애플리케이션 스포트라이트:철도 산업의 3D 프린팅

지난 12개월 동안 Deutsche Bahn, Bombardier 및 Angel Trains를 비롯한 많은 철도 회사가 3D 인쇄에 투자하거나 3D 인쇄 기능을 강화해 왔습니다.

EY의 최근 보고서에 따르면 물류 및 운송 부문 기업의 16%가 예비 부품을 제조하기 위해 현재 3D 프린팅을 사용하고 있습니다.

이 채택을 주도하는 것은 무엇입니까?

이번 주 애플리케이션 스포트라이트에서는 가장 흥미로운 사용 사례를 탐색하는 동시에 철도 산업에서 적층 제조(AM)의 채택 증가 배후의 동인을 살펴볼 것입니다.

이 시리즈에서 다루는 다른 애플리케이션을 살펴보십시오.

열 교환기를 위한 3D 프린팅

베어링용 3D 프린팅

자전거 제조를 위한 3D 프린팅

디지털 치과 및 투명 교정기 제조를 위한 3D 프린팅

의료용 임플란트를 위한 3D 프린팅

3D 인쇄 로켓과 우주선 제조의 미래

신발 제조를 위한 3D 프린팅

전자 부품용 3D 프린팅

3D 인쇄 안경

최종 부품 생산을 위한 3D 프린팅

브라켓용 3D 프린팅

터빈 부품용 3D 프린팅

3D 프린팅으로 유압 부품의 성능 향상

3D 프린팅이 원자력 산업의 혁신을 지원하는 방법

철도 회사가 산업용 3D 프린팅을 도입하는 이유는 무엇입니까?

기차를 만드는 것은 보통 수십 년 동안 기차를 선로에 유지하기 위해 고품질 구성 요소가 필요하기 때문에 결코 대단한 일이 아닙니다.

하지만 일부 구성 요소가 손상되면 어떻게 됩니까? 최근 제조된 부품에 대한 대체품을 찾는 것은 비교적 쉬울 수 있지만, 20~30년 전에 만들어진 부품의 경우 공정이 복잡해집니다.

많은 경우에 철도 회사는 필요한 예비 부품의 생산이 중단되거나 제조업체가 더 이상 영업을 하지 않는 상황에 직면합니다. 필요한 예비 부품의 수가 적기 때문에 대량 생산에 적합한 전통적인 방법을 사용하여 부품을 새로 설계하고 제조하는 것은 종종 경제적으로 의미가 없습니다.

열차의 1일 가동 중지 시간 비용은 또한 상당히 높기 때문에 철도 회사는 더 빠르고 저렴한 방식으로 노후 예비 부품을 생산하는 새로운 방법을 모색하고 있습니다.

3D 프린팅은 이러한 문제를 해결할 수 있는 기술 중 하나가 되고 있습니다. 이는 디지털 제조 기술이므로 디지털 워크플로에 의존하고 부품을 생성하기 위해 금형과 같은 추가 도구가 필요하지 않습니다.

3D 프린팅이 제공하는 도구가 필요 없는 생산은 노후 예비 부품의 제조 시간을 95%까지 크게 단축할 수 있습니다. 또한 이 프로세스는 특히 부품의 원래 설계가 손실된 경우 리버스 엔지니어링과 자주 결합됩니다.

이런 식으로 철도 회사는 열차 유지 관리 프로세스의 속도를 높이고 이전보다 더 효율적으로 열차를 다시 사용할 수 있습니다.

철도 산업에서 3D 프린팅의 얼리 어답터 , Deutsche Bahn과 같이 교체품으로 3D 인쇄할 수 있는 여러 부품을 식별했습니다. 그 중에는 커피 기계 부품, 옷걸이, 핸들 커버, 머리 받침 프레임, 시각 장애인 여행자를 위한 점자 표지판 등이 있습니다. 그러나 철도 산업을 위해 3D 프린팅할 수 있는 부품 목록은 계속해서 확장되고 있습니다.

철도 산업에서 3D 프린팅을 채택하는 또 다른 동인은 지그 및 고정 장치와 같은 제조 보조 장치를 주문형으로 더 빠르게 생산할 수 있는 능력입니다. 덜 알려진 사용 사례이지만 3D 인쇄 도구는 일반적으로 기존 도구보다 가볍고 인체 공학적으로 설계되어 작업자가 사용하기 훨씬 쉽습니다.

철도 부품에 사용되는 3D 프린팅 기술

철도 산업을 위한 대부분의 3D 인쇄 예비 부품 및 도구는 FFF(Fused Filament Fabrication) 및 SLS(Selective Laser Sintering)와 같은 폴리머 첨가제 기술을 사용하여 제조됩니다. 기술은 나일론 및 ULTEM과 같은 고성능 열가소성 수지와 함께 작동하도록 최적화되어 있습니다.

열차 부품에 사용하려면 이러한 재료가 업계의 화재 안전 표준을 준수해야 합니다. 여러 회사에서 난연성 열가소성 수지를 제공하고 있습니다. 예를 들어 Stratasys는 화재 안전을 위해 철도 표준 EN45545-2를 준수하는 재료를 개발했습니다.

복합 3D 프린터 개발사인 마크포지드(Markforged)도 최근 난연성 나일론계 복합소재를 선보였다. 이 소재는 항공 우주, 자동차 및 방위 산업 외에도 철도 산업에서 3D 프린팅 응용 분야의 범위를 넓히는 것을 목표로 합니다.

철도 산업을 위해 3D 프린팅된 대부분의 부품이 폴리머 부품이지만 금속 3D 프린팅도 주목을 받고 있습니다. SLM(Selective Laser Melting) 및 Metal Binder Jetting과 같은 기술은 알루미늄, 강철 및 최근에는 티타늄과 같은 금속으로 부품을 만드는 데 가장 자주 채택됩니다.

철도 산업의 3D 프린팅 애플리케이션

Deutsche Bahn은 금속 교체 부품을 3D로 인쇄합니다.

독일 철도 회사인 Deutsche Bahn은 예비 부품에 3D 프린팅을 도입한 선구자 중 하나입니다. 지난 몇 년 동안 Deutsche Bahn은 100개 이상의 사용 사례에 AM을 사용할 수 있는 가능성을 확인했습니다. 대부분의 부품은 가용성과 관련이 있습니다. 즉, 조달이 어려워 한 달 동안 차량 가동이 중단될 수 있습니다.

이러한 부품의 한 예로 클래스 294 기관차용 휠셋 베어링 커버가 있습니다. 이 모델은 1960년대와 1970년대에 사용되었으며 이 덮개와 같은 일부 구성 요소의 예비 부품이 없습니다.

전통적으로 Deutsche Bahn은 주조 공정을 사용하여 새 부품을 생산해야 했습니다. 그러나 이 방법은 일반적으로 높은 최소 구매 수량을 포함하고 부품 배송은 몇 개월이 걸릴 수 있습니다.

AM은 이 부품을 주문형으로 더 빠르게 생성할 수 있었기 때문에 자연스러운 대안으로 등장했습니다. 이 회사는 WAAM(Wire Arc Additive Manufacturing) 기술을 사용하여 베어링 커버를 3D 프린팅한 서비스 사무소로 눈을 돌렸습니다. WAAM 공정은 와이어를 원료로 사용합니다. 와이어는 노즐을 통해 공급되고 레이어별로 최종 공작물에 용접됩니다.

무게가 13kg인 부품을 단 7시간 만에 인쇄하여 Deutsche Bahn에게 부품 증가와 같은 이점을 제공했습니다. 가용성 및 상당히 낮은 제조 비용.

Siemens Mobility:3D 인쇄 도구

지능형 교통 시스템 및 철도 기술 전문 기업인 Siemens Mobility는 RRX 철도 서비스 센터에서 3D 프린팅을 채택하여 예비 부품과 함께 복잡한 도구를 생산했습니다.

한 가지 예에서, 새로운 유지보수 창고는 기차 대차 유지보수에 사용되는 필수 커넥터 도구를 3D 프린팅했습니다(보기는 휠셋 액슬을 지지하는 섀시 또는 구조입니다). 도구는 고도의 맞춤화가 필요한 복잡한 모양을 가지고 있기 때문에 기존 방법을 사용하여 생산하기가 상당히 어렵습니다.

또한 보기의 무게는 몇 톤이므로 기차가 이동할 때 가해지는 상당한 응력을 견딜 수 있는 견고하고 내구성 있는 재료로 만들어야 합니다.

대안으로 센터 팀은 Stratasys의 FDM 기술과 산업용 등급의 ​​ULTEM 9085를 사용했습니다. 3D 프린팅을 통해 Siemens Mobility는 3D 프린팅의 맞춤형 이점을 활용하고 이를 위한 기존 제조 방법을 대체할 수 있었습니다. 도구 응용 프로그램.

회사는 또한 3D 인쇄 도구를 통해 공급업체를 통한 아웃소싱 도구에 대한 의존도를 줄이고 부품당 비용을 절감할 수 있었다고 보고합니다.

Angel Trains의 3D 프린팅 탐구

차량 리스 회사인 Angel Trains는 최근 Stratasys와 제휴하여 팔걸이, 손잡이, 등받이 테이블과 같은 기차 내부 구성 요소를 3D 프린팅할 방법을 찾고 있습니다.

선택한 구성 요소는 현재 운행 중인 여객 열차에서 시험 사용 중입니다. 지금까지 재판은 긍정적이었습니다. 예를 들어, 3D 인쇄 팔걸이를 생산하는 데 단 일주일이 소요되었습니다. 이는 기존 제조 방법을 사용할 때보다 94% 감소한 것입니다.

이 회사는 Stratasys FDM 기술과 고온 ULTEM 9085를 함께 사용하고 있습니다. 열가소성 수지, 주문형 예비 부품 3D 프린팅. 사용 중인 필라멘트는 철도 산업 표준(특히 철도 표준 EN45545-2)과 호환되며 기존 열가소성 플라스틱보다 내화성과 내구성이 더 우수하다고 합니다.

또 다른 경우에는 3D 프린팅이 도움이 되었습니다. 엔젤 트레인은 손잡이 교체품을 생산합니다. 원래 예비 부품은 쓸모가 없었고 공급업체는 문을 닫았습니다. 전통적인 방법을 사용하여 예비 부품을 만들려면 최대 £15,000의 비용과 2개월 반의 리드 타임이 발생할 수 있는 새로운 제조 도구를 생산해야 했습니다.

그러나 회사는 FDM 3D 프린팅을 사용하여 열차에 필요한 7개의 핸들을 단 3주 만에 훨씬 저렴한 비용으로 생산할 수 있었습니다.

흥미롭게도 Angel Trains는 3D 프린팅으로 새로운 맞춤화 가능성을 모색하고 있습니다. 예를 들어, 회사는 점자가 있는 등받이 테이블을 3D 인쇄하여 승객에게 좌석에서 10열 뒤에 화장실이 있음을 알릴 수 있는 기회를 찾고 있습니다.

이와 같은 애플리케이션이 성공하면 미래에 열차 서비스와 승객 경험을 크게 향상시킬 수 있습니다.

3D 프린팅 분야에서 CAF의 성과

스페인의 철도 차량, 장비 및 버스 제조업체인 CAF도 예비 부품 및 기능 부품 생산에 3D 프린팅을 사용하는 데 성공했습니다. CAF는 2016년 9월부터 컵 홀더, 라디오 브래킷, 창틀, 와이퍼 커버 및 도어 지지대를 포함하여 철도 차량에 사용하기 위해 약 2,400개의 3D 인쇄 부품을 생산했다고 합니다.

회사 또한 대규모 3D 프린팅을 사용하여 최대 수 미터 크기의 외부 부품을 생산합니다. 이러한 부품 중에는 Urbos 트램용으로 3D 인쇄된 프런트 엔드 구성 요소가 있습니다. 아마도 이 부품은 스페인 제조업체인 CNC Bárcenas에서 개발한 Super Discovery FFF 3D 프린터를 사용하여 3D 인쇄한 것 같습니다.

CAF는 3D 프린팅 기술의 주요 이점으로 다양한 치수와 복잡한 형상을 가진 부품을 생산할 수 있는 능력을 꼽았습니다. 이 회사는 구성 요소를 생산할 때 금형 및 원래 패턴에 대한 의존도를 없애고 새로운 부품의 출시 시간을 단축하는 데 도움이 된다고 말합니다.

기타 예

3D 프린팅을 탐구하기 시작한 철도 회사의 수가 증가하고 있습니다.

예를 들어, Bombardier는 철도 부품 생산을 가속화하고 맞춤화하기 위해 Stratasys 3D 프린터를 설치하도록 설정되어 있습니다. 제조업체는 이 기술을 사용하여 덕트, 하우징 및 케이블 홀더와 같은 열차 내부 및 외부 부품을 3D 프린팅할 계획입니다.

철도 및 운송 산업의 글로벌 제조업체인 Wabtec Corporation도 3D 프린팅의 대세에 뛰어들었습니다. 올 여름, 회사는 GE애디티브의 H2 바인더 제트 기술에 투자했다. Wabtec은 이미 AM으로 제조할 수 있는 제품 라인의 250개 이상의 구성 요소에 대한 사용 사례를 확인했습니다.

철도 산업의 3D 프린팅:혁신적인 영향

철도 산업에서 3D 프린팅을 사용할 때의 이점이 더욱 분명해지고 있습니다. 이 분야의 기업들은 이 기술을 구현하고, 구식 예비 부품과 툴링 및 최종 사용 구성 요소에 대한 긴 리드 타임 문제를 해결하기를 열망하고 있습니다.

그러나 위의 예는 대부분의 회사에서 3D 프린팅 여정이 이제 막 시작되었음을 보여줍니다. 기술을 최대한 활용하는 방법을 알아내려면 시간과 돈이 모두 필요합니다. 그러나 여정의 끝에서 기다리는 보상은 철도의 공급망과 서비스 운영에 혁신적이고 긍정적인 영향을 줄 것을 약속합니다.