进博会 | 瓦克展品抢先知——3D有机硅打印技术确保列车顺畅运行

时间:2018-10-26 15:32:30

中国国际进口博览会(CIIE 2018)

2018年11月5日—10日

国家会展中心(上海)

3H馆(智能及高端装备专区)

展位号:3A3-003(001)

在上次发布的进口博览会提前剧透中,曾为大家简单介绍了瓦克将展示的全球首创的基于有机硅材料的3D打印技术。这种新的增材制造工艺能够制作出至今被视作无法实现的结构复杂的部件,此项技术在汽车制造、医疗保健、电子和生活方式用品等诸多领域具有广阔的应用前景。今天将与大家该项技术在德国铁路中的实际应用案例。

德国铁路股份公司的铁路网总里程已达到33,400千米,每天运行的列车多达将近40,000趟。为了确保这些列车顺畅运行,需要建立复杂的物流链,并保证关键部件能够持续供应。铁路网本身由轨道线路、路轨、轨道路基、架空电力线和供电网络组成。各式各样的列车也同样非常复杂,德国铁路股份公司3D打印项目负责人Florens Lichte解释道:我们拥有长达100多年的铁路历史——起初只有十来家制造商,如今我们的列车和车型已经有100多种。”光是ICE高速列车(城际快车),自1989年运行至今,就已经有四代了。材料供应是我们面临的最大之,特别是在备件方面。”Lichte强调道。

3D打印技术供应链难题

为了应对上述,德国铁路股份公司于2015年推出了覆盖全公司的3D打印项目。所有业务部门都在积极寻找新的方法,以期用3D打印这创新性方式来生产备件,从而维持列车及其物流的正常运行,其中包括采用瓦克的品牌ACEO®的硅橡胶混合物进行3D打印。

采用ACEO® 3D打印工艺制造的硅橡胶膜片。这些膜片对于火车制动器来说不可或缺。

Lichte领导的维护部门负责推动这个3D打印项目,Lichte在2014年加入德国铁路股份公司时便推出了他主导的首个3D项目。当时,他打印的是简单的衣帽钩,但借着这次经历,他第次接触到了3D打印技术。在Lichte的推动下,3D打印的应用范围从衣帽钩开始迅速扩大,到2016年就增加了50项应用,3D打印的部件数量也达到1,000个。2017年,这个数字翻了番;而2018年的目标则是15,000个。

在所有行业中,为何偏偏铁路公司这么关注3D打印?只要我们了解下3D打印技术在铁路行业潜在的广泛应用,就会明了其中的原因。举例来说,目前德国的铁路网仍有800座全机械化信号塔,它们的现代化改造过程非常复杂,完全不值得为此大费周章。

铁路的基础设施和机车车队都要求备件能够持续供应,但由于种种原因,这些备件都已经无从采购——要么是因为停产,要么是因为供应商破产。正如Lichte所解释的那样,备件的供应链出现了严重断裂:我们在备件方面总是碰到各种麻烦,尤其是那些技术上过时的备件。火车的折旧年限为25年,但其使用寿命往往可达40至50年。通常情况下,制造商只保证在出售后15年内备件。”

德国铁路股份公司控制中心内景:该交通极为复杂——除了火车,还包括路线、铁轨、架空电力线、站房等等——这意味着它非常适合个性化采购3D打印部件。

筛选新的技术和材料

在整个项目过程中,Lichte的团队必须研究各种材料和生产技术,定期筛选整个3D打印市场来寻找新的技术,并且还要判断这些技术是否成熟。3D打印市场上的公司大多都成立不久,它们方面需要找到合适的零部件,另方面又要满足供应商的资质要求,于是很快就面临瓶颈。零部件必须符合规范标准,才能用于实际运行环境。目前,德国铁路通常采用两大类材料:金属和有机塑料。

塑料是工业级部件中应用最为广泛的材料,此类部件的尺寸可达60厘米。到目前为止,德国铁路主要采用聚酰胺或聚醚酰亚胺,这类材料往往含有阻燃剂。3D打印的备件大多安装在发动机室或乘客区的非安全关键应用中,包括头枕套、壳体外罩或遮光帘夹子等。

在塑料需要承受极高应力的应用中,有机硅弹性体是非常理想的材料之选。作为非常稳定但又可以弹性变形的塑料,它们在承受拉伸力和压缩力时会发生形变,之后又会恢复原状 —— 就像其它基于有机材料的塑料样。与同类有机产品相比,有机硅弹性体在稳定性以及对各种影响因素的耐受性方面优势显著,因此德国铁路非常关注这种材料在3D打印中的应用。例如,除了可以承受极高的热应力和热氧化应力,有机硅弹性体对紫外线和电磁辐射的敏感程度也更低,并且能够承受热水和热蒸汽。正是由于具有这些特性,它们在安全性至关重要的应用领域备受青睐。

像制动器部件用膜片这类的备件特别难找。”Lichte表示,我们相信,有机硅弹性体为我们的3D打印项目了个机遇,而在市场筛选过程中,我们发现了ACEO®。他们是少数几个我们非常重视的弹性部件供应商合作伙伴之。”

像制动器部件用膜片这类的备件特别难找。我们相信,有机硅弹性体为我们的3D打印项目了个机遇,而在市场筛选过程中,我们发现了ACEO®。他们是少数几个我们非常重视的弹性部件供应商合作伙伴之。

——德国铁路股份公司3D打印项目负责人Florens Lichte

德国铁路与ACEO®团队的强强联手

2017年秋天,德国铁路与ACEO®团队首次会面,随后双方在位于德国富尔达的DB Fahrzeuginstandhaltung GmbH工厂(全方位列车维修服务商)举行了次联合研讨会。会上,来自德国铁路股份公司和ACEO®的人员与工程师们汇聚堂,共同探讨了有机硅3D打印的潜在应用和。在品牌创立刚满两年的时候,就有机会与德国铁路股份公司我们的专业知识——这对我们来说又是个重要的里程碑。”ACEO®项目经理Bernd Pachaly博士解释道。

建立合作伙伴关系之后,双方计划将制动器膜片作为初步部件,他们希望出种能够作为部件安装在列车制动器控制阀内的膜片。该膜片被设计为直径11厘米并带有密封唇的片状圆盘,其厚度只有4毫米,相对较薄。但正如Florens Lichte所强调的,膜片必须满足最为严苛的材料要求。ACEO®有机硅绝对是种独无二的材料。”他强调道,许多竞争产品会很快变脆,因此不适合用于制造火车部件。而且,ACEO®不仅仅在这项应用中具有巨大潜力。”针对ACEO®的长期已经在规划之中,瓦克和德国铁路都坚信能够为ACEO®找到更多的应用领域。

对部件进行几何测量也是质量控制程序的部分。ACEO® 实验室的正在用测量显微镜捕捉最微小的细节。

倡导3D打印的机会

最终,最重要的是利用3D打印这样的创新技术来确保列车顺畅运行。这也是为什么德国铁路准备与合适的合作伙伴共同开创性的解决方案,并在中长期内将其整合到日常中。德国铁路3D打印计划的项目阶段预计将持续至2019年,此后,项目成果将投入实际生产。不过,在此之前,他们将对各种新的3D打印技术进行。3D打印非常适合需要在短时间内完成的少量单个零部件生产或小批量生产。”机械工程和商业专业出身的Lichte解释道,换句话说,只要我们可以源源不断地供应材料,那么3D打印部件的高昂成本就不足为虑。”

不过,在做到源源不断地供应材料之前,德国铁路的人员首先必须将3D打印应用的多样性谨记于心。到目前为止,Lichte已经在不同生产基地举办了40多场研讨会。在这些研讨会上,项目团队通过面对面的直接交流,让与会者了解了3D打印技术的丰富应用,同时收集并跟进他们在实际操作中产生的想法。3D打印有什么用处?有哪些局限性?发展方向是什么?目前在工业化大规模生产中的应用程度如何?公司已经落实了哪些想法?Lichte和他的团队每天都会思考这些问题。最简单的方法,就是随身带个3D打印的部件样品。如果想让别人对我们的部件产生切实的认知,那么最具说服力的方法就是把打印好的部件直接放到对方手中。”

请登录www.aceo3d.com(点击阅读原文”跳转可至该网站),了解更多有关ACEO®的信息。更多ACEO®有机硅3D打印技术信息,欢迎您届时莅临瓦克展台!


本文相关词条概念解析:

打印

通常指把电脑或其他电子设备中的文字或图片等可见数据,通过打印机等输出在纸张等记录物上。

部件

部件(assemblyunit)是机械的一部分,由若干装配在一起的零件所组成。在机械装配过程中,这些零件先被装配成部件(部件装配),然后才进入总装配。某些部件(称为分部件)在进入总装配之前还先与另外的部件和零件装配成更大的部件。由若干分部件组装而成,并且有独立功能的更大部件,在汽车和某些其他机械行业中称为总成。

铁路

定义:高速铁路(高铁)因时代不同国家不同而标准有异。例如,西欧早期把新建时速达到250~300公里、旧线改造时速达到200公里的定为高速铁路;但1985年联合国欧洲经济委员会在日内瓦签署的国际铁路干线协议规定:新建客运列车专用型高速铁路时速为350公里以上,新建客货运列车混用型高速铁路时速为250公里以上。中国2014年元旦起实施的《铁路安全管理条例》规定:高速铁路是指设计开行时速250公里以上(含预留),并且初期运营时速200公里以上的铁路客运专线。高速由多方面质量来保证。外分档:中国铁路建设使用三档法即高铁—快速铁路—普速铁路。很多人等同高铁与快铁,其实中国对它们立项的名称不同,低于高铁的项目冠名快速铁路如通新快铁等、或冠名铁路如兰渝铁路,蓟港快铁之名是天津发改委所定,中国铁路总公司称2015年底中国高速铁路营业里程达1.8万公里以上而快速铁路网达4万公里以上(铁路总里程是12万公里),区分了三大档次。高铁快铁都捷便,区别于普铁而同属捷运铁路。东南亚铁路建设用三档法,分低速(普速)、中速(中速铁路)、高速,其高铁标准采用时下中国的。