השינוי האסטרטגי לקראת ייצור תוספתי בתחנות רכבת

רשתות הרכבות המודרניות פועלות תחת לחץ עצום לשמור על טוהר, בטיחות, ויעילות עלות.עם תשתיות ההזדקנות באזורים רבים ולהגדיל את הביקוש לשירותי הובלה ונוסעים, הצורך בהחלפת רכיב מהיר ואמינה מעולם לא היה גדול יותר. שרשראות אספקה מסורתיות עבור חלקי חילוף רכבת לעתים קרובות איטי, להסתמך על תהליכי ייצור מורשת, מחסנים מרכזיים, צינורות לוגיסטיים ארוכים.

ייצור אדקטיבית - הידוע בדרך כלל כדפסת תלת מימד - צמח כחלופה משכנעת שמקצרת את ציר הזמן הזה באופן דרמטי.על ידי כך שהיא מאפשרת ייצור של חלקים ישירות במחסנים תחזוקה או אפילו על כלי רכב בשירות לוח, מפעילי הרכבות יכולים להפחית את זמן השבת, slash מלאי נושא עלויות, ולהגיב דינמי לכישלונות לא צפויות.

על פי מחקר של ההרחבה:0 (הפורטו על מגמות טכנולוגיית הרכבות) , אימוץ הדפסה תלת-ממדית במגזר הרכבות הוא מאיץ ככל שהמדע החומרי מתקדם ומסגרות רגולטוריות מסתגלות לא רק טקטיקה של חיסכון בעלויות אלא גם חשיבה יסודית של האופן שבו ארגוני הרכבות מנהלים את מחזור החיים הפנוי שלהם ואת החוסן התפעולי שלהם.

מקרה כלכלי ומבצעי להדפסה של On-Demand 3D

מלחמה מסורתית של חלקי חילוף רכבת היא יקרה.אופרות חייבות לצבור אלפי SKUs ייחודיים על פני מספר רב של מחסנים כדי לכסות כל תרחיש אפשרי של כשלים.רבים מהחלקים האלה הם פריטים נמוכים אשר עשויים לשבת על המדף במשך שנים לפני שיש צורך, לכווץ הון וצריכת שטח קומה יקר.

הדפסה תלת מימדית הופכת את המודל הזה על ראשו.במקום אחסון חלקי גוף, מפעילי מאחסנים קבצים עיצוב דיגיטלי.כאשר רכיב נכשל, הקובץ הוא משחזר, מאומת, ונשלח למדפסת.החלק מיוצר באופן מקומי, לעתים קרובות בתוך שעות, והתקין אותו יום.

(ב) עלות הנהגים כי כתובות הדפסה תלת-ממדיות כוללות: ההרחבה 1

  • (FLT:0) ,Eliminated מינימום סדר כמויות: FIRLT:1 בניגוד לתבניות הזריקה או ליהוק, הדפסה 3D אין עלויות כלי ואין גודל אצווה מינימלי. חלק אחד עולה בערך אותו ליחידה כאלף.
  • (FLT:0) הוצאות לוגיסטיקה מופצות: FLT:1 חלקים המיוצרים על-ידי תשלום משלוח, עיכובים מכס וביטוח מטען.עבור מפעילי בינלאומיים, זה יכול להפחית עלויות של עד 40-60 אחוזים.
  • (FLT:0) מלאי שללומר נושא עלויות:FLT:103 עם מלאי דיגיטלי, עלות הנושאת של מלאי פיזי - ביטוח, אחסון, obsolescence - הוא במידה רבה מסולק.
  • (FLT:0)Faster חוזר לשירות: FLT:1 ההשפעה הכלכלית המשמעותית ביותר מופחתת כלי רכב בירידה.רכבת חוזרת לשעות שירות או שבועות לפני כן מייצרת הכנסות ומונעת עונשים.

מעבר לעלויות, ייצור לפי דרישה משפר את החוסן.במקרה של הפרעות שרשרת האספקה - בין אם מאירועים גיאופוליטיים, אסונות טבע או התמוטטות הקשורות למגיפה - מפעילי עם יכולת הדפסה תלת מימדית מלוטשים נגד מחסור.הם יכולים להמשיך להפעיל שירות בעוד המתחרים מחכים למשלוחים בחו"ל.

קרנות טכניות: חומרים ותהליכים עבור רכבת-Grade 3D הדפסה

לא כל טכנולוגיות ההדפסה התלת מימד מתאימות לרכיבי רכבת.סביבה התפעולית תובענית: חלקים חייבים לעמוד בתנודות, קיצוניות טמפרטורה, לחות, חשיפה ל-UV, ועומסים מכניים שונים ברציפות.

קטגוריות חומריות ליישומים לרכב

  • (FLT:0) חומרים thermoplastics בעלי ביצועים גבוהים: FLT:1 חומרים כגון polyether ether ketone (PEEK), פוליתאתריד (ULTEM), ופולימיד 12 (nylon) מציעים כוח מכני מעולה, התנגדות כימית ויציבות תרמית.אלה משמשים עבור תכונות פנימיות, מדריכי כבל, רכיבי אוויר, ו- unstructural bratry.
  • (FLT:0)Carbon-fiber-reinforced Complexs:FLT:1 על ידי הטמעת סיבים פחמן קצרים או רצופים לתוך מטריצה תרמופלסטית, יצרנים להשיג יחסים קשיחות למשקל גישה לאלומיניום.
  • (FLT:0 סגסוגת מטל:0) סגסוגת: 1FLT 1 לייזר מתכת ישיר חטא (DMLS) ואלקטרון beam נמס (EBM) מייצרים חלקים בפלדה אל-חלד, טיטניום, אלומיניום, וסופר-על מבוסס ניקל.אלה מתאימים להפיכה, שסתום, מלוטשים, החלפת חום ורכיבים אחרים בעלי מתח גבוה שצריכים לעמוד בסטנדרטים בטיחותיים.
  • (FLT:0) כלכלנים וחומרים גמישים: FIRLT:1 ; Thermoplastic פוליurethane (TPU) וחומרים דמויי סיליקון משמשים עבור כלי נשק, חותמות, לחות רטט וטרים פנימיים הדורשים גמישות.

תהליכי הדפסה שולטים בתעשיית הרכבות

שני תהליכים צברו את התווך ביותר בתחזוקת הרכבות.Fuse filament fabrication (FFF) הוא החסכוני ביותר, מתאים לתרמופלסטיקה וחומרים מורכבים.זה פרוס באופן נרחב בהגדרות מחסניות עבור חלקים לא קריטיים למחצה.אבקת היתוך (PBF), הן עבור פולימרים ומתכות, מציע דיוק גבוה יותר, תכונות מכניות טובות יותר, ואת היכולת לייצר רכיבי גיאומטרי מורכבים כי לא ניתן להשתמש ברכיבים קריטיים.

מחקר שפורסם על ידי ה- 0 ;0) כתב העת ייצור מתורבת של ייצור 1 (Additive Manufacturing Journal of ReveFLT:1) מדגיש כי השלבים שלאחר עיבוד כגון אנמנלינג, לחץ עז והשלמת פני השטח נדרשים לעתים קרובות להביא חלקי רכבת מודפסים למפרט מלא.

יישומים אמיתיים ברחבי העולם ב-Switchreting Stock and Infrastructure

היקף הרכיבים המתוקצבים במסילות רכבת מתרחב במהירות.בעוד שמאמצים מוקדמים התמקדו בחלקים פנימיים בסיכון נמוך, הפריסה הנוכחית מכסה מגוון רחב של יישומים פונקציונליים ומבניים.

הרולינג סטוק קומונס

  • (FLT:0 ⁇ פנים של קבבין:FLT:1 מגשים ים, מעל פניות בינאריות, כריות יד, חלונות מקיפים, ורכיבי לב מודפסים באופן שגרתי בתרמופלסטים של להבה.
  • (FLT:0) מחסנים חשמליים ומחברים: ריצוף 1:1 תיבות צומת המכס, משלח דיור ומדריכי חיפוש ניתן להדפיס על הביקוש כאשר מקוריים פגומים או מיושנים.
  • (FLT:0)HVAC ducting ו-vents:03FLT ( 1 מורכב duct Geometries שקשה לעצב או לדחוק עם מתכת גיליון הם אידיאליים עבור הדפסה תלת מימדית, משקל אור, corrosion-resistant ducts לשפר את זרימת האוויר ולהפחית משקל.
  • (FLT:0Brake:) רכיבי מערכת: 1FLT (בשעה שעמודי בלם ורוטורים נשארים מחוץ ליכולות ההדפסה הנוכחיות בשל מגבלות תרמיות ולבוש, חלקים נינומטיים ומכניים רבים במערכת ההפעלה הבלמה - גופים שסתום, צבים, צבים, מברגים - מיוצרים כעת במתכת.

תשתיות ורכיבה - Side Equipment

  • (FLT:0) חלוקת דיור וצמחים: אנדרל 1 (דרך אגב) משתמשת לעתים קרובות בשקיות ובמכלים מותאמים אישית, אשר חייבים לעמוד בחשיפה חיצונית.
  • (FLT:0)Platform ותיקון התחנה: ibph:1 , Handrails, אלמנטים ריצוף tactile, חרטות חותם, וסיוע נגישות ניתן להדפיס באופן מקומי כדי להתאים ממדים ספציפיים התחנה.
  • (FLT:0) כלי תחזוקה וג'יגס: ההרחבה 1 (אולי התגמול המהיר ביותר מגיע מכלים מותאמים להדפסה, תיקונים באסיפה, ומדפי בדיקה.אלה מודפסים בשעות, בשימוש מיידי, נזרקים או ממוחזרים כאשר לא צריך יותר, ביטול כלי אחסון והמשך הלאה.

אחד ממפעילי הרכבות האירופאיים דיווח כי כמעט 15% מהבקשות של חלקי חילוף החומרים הקשורים לתחזוקה ניתן להשלים באמצעות הדפסה תלת-ממדית, עם ירידה ממוצעת של 58 אחוזים בהשוואה למקבילות מקורן באופן מסורתי.

רכבת 3D הדפסה של עיבוד: מקובץ דיגיטלי כדי להתקין חלק

יישום הדפסה 3D בסביבת תחזוקה של רכבת דורש יותר מאשר רכישת מדפסת.התרחשות מקצה לקצה כרוכה במספר שלבים נפרדים, שכל אחד מהם חייב להיות מנוהל עם אותו חומר כמו כל תהליך תחזוקה אחר.

(FLT:0)Stage 1: Part Identification ו- Digitization.FLT:1 צוותים של תחזוקה לזהות רכיבים כי הם לעתים קרובות מחוץ למניה, יש זמנים מובילים ארוכים, או באים ספקים מופסקים.כל אחד מהמועמדים הוא סרו באמצעות לייזר 3D או סורקי אור מובנים, או הפוך מציורים קיימים.

(FLT:0)Stage 2: עיצוב ייצור אדקטיבית (DFAMIRLT:1 פשוט העתקה של עיצוב מורשת רק לעתים רחוקות מניב תוצאות אופטימליות. Components מעוצבים מחדש כדי לנצל יכולות הדפסה תלת-ממדיות - איחוד חלקים מרובים לתוך הדפסה אחת, הוספת מבני lattice פנימיים כדי להפחית במשקל, אופטימיזציה של מיקום חומרי עבור מסלולי עומס, ושילוב תכונות כי לחסל את השלבים משניים.

(FLT:0)Stage 3: תהליך בחירה ו-Fileification.Build.cioFLT) 1 עבור כל חלק, טכנולוגיית המדפסת המתאימה וחומר נבחרים על בסיס דרישות פונקציונליות, חשיפה סביבתית ומעמד רגולטורי. קופונים בדיקות חומריות מודפסים לצד חלקי ייצור כדי לאמת תכונות מכניות עבור כל אצווה.

(FLT:0)Stage 4: הדפסה ופוסט-Processing.FLT:1 חלקים מודפסים בתנאים מבוקרים, עם פרמטרים שנרשמו עבור מעקבים.פוסט עיבוד עשוי לכלול תמיכה להסרת, טיפול חום, סיום ובדיקה ממדית.

(FLT:0)Stage 5: הסמכה ותקנה.FLT:1 חלקים מודפסים מתויגים עם מזהים ייחודיים המקשרים אותם לקובץ הדיגיטלי שלהם, חומר רב, תוצאות הבדיקה. עבור רכיבים מוסמכים, העקביות הזו חיונית לציות רגולטוריות.

מקרה: החלפת מהירה בפעולה

בפרויקט שנערך לאחרונה, צוות תחזוקה של רכבת נתקל בבעיה קריטית כאשר רכבת פגומה נזקקה להחלפה דחופה.ההפיכה - אסיפה מכנית מורכבת שהצטרפה לשתי מסילות רכבת - נשברה בנקודה מבהילה, מה שהופך את הרכב לא בטוח לתפעול.יצרן הציוד המקורי ציטט זמן מוביל בן 23 ימים ועלות ענישה של 4,800 יורו, עם מינימום של חמש יחידות לא היה מפעיל יד.

במקום לחכות, הצוות השתמש בהנדסה הפוכה כדי ליצור מודל דיגיטלי של השקע הכושל בתוך 48 שעות, אבטיפוס פונקציונלי הודפס ב 316L נירוסטה באמצעות מערכת היתוך של אבקת מתכת.לאחר אימות ממדי ובדיקות מכניות - כולל עשרות ועייפות בדיקות כי עלה את הסימון המקורי - החלק היה ברור עבור התקנת הניסוי.

בעקבות הניסוי המוצלח, המפעיל הוסיף את החלק למלאי הדיגיטלי שלו וכעת הדפסת לוחות החלפת כפי שנדרש, שמירה על מלאי נומינאלי של שני חסמים בכל עת.במקרה זה ממחישה את הפוטנציאל הטרנספורמציי של ייצור התוסף כאשר הוא מיושם על נקודות כאב מבצעיות אמיתיות.

סודיות ונתיבי הסמכה

תעשיית הרכבות מוסדרת מאוד, ומסיבה טובה, כשלים יכולים להיות השלכות קטסטרופליות.אימוץ הדפסה תלת-ממדית עבור רכיבים קריטיים בטיחות דורש ניווט נוף הסמכה מורכב המשתנה על ידי סמכות שיפוטית.

מסגרת התפטרות נוכחית

באירופה, סוכנות האיחוד האירופי למסילות רכבת (ERA) מפקחת על יכולת הדדית והסמכת בטיחות.עבור חלקים המיוצרים באופן תוספתי, המסגרת הקיימת לאישור חלקים שונים או חלופיים חלים.היצרנים חייבים להוכיח שוויון בתכנון המקורי באמצעות בדיקות חומריות, אימות תלת מימדי ואימות בשירות.

בצפון אמריקה, מנהל הרכבות הפדרלי (FRA) ואגודת הרכבות האמריקאיות (AAR) קובע סטנדרטים.מדריך ה- AAR של התקנים ופרקטיקה מומלצת (MSRP) מכסה חומרים ואבטחת איכות. מספר גדל והולך של חלקים עכשיו מתייחס במפורש תהליכי ייצור תוספת, מתן מסלול ברור יותר לאישור.

(ב) ,0) שיקולים של אישורים כוללים:

  • (FLT:0) שוויון אווירי: FLT:1 חומרים מודפסים לעתים קרובות יש מיקרו-מבנה ו anisotropy שונה בהשוואה לחומרים מסובכים או יציקים.
  • (FLT:0) אישור: FLT:1חיקוי חייב להיות מיוצר על ידי פרמטרים מאומתים.מכונה calibration, בקרה סביבתית, ואת הסמכה המפעילה הם חלק מההיקף ההסמכה.
  • הערכה לא הרסנית: FLT:1 עבור חלקים קריטיים בטיחות, 100% בדיקה באמצעות טכניקות כגון tomography (CT) או אולטרסאונד בשלב זה הוא לעתים קרובות חובה לזהות פגמים פנימיים.
  • (FLT:0) ניטור שירות: FLT:1 חלקים מודפסים מאולתרים עשויים להיות כפופים לבדיקה תכופה יותר במהלך הפריסה הראשונית לאיסוף נתונים שדה ולאמת ביצועים לטווח ארוך.

הגופים התעשייתיים כגון ASTM International ו-ISO פרסמו סטנדרטים ספציפיים לייצור תוספים בתחבורה.FLT:0ASTM F42FLT:1 ו- ISO/TC 261 הם הועדות העיקריות שמניעות סטנדרטיזציה, והתפוקה שלהם מופנית יותר ויותר על ידי הרגולטורים של הרכבות.

אסטרטגיות ליישום עבור מפעילי רכבת

ארגונים המבקשים לאמץ הדפסה תלת-ממדית עבור תחליף רכיב צריכים לגשת לשינוי באופן שיטתי. בהתבסס על הניסיון של מאמצים מוקדמים, כמה אסטרטגיות מופיעות כגורמי הצלחה קריטיים.

התחל עם נמוך-Risk, High-Volume Parts

נקודת הכניסה היעילה ביותר היא לזהות רכיבים שאינם קריטיים, יש ביקוש צפוי, והם יקרים או איטיים כיום למקור. חלקי טרים פנימיים, קליפים בכבלים וכלים תחזוקה הם מועמדים אידיאליים.הצלחה עם חלקים אלה בונה אמון ארגוני ו מצדיק השקעה בציוד ואימון.

בניית ספריית חלקים דיגיטליים

הערך האמיתי של ייצור תוספים הוא במלאי הדיגיטלי.אופרות צריכות להשקיע בסריקה תלת-ממדית ויכולות הנדסה לאחור כדי לדיגיטליג את חלקי המורשת לפני שהספקים יפסיקו אותם.כל קובץ דיגיטלי צריך להיות מלווה מפרטים חומריים, קריטריונים בדיקה ומעמד אישור. ספרייה מרכזית מונעת שכפול של מאמץ ומבטיחה עקביות על פני מחסנים.

פיתוח מומחיות בבית

הדפסה תלת מימדית בסביבה מוסדרת דורשת אנשי צוות מיומנים אשר מבינים חומרים מדע, פרמטרים תהליכים ואבטחת איכות.צוותי ייצור תוספים ייעודיים - או שותפויות עם משרדי שירות מיוחדים - הם חיוניים. הרבה מפעילי מובילי הקימו מרכזי חדשנות המשרתים כמרכזים לפיתוח תהליכים והכשרה.

« « « מוקדם

עבור יישומים קריטיים בטיחות, מעורבות מוקדמת עם גופי רגולציה היא חיונית.אופרות המגישות חבילות הסמכה באופן יזום - במקום לחכות לביקורת - בדרך כלל למצוא את תהליך האישור חלקה יותר.מחיש מערכת ניהול איכות חזקה ומסגרת מעקב מאיץ קבלה.

ערך בינוני וחיבור

כדי להבטיח השקעה מתמשכת, המפעילים חייבים לעקוב אחר אינדיקטורים ביצועיים מרכזיים: חיסכון בעלויות לכל חלק, צמצום זמן מוביל, צמצום מלאי ושיפור זמן.מדדים אלה צריכים להיות מדווחים באופן קבוע כדי להפגין חזרה על ההשקעה ולזהות את גל חלקי המועמד הבא.

טכנולוגיות מתפתחות על Horizon

מצב האמנות בייצור התוספים ממשיך להתקדם, וכמה טכנולוגיות מתפתחות מבטיחות לשפר עוד יותר את היכולות הזמינות למפעילי רכבת.

(FLT:0)Large-format 3D הדפסה הדפסה 1D באמצעות זרועות רובוטיות ו- truders extruders מאפשר ייצור של רכיבים עד כמה מטרים בגודל.זה פותח את הדלת לתבניות גוף הדפסה, ירידים ואפילו אלמנטים מבניים של מסילות רכבת. בעוד עדיין ניסיוני עבור רכבת, הדפסה בפורמט גדול שימש בהצלחה במגזרי הים והבניה.

(FLT:0) מרבי-חומרי ומדורגת-חומרי (Mattual PrintFLT) 1:1 מאפשר חלק אחד לשלב אזורים עם תכונות שונות - קשיחות היכן צורך כוח, גמישות כאשר רטט נדרש.

(FLT:0) הדפסה: FLT:1 הרעיון של מינוף כלי רכב תחזוקה של הכביש או אפילו רכבות נוסעים עם מדפסת 3D קומפקטי נחקר.עבור מסלולים למרחקים ארוכים או קווים מרוחקים, היכולת להדפיס חלק חלופי בעוד נתיב זה יכול כמעט לחסל את הזמן עבור סוגים מסוימים של כישלונות.

(FLT:0) אופטימיזציה עיצובית מונחה על ידי התעשייה: FLT:1Buildive designאלגוריתמים יכולים לייצר כעת אלגוריתמים קלים, גבוהים יותר, כי אף מהנדס אנושי לא יחשוב. בשילוב עם החופש הגיאומטרי של הדפסה תלת מימדית, כלים אלה מאפשרים לחלקים שהם 30–50 אחוזים בהיר יותר מאשר המקבילים המיוצרים באופן מסורתי, לתרום חיסכון דלק והמסלול מופחת.

ככל שהטכנולוגיות הללו בוגרות, הגבול בין ייצור קונבנציונלי לייצור תוספים יטשטש.מפעילי הרכבות שמשקיעים כיום ביכולות, בסטנדרטים ובמיומנויות כוח העבודה יהיו ממוקמים היטב כדי ללכוד את הערך המלא של טרנספורמציה זו.

מסקנה: עתיד אחזקת הרכבת הוא תוספת

השימוש בדפוס תלת מימדי להחלפת רכיבי רכבת מהירה עבר מעבר לפרויקטים של טייס וניסויים מוקדמים.זהו אסטרטגיה מבצעית מוכחת המספקת הטבות למדידה בעלות, מהירות, וחוסן. מסרטונים פלסטיים קטנים ועד לחבטי מתכת קריטיים, ייצור תוספת מעצב מחדש את שרשרת האספקה של חלקי חילוף החומרים ומאפשר מפעילי רכבת לשמור על רמות שירות שהיו קשות להשיג לפני עשור.

הסביבה הרגולטורית מתאימה, החומרים משתפרים, והעלות של מדפסות ברמה תעשייתית ממשיכה לרדת.עבור מפעילי הרכבות וארגונים תחזוקה, השאלה כבר אינה האם לאמץ הדפסה תלת-ממדית, אלא כמה מהר וכמה מקיף.אלה אשר מחבקים את הטכנולוגיה ולבנות את התשתית הנדרשת יזכו יתרון תחרותי בתעשייה שבה אמינות ויעילות הן משמעותיות.

על ידי שילוב הדפסה תלת מימדית לתוך זרימת העבודה שלהם תחזוקה, חברות הרכבות יכולות להפחית את עלויות נמוכות יותר, ולהגיב לכישלונות עם מהירות חסרת תקדים.הטכנולוגיה מעצימה צוותים תחזוקה לפתור בעיות באופן מקומי, דיגיטלית, ועל הביקוש - שינוי הדרך שבה הרכבות בעולם נשארות מבצעיות.