Aplicación destacada:Impresión 3D en la industria ferroviaria

Durante los últimos 12 meses, muchas empresas ferroviarias, incluidas Deutsche Bahn, Bombardier y Angel Trains, han invertido en impresión 3D o han aumentado sus capacidades de impresión 3D.

El 16 por ciento de las empresas del sector de la logística y el transporte utilizan ahora la impresión 3D para fabricar piezas de repuesto, según un informe reciente de EY.

¿Qué está impulsando esta adopción?

En Application Spotlight de esta semana, analizaremos los factores que impulsan la mayor adopción de la fabricación aditiva (AM) en la industria ferroviaria, además de explorar los casos de uso más interesantes.

Eche un vistazo a las otras aplicaciones cubiertas en esta serie:

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¿Por qué las empresas ferroviarias están adoptando la impresión 3D industrial?

Construir un tren no es tarea fácil, ya que requiere componentes de alta calidad para mantener el tren en la vía, generalmente durante décadas.

Pero, ¿qué sucede cuando algunos componentes se rompen? Puede ser relativamente fácil encontrar reemplazos para piezas fabricadas recientemente; sin embargo, cuando se trata de componentes creados hace 20 o 30 años, el proceso se vuelve complicado.

En muchos casos, las empresas ferroviarias se enfrentan a una situación en la que la producción de las piezas de repuesto que necesitan se ha interrumpido o cuando los fabricantes ya no operan. Dada la pequeña cantidad de repuestos necesarios, diseñar la pieza de nuevo y fabricarla, utilizando métodos tradicionales adaptados a la producción de alto volumen, a menudo no tiene sentido económico.

El costo de tiempo de inactividad por día para un tren es también bastante alto, lo que lleva a las empresas ferroviarias a buscar nuevas formas de producir repuestos obsoletos de una manera más rápida y económica.

La impresión 3D se está convirtiendo en una de las tecnologías que pueden resolver estos problemas. Es una tecnología de fabricación digital, lo que significa que se basa en flujos de trabajo digitales y no requiere herramientas adicionales, como moldes, para crear una pieza.

La producción sin herramientas, que ofrece la impresión 3D, puede reducir significativamente el tiempo de fabricación de repuestos obsoletos, en algunos casos hasta en un 95%. El proceso también se combina con frecuencia con la ingeniería inversa, particularmente cuando se ha perdido el diseño original de una pieza.

De esta manera, las empresas ferroviarias pueden acelerar el proceso de mantenimiento del tren, haciendo que los trenes vuelvan a utilizarse de manera más eficiente que antes.

Los primeros en adoptar la impresión 3D en la industria ferroviaria , como Deutsche Bahn, han identificado varias piezas que se pueden imprimir en 3D como reemplazo. Entre ellos se encuentran repuestos para máquinas de café, percheros, fundas para volantes, marcos de reposacabezas e incluso letreros en Braille para viajeros ciegos. Sin embargo, la lista de piezas que se pueden imprimir en 3D para la industria ferroviaria se expande continuamente.

Otro impulsor de la adopción de la impresión 3D en la industria ferroviaria es la capacidad de producir ayudas de fabricación como plantillas y accesorios, más rápido y bajo demanda. Aunque es un caso de uso menos publicitado, las herramientas impresas en 3D suelen ser más livianas que las contrapartes tradicionales y pueden diseñarse ergonómicamente, lo que proporciona una mayor facilidad de uso para los trabajadores.

Tecnologías de impresión 3D utilizadas para piezas ferroviarias

La mayoría de las piezas de repuesto y herramientas impresas en 3D para la industria ferroviaria se fabrican utilizando tecnologías de aditivos poliméricos, como la fabricación de filamentos fundidos (FFF) y la sinterización selectiva por láser (SLS). Las tecnologías están optimizadas para trabajar con termoplásticos de alto rendimiento, como nailon y ULTEM.

Para ser utilizados en componentes de trenes, estos materiales deben cumplir con los estándares de seguridad contra incendios de la industria. Varias empresas ofrecen termoplásticos ignífugos. Stratasys, por ejemplo, ha desarrollado un material que cumple con la norma ferroviaria EN45545-2 para seguridad contra incendios.

Markforged, un desarrollador de impresoras 3D compuestas, también ha introducido recientemente un material compuesto a base de nailon retardante de llama. El material tiene como objetivo ampliar la gama de aplicaciones de impresión 3D en la industria ferroviaria, además de las industrias aeroespacial, automotriz y de defensa.

Si bien la mayoría de las piezas impresas en 3D para la industria ferroviaria son de polímero, la impresión 3D de metal también está ganando terreno. Las tecnologías como la fusión selectiva por láser (SLM) y la inyección de aglutinantes metálicos se adoptan con mayor frecuencia para fabricar piezas con metales como el aluminio, el acero y, más recientemente, el titanio.

Aplicaciones de impresión 3D en la industria ferroviaria

Deutsche Bahn imprime en 3D una pieza de repuesto de metal

La empresa ferroviaria alemana, Deutsche Bahn, ha sido una de las pioneras en adoptar la impresión 3D para piezas de repuesto. En los últimos años, Deutsche Bahn ha identificado las posibilidades de utilizar AM para más de 100 casos de uso. La mayoría de las piezas son relevantes para la disponibilidad, lo que significa que pueden ser difíciles de adquirir, lo que provoca un tiempo de inactividad del vehículo durante un mes.

Un ejemplo de una pieza de este tipo es una tapa de cojinete de juego de ruedas para una locomotora de la Clase 294. Este modelo se puso en servicio en las décadas de 1960 y 1970, y faltan repuestos para algunos componentes, como esta cubierta.

Tradicionalmente, Deutsche Bahn necesitaba producir una nueva pieza mediante un proceso de fundición. Sin embargo, este método normalmente implica cantidades mínimas de compra elevadas y la entrega de las piezas puede tardar varios meses.

AM apareció como una alternativa natural, ya que fue capaz de crear esta pieza más rápido y bajo demanda. La compañía recurrió a una oficina de servicios, que imprimió en 3D una cubierta de cojinete utilizando tecnología Wire Arc Additive Manufacturing (WAAM). El proceso WAAM utiliza alambre como materia prima. El alambre se alimenta a través de una boquilla y se suelda, capa por capa, en la pieza de trabajo final.

La pieza, que pesa 13 kg, se imprimió en solo 7 horas, lo que proporcionó a Deutsche Bahn beneficios como el aumento de piezas disponibilidad y costes de fabricación considerablemente más bajos.

Siemens Mobility:herramientas impresas en 3D

Siemens Mobility, una empresa especializada en sistemas inteligentes de tráfico y tecnología ferroviaria, ha adoptado la impresión 3D en su RRX Rail Service Center para producir herramientas complejas, además de repuestos.

En un ejemplo, el nuevo depósito de mantenimiento ha impreso en 3D una herramienta de conexión esencial utilizada en el mantenimiento de bogies de trenes (el bogie es el chasis o estructura que soporta el eje del juego de ruedas). Es bastante difícil de producir utilizando métodos convencionales, porque la herramienta tiene una forma compleja que requiere un alto grado de personalización.

Además, los bogies pesan varias toneladas, por lo que deben estar fabricados con materiales robustos y duraderos que resistan los importantes esfuerzos que se ejercen durante la marcha del tren.

Como alternativa, el equipo del centro utilizó la tecnología FDM de Stratasys y una ULTEM 9085 de grado industrial. La impresión 3D permitió a Siemens Mobility aprovechar los beneficios de personalización de la impresión 3D y reemplazar los métodos de fabricación tradicionales para esto. aplicación de herramientas.

La compañía también informa que las herramientas impresas en 3D les ayudaron a reducir su dependencia de las herramientas de subcontratación a través de proveedores y también a reducir el costo por pieza.

Exploración de la impresión 3D de Angel Trains

La empresa de arrendamiento de material rodante, Angel Trains, se ha asociado recientemente con Stratasys para imprimir en 3D los componentes del interior del tren, como apoyabrazos, agarraderas y mesas de respaldo.

Los componentes elegidos se están probando ahora en trenes de pasajeros en servicio. Hasta el momento, el juicio ha sido positivo. Por ejemplo, la producción del reposabrazos impreso en 3D tomó solo una semana, una disminución del 94% en comparación con el uso de métodos de fabricación convencionales

La compañía está utilizando la tecnología Stratasys FDM, en combinación con ULTEM 9085 de alta temperatura. termoplástico, para imprimir piezas de repuesto en 3D bajo demanda. Se dice que el filamento en uso es compatible con los estándares de la industria ferroviaria (el estándar ferroviario EN45545-2, en particular) y tiene una mayor resistencia al fuego y durabilidad que los termoplásticos tradicionales.

En otro caso, la impresión 3D ayudó Angel Trains para producir reemplazos de agarraderas. Las piezas de repuesto originales estaban obsoletas y el proveedor había cerrado. La creación de una pieza de repuesto, utilizando un método tradicional, habría requerido la producción de una nueva herramienta de fabricación, lo que podría generar costos de hasta £ 15,000 y plazos de entrega de dos meses y medio.

Sin embargo, el uso de la impresión FDM 3D permitió a la empresa producir las siete asas necesarias para los trenes, en solo tres semanas y por un costo significativamente menor.

Curiosamente, Angel Trains también está explorando nuevas posibilidades de personalización con la impresión 3D. Por ejemplo, la compañía está estudiando la oportunidad de imprimir en 3D las mesas del respaldo de los asientos con braille, informando al pasajero que el inodoro está a diez filas de su asiento.

Si tiene éxito, aplicaciones como esta podrían mejorar significativamente el servicio de los trenes y la experiencia de los pasajeros en el futuro.

Logros de CAF en impresión 3D

CAF, fabricante español de vehículos, equipos y autobuses ferroviarios, también ha logrado utilizar la impresión 3D para la producción de repuestos y componentes funcionales. Desde septiembre de 2016, se dice que CAF ha producido alrededor de 2400 piezas impresas en 3D para su uso en su material rodante, incluidos portavasos, soportes de radio, marcos de ventanas, fundas de limpiaparabrisas y soportes de puertas.

La empresa también utiliza la impresión 3D a gran escala para producir piezas externas que miden hasta varios metros. Entre esas piezas se encuentra un componente frontal, impreso en 3D para un tranvía Urbos. Presumiblemente, la pieza se imprimió en 3D utilizando una impresora 3D Super Discovery FFF, desarrollada por el fabricante español CNC Bárcenas.

CAF nombra la capacidad de producir piezas, con diferentes dimensiones y geometrías complejas, como un beneficio clave de las tecnologías de impresión 3D. La compañía dice que les ayuda a romper la dependencia de moldes y patrones originales al producir componentes, reduciendo el tiempo de comercialización de una nueva pieza.

Otros ejemplos

Está creciendo el número de empresas ferroviarias que comienzan a explorar la impresión 3D.

Por ejemplo, Bombardier está configurado para instalar una impresora 3D Stratasys para acelerar y personalizar la producción de piezas de riel. El fabricante planea utilizar la tecnología para imprimir en 3D piezas de trenes interiores y exteriores, como conductos de aire, carcasas y sujetacables.

Wabtec Corporation, un fabricante global para las industrias ferroviaria y de tránsito, también se ha subido al tren de la impresión 3D. Este verano, la empresa invirtió en la tecnología de chorro de aglutinante H2 de GE Additive. Wabtec ya ha identificado casos de uso para hasta 250 componentes en sus líneas de productos, que se pueden fabricar con AM.

Impresión 3D en la industria ferroviaria:un impacto transformador

Los beneficios de utilizar la impresión 3D en la industria ferroviaria son cada vez más evidentes. Las empresas del sector están ansiosas por implementar la tecnología, para abordar problemas con repuestos obsoletos y largos plazos de entrega para herramientas y componentes de uso final.

Sin embargo, los ejemplos anteriores muestran que para la mayoría de las empresas el viaje de la impresión 3D solo ha comenzado. Les llevará tiempo y dinero descubrir cómo utilizar la tecnología en su máximo potencial. Pero la recompensa que espera al final del viaje promete generar un impacto transformador y positivo en las cadenas de suministro y las operaciones de servicio del ferrocarril.