机车制造商 Wabtec 正在使用金属增材制造来生产下一代机车零件。几个例子说明了这项技术在重量和组装时间方面的潜在节省。

关于交通未来的讨论往往集中在电动汽车 (EV)、自动驾驶汽车和电动空中出租车上——换句话说,这些车辆旨在替代主要用于个人交通的汽油动力汽车。增材制造 (AM) 因其能够创建支持燃油效率和通常装配整合的轻型几何形状而被纳入这些对话。但这些相同的好处使金属增材制造成为另一个面临“零排放竞赛”的运输行业的有吸引力的生产选择:铁路行业。

火车是一种复杂的运输方式,一个机车可能会拖曳数十辆汽车。与私人汽车不同的是,机车必须考虑前后的地形。火车的前部可能正在爬山,而后部的车厢仍在前一辆下坡。然而,铁路行业在实现可持续发展目标、减少排放和提高燃油经济性以及支持新型混合动力和全电力机车方面也面临着类似的压力。这些是增材制造可以帮助应对的挑战。

N91 的 Wabtec

Wabtec 的 N91 空间由其金属 3D 打印机主导,这是一款SLM Solutions SLM 800,构建体积为 850 × 250 × 500 mm。

我最近有机会参观了Wabtec,这是一家在该领域拥有一个多世纪历史的机车制造商,了解他们如何应用金属 3D 打印技术来支持更高效的铁路运输。这家总部位于宾夕法尼亚州的公司是第一个进入匹兹堡 Neighborhood 91生态系统的租户,该项目旨在将金属增材制造供应链的所有部分整合到一个校园中。虽然 Wabtec 在其他地方拥有增材制造能力,但其 N91 设施完全致力于通过激光粉末床熔合(LPBF;一种使用一个或多个激光器选择性地熔化粉末金属以构建零件的工艺)进行生产。

据我所知,机车是复杂的机器,可以有超过 200,000 个独特的零件。如今,许多这些组件都是单独制造的,然后焊接、钎焊或以其他方式连接在一起。整个组装过程可能需要将近一个月的时间。Wabtec 将增材制造视为一种通过整合更多这些部件来帮助减少时间的方法,以及减轻重量和提高最终车辆性能的一种方法。更轻的重量并不总是一个好处——对于货运列车来说,更重的机车可能是可取的——但对于西屋制动 N91 设施服务的主要市场——客运列车来说,这对能源效率来说是一个福音。

以下是该工厂正在生产的几个零件示例:

发动机控制底盘

发动机控制底盘

该底盘为双燃料机车(使用柴油和天然气运行的机车)的各种发动机控制计算机单元提供冷却。以前,这种底盘是通过将各种机加工零件钎焊在一起生产的;现在,使用 Wabtec 的大幅面金属 3D 打印机,可以将每一个打印成一件。该公司表示,这可以节省生产时间并显着降低组件成本。

Wabtec 制造的 3D 打印沙管

砂管

因为火车车轮和轨道都是光滑的钢,机车需要帮助才能获得牵引力。机车下方这样的管道喷射空气和沙子的混合物以产生摩擦。过去,这些零件是通过将零件弯曲和焊接在一起的耗时过程来生产的,但是 3D 打印可以很容易地只生产一个零件。还进行了设计更改(见右剖面图),以帮助减轻这些组件的重量并改善介质流动。

由 wabtec 制造的制动控制面板

制动控制面板

这种集成制动控制以前由 32 个单独的零件组装而成。改用 3D 打印使 Wabtec 可以一体生产整个面板,并将其重量从 7 公斤减至 2.3 公斤。公司现在可以更轻松地定制和更改设计,因为不需要工具;只需更改与零件相关的数字文件,就可以重新设计。

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