3D 打印技术在铁路行业的应用

1 引言

增材制造（Additive Manufacturing，AM），也称3D打印，是一种快速成型技术，应用该技术可对许多零件进行低成本的结构改进，并使之更快地投入使用，从而解决零件供应紧张的问题，显著提高相关系统的可用性。目前，该技术已在各行业得到应用，其在铁路行业的附加值也不断上升。

奥地利联邦铁路公司（ÖBB）作为奥地利最大的铁路运输服务供应商，每年运输超过4.69亿乘客及1.2 亿 t货物，其铁路线网上每天运行6 500多列列车（图 1）。为使铁路车辆及基础设施顺畅运转，必须有充足的零件储备作为保障。为此，ÖBB技术服务子公司（ÖBB-TS）

每年收到超过237 000份备件订单，大至轮对、车体护板，小到按钮、螺栓，任何零件的失灵都有可能导致列车故障。备件来源为不同的车辆制造商、备件供应商，以及该公司自有的5个大型备件生产车间。随着技术的不断发展，铁路车辆、基础设施零件的更新换代也日益加速，导致一些零件难以在市场上找到替代品，而用传统方法生产又会大幅提高成本。为在保证备件100%可用性的同时降低生产成本，ÖBB-TS引入3D打印技术，其购买的第一台3D打印设备为熔丝制造法（FFF）3D打印机，目前已有15台3D打印设备投入生产。

本文将对ÖBB-TS在3D打印技术应用方面的实践与经验进行介绍。

2 3D 打印技术概述

3D打印技术是融合计算机辅助设计、材料加工与成型技术，以数字模型文件为基础，通过软件与数控系统将专用的金属、非金属及医用生物材料，采用挤压、烧结、熔融、光固化、喷射等方式逐层堆积，制造出实体物品的制造技术。该技术与对原材料进行去除、切削、组装的传统加工模式不同，是一种“自下而上”通过材料累加实现物件成型的制造方法，可摆脱传统制造方式的制约，完成复杂结构件的制造生产。

3D打印技术的优点如下。

（1）可以打印各种复杂的三维形状，使设计者能够自由地创造出比传统替代品性能更好或成本更低的部件。

（2）不需要模具，可省去耗时的模具制造和加工操作，加快产品的开发和生产，为大规模定制铺平道路。

（3）可按需生产零件，实现在短时间内的备件快速提供和更换，减少对备件库存的需求，因此无需保留大型备件存储仓库，从而大幅节省仓储开支、简化产品的维护工作。

3 3D 打印技术应用实践

最初，ÖBB-TS只能现场打印非常小的塑料零件，因为欧洲铁路行业的防火标准非常严格，并且当时可用于大型备件打印且通过防火认证的材料稀缺。后来，随着专门针对各应用领域、符合EN 45545《轨道车辆的防火保护》系列标准要求的材料的开发，大型备件3D打印应用案例不断增多，目前已有3 500多个由不同金属合金制成的备件通过3D打印技术生产出来。欧洲铁路行业的各种应用案例表明，3D打印技术已经达到了生产安全相关部件所需的成熟度。未来，其将在具有防火认证的复合材料及新型金属合金材料备件生产领域有进一步发展的空间。

为推广3D打印技术，使其更适应各领域、各专业的需求，ÖBB-TS针对ÖBB管辖的各区段、各部门、各专业工作人员进行需求调查，向其展示相关领域的应用可能性，并根据其需求量身定制3D打印解决方案。这是一项复杂的工作，因为每个区段、每列列车、每个零件对3D打印生产均有不同的要求，有的强调生产辅助设备的开发，有的重视备件生命周期的延长等。

ÖBB-TS还加强与供应商、合作伙伴的合作，并从铁路运营部门和维修人员处获悉已安装零件的薄弱环节，这些信息是上述机构和人员在日常工作中发现并总结的，制造商无法凭借自身经验获得。此举措具有以下积极意义：在产品开发方面，可根据这些信息，对相关零件进行优化，从而大幅节省开发成本（图2）；在维护方面，零件的优化可减小发生故障的概率，降低备件的采购成本，从而确保铁路更高效地运营。

为提高生产效率，ÖBB-TS通过引入5S（即整理、整顿、清扫、清洁、素养）、CIP（即不断改进流程）车间和价值流分析等精益管理方法，对3D打印技术流程中的待改进方面进行持续分析和优化；此外，还对生产场所进行改善，使其安全、有序、符合人体工程学要求，从而为员工创造更好的工作环境，提高其工作效率。

4 结语

ÖBB-TS将3D打印技术引入铁路相关设备设施生产领域，发起了一场面向未来的变革，并积极推动创新，从单纯的用户发展成为该领域的技术领导者。其在该领域的实践也为业内其他企业的相关发展提供了参考和借鉴。