão 3D apóia a inovação na indústria de energia nuclear

Por que as empresas ferroviárias estão adotando a impressão 3D industrial?

Construir um trem não é tarefa fácil, pois requer componentes de alta qualidade para mantê-lo nos trilhos, geralmente por décadas.

Mas o que acontece quando alguns componentes quebram? Pode ser relativamente fácil encontrar peças de reposição para peças fabricadas recentemente, no entanto, quando se trata de componentes criados há 20 ou 30 anos, o processo se torna complicado.

Em muitos casos, as empresas ferroviárias são confrontadas com a situação em que a produção das peças sobressalentes de que necessitam foi interrompida ou os fabricantes já não estão em atividade. Dado o pequeno número de peças sobressalentes necessárias, projetar e fabricar a peça novamente, usando métodos tradicionais adaptados para produção de alto volume, muitas vezes não faz sentido econômico.

O custo do tempo de inatividade por dia para um trem é também bastante alto, levando as empresas ferroviárias a buscar novas maneiras de produzir peças sobressalentes obsoletas de maneira mais rápida e barata.

A impressão 3D está se tornando uma das tecnologias que podem resolver esses problemas. É uma tecnologia de manufatura digital, o que significa que depende de fluxos de trabalho digitais e não requer ferramentas adicionais, como moldes, para criar uma peça. A produção sem ferramentas, proporcionada pela impressão 3D, pode reduzir significativamente o tempo de fabricação de peças sobressalentes obsoletas, em alguns casos em até 95%. O processo também é frequentemente associado à engenharia reversa, principalmente quando o projeto original de uma peça foi perdido.

Desta forma, as empresas ferroviárias podem acelerar o processo de manutenção dos trens, colocando os trens de volta em uso de forma mais eficiente do que antes.

Os primeiros a adotar a impressão 3D na indústria ferroviária , como a Deutsche Bahn, identificou várias peças que podem ser impressas em 3D como uma substituição. Entre eles, estão peças de máquinas de café, ganchos para casacos, capas de volante, estruturas de encosto de cabeça e até placas de sinalização em Braille para viajantes cegos. No entanto, a lista de peças que podem ser impressas em 3D para a indústria ferroviária está em constante expansão.

Outro motivador para a adoção da impressão 3D na indústria ferroviária é a capacidade de produzir auxiliares de manufatura, como gabaritos e acessórios, com mais rapidez e sob demanda. Embora sejam um caso de uso menos divulgado, as ferramentas impressas em 3D são geralmente mais leves do que as contrapartes tradicionais e podem ser projetadas ergonomicamente, proporcionando maior facilidade de uso para os trabalhadores.

Tecnologias de impressão 3D usadas em peças ferroviárias

A maioria das peças sobressalentes e ferramentas impressas em 3D para a indústria ferroviária são fabricadas com tecnologias de aditivos de polímero, como Fused Filament Fabrication (FFF) e Selective Laser Sintering (SLS). As tecnologias são otimizadas para trabalhar com termoplásticos de alto desempenho, como náilon e ULTEM.

Para serem usados ​​em componentes de trens, esses materiais devem estar em conformidade com os padrões de segurança contra incêndio da indústria. Várias empresas estão oferecendo termoplásticos retardadores de chama. A Stratasys, por exemplo, desenvolveu um material compatível com o Rail Standard EN45545-2 para segurança contra incêndio. A Markforged, desenvolvedora de impressoras 3D compostas, também lançou recentemente um material composto à base de náilon retardador de chamas. O material visa ampliar o leque de aplicações de impressão 3D na indústria ferroviária, além das indústrias aeroespacial, automotiva e de defesa. Embora a maioria das peças impressas em 3D para a indústria ferroviária sejam de polímero, a impressão 3D em metal também está ganhando força. Tecnologias como Selective Laser Melting (SLM) e Metal Binder Jetting são mais frequentemente adotadas para fazer peças com metais como alumínio, aço e, mais recentemente, titânio.

Aplicativos de impressão 3D na indústria ferroviária

Deutsche Bahn 3D imprime uma peça de reposição de metal

A companhia ferroviária alemã Deutsche Bahn foi uma das pioneiras na adoção da impressão 3D para peças de reposição. Nos últimos anos, a Deutsche Bahn identificou as possibilidades de usar AM para mais de 100 casos de uso. A maioria das peças são relevantes para a disponibilidade, o que significa que podem ser difíceis de adquirir, causando um tempo de inatividade do veículo de um mês.

Um exemplo de tal peça envolve uma tampa do rolamento do rodado para uma locomotiva da Classe 294. Esse modelo foi colocado em serviço nas décadas de 1960 e 1970, e faltam peças de reposição para alguns componentes, como esta capa.

Tradicionalmente, a Deutsche Bahn precisaria ter uma nova peça produzida, usando um processo de fundição. No entanto, esse método normalmente envolve grandes quantidades mínimas de compra e a entrega da peça pode levar vários meses.

AM surgiu como uma alternativa natural, pois foi capaz de criar esta peça de forma mais rápida e sob demanda. A empresa recorreu a um bureau de serviços, que imprimiu em 3D uma capa de rolamento usando a tecnologia Wire Arc Additive Manufacturing (WAAM). O processo WAAM usa arame como matéria-prima. O arame passa por um bocal e é soldado, camada por camada, na peça final.

A peça, que pesa 13 kg, foi impressa em apenas 7 horas, proporcionando à Deutsche Bahn benefícios como aumento de parte disponibilidade e custos de fabricação consideravelmente mais baixos.

Siemens Mobility:ferramentas impressas em 3D

A Siemens Mobility, empresa especializada em sistemas inteligentes de tráfego e tecnologia ferroviária, adotou a impressão 3D em seu RRX Rail Service Center para produzir ferramentas complexas, além de peças de reposição.

Em um exemplo, o novo depósito de manutenção imprimiu em 3D uma ferramenta de conexão essencial usada na manutenção do vagão de trem (o vagão é o chassi ou estrutura que sustenta o eixo do rodado). É bastante difícil de produzir, usando métodos convencionais, porque a ferramenta tem um formato complexo que exige um alto grau de customização.

Além disso, os truques pesam várias toneladas, o que significa que precisam ser feitos com materiais robustos e duráveis ​​que possam suportar as tensões significativas exercidas quando o trem está em movimento.

Como alternativa, a equipe do centro usou a tecnologia FDM da Stratasys e um ULTEM 9085 de nível industrial. A impressão 3D permitiu que a Siemens Mobility alavancasse os benefícios de personalização da impressão 3D e substituísse os métodos de manufatura tradicionais. aplicação de ferramentas.

A empresa também relata que o ferramental impresso em 3D ajudou a reduzir sua dependência de ferramentas de terceirização por meio de fornecedores e também cortou o custo por peça.

Exploração da impressão 3D pela Angel Trains

A empresa de leasing de material circulante, Angel Trains, fez recentemente uma parceria com a Stratasys, procurando imprimir em 3D os componentes internos dos trens, como apoios de braço, alças e mesas de encosto.

Os componentes escolhidos agora estão sendo testados em trens de passageiros em serviço. Até agora, o julgamento foi positivo. Por exemplo, a produção do apoio de braço impresso em 3D levou apenas uma semana - uma redução de 94% em comparação com os métodos de fabricação convencionais.

A empresa está usando a tecnologia Stratasys FDM, em combinação com ULTEM 9085 de alta temperatura termoplástico, para impressão em 3D de peças de reposição sob demanda. O filamento em uso é considerado compatível com os padrões da indústria ferroviária (o Rail Standard EN45545-2, em particular) e tem maior resistência ao fogo e durabilidade do que os termoplásticos tradicionais.

Em outro caso, a impressão 3D ajudou Angel Trains para produzir substituições de alças. As peças sobressalentes originais estavam obsoletas e o fornecedor havia fechado as portas. A criação de uma peça de reposição, usando um método tradicional, exigiria a produção de uma nova ferramenta de fabricação, que poderia incorrer em custos de até £ 15.000 e prazos de dois meses e meio.

No entanto, a impressão 3D FDM permitiu à empresa produzir todas as sete alças necessárias para os trens, em apenas três semanas e por um custo significativamente menor.

Incrivelmente, Angel Trains também está explorando novas possibilidades de personalização com impressão 3D. Por exemplo, a empresa está analisando a oportunidade de imprimir em 3D as mesas dos encostos dos bancos em braille, informando ao passageiro que o banheiro fica dez fileiras atrás de seu assento.

Se bem-sucedidas, aplicações como essa podem melhorar significativamente a manutenção dos trens e a experiência dos passageiros no futuro.

Conquistas do CAF em impressão 3D

A CAF, fabricante espanhola de veículos ferroviários, equipamentos e ônibus, também conseguiu usar a impressão 3D para a produção de peças de reposição e componentes funcionais. Desde setembro de 2016, a CAF teria produzido cerca de 2.400 peças impressas em 3D para uso em seu material rodante, incluindo porta-copos, suportes de rádio, caixilhos de janelas, tampas de limpador e suportes de portas.

A empresa também usa impressão 3D em grande escala para produzir peças externas medindo até vários metros. Entre essas peças está um componente front-end, impresso em 3D para um bonde Urbos. Presumivelmente, a peça foi impressa em 3D usando uma impressora Super Discovery FFF 3D, desenvolvida pelo fabricante espanhol CNC Bárcenas.

A CAF identifica a capacidade de produção de peças, com diferentes dimensões e geometrias complexas, como um dos principais benefícios das tecnologias de impressão 3D. A empresa afirma que isso os ajuda a quebrar a dependência de moldes e padrões originais na produção de componentes, reduzindo o tempo de lançamento de uma nova peça no mercado.

Outros exemplos

O número de empresas ferroviárias começando a explorar a impressão 3D está crescendo.

Por exemplo, a Bombardier está configurada para instalar uma impressora 3D Stratasys para acelerar e personalizar a produção de peças ferroviárias. O fabricante planeja usar a tecnologia para imprimir em 3D as partes internas e externas do trem, como dutos de ar, caixas e suportes de cabos.

Wabtec Corporation, um fabricante global para as indústrias ferroviária e de trânsito, também entrou no movimento da impressão 3D. Neste verão, a empresa investiu na tecnologia de jato aglutinante H2 da GE Additive. A Wabtec já identificou casos de uso para até 250 componentes em suas linhas de produtos, que podem ser fabricados com AM.

Impressão 3D na indústria ferroviária:um impacto transformador

Os benefícios do uso da impressão 3D na indústria ferroviária estão se tornando mais evidentes. As empresas do setor estão ansiosas para implementar a tecnologia, para resolver problemas com peças sobressalentes obsoletas e longos prazos de entrega para ferramentas e componentes de uso final.

No entanto, os exemplos acima mostram que, para a maioria das empresas, a jornada da impressão 3D apenas começou. Eles levarão tempo e dinheiro para descobrir como usar a tecnologia em seu potencial máximo. Mas a recompensa que espera no final da jornada promete trazer um impacto positivo e transformador nas cadeias de abastecimento da ferrovia e nas operações de serviço.