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鐵路運(yùn)輸業(yè)應(yīng)用3D打印技術(shù)邁入21世紀(jì)

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地區(qū)基礎(chǔ)設(shè)施的未來。由于這些原因，至關(guān)重要的是，在采用新的，可能更精簡的制造技術(shù)方面，鐵路行業(yè)必須保持領(lǐng)先地位。 Wabtec Corporation是對(duì)該行業(yè)采用至關(guān)重要的業(yè)務(wù)之一，該公司已成為3D打印技術(shù)的早期采用者，用于制造火車端部零件。

Wabtec全球增材制造（AM）負(fù)責(zé)人Jennifer Coyne表示，Wabtec（NYSE：WAB）的市值為139.6億美元，是機(jī)車以及貨運(yùn)和旅客運(yùn)輸解決方案的制造商。該公司的根源于1869年成立的西屋制動(dòng)公司（WABCO）。作為WABCO已有很長的歷史，Wabtec最終在1999年由WABCO和MotivePower合并成立了自己的公司，并擁有下一個(gè)大型公司于2019年與GE Transportation合并后開始運(yùn)營。隨著進(jìn)入鐵路制造的新紀(jì)元，Wabtec已開始生產(chǎn)功率高達(dá)4,000馬力（3兆瓦）的機(jī)車，并探索全電動(dòng)火車。

Wabtec已成為GE Additive的H1金屬粘結(jié)劑噴射系統(tǒng)的早期用戶

最近在3DPOD上亮相的Coyne指出，3D打印在2015-2016年作為原型技術(shù)進(jìn)入了人們視野，金屬增材制造成為2017年公司戰(zhàn)略的一部分?！澳鞘俏覀兘M建團(tuán)隊(duì)并開始討論和思考生產(chǎn)零件的時(shí)候。自2017年以來，我一直領(lǐng)導(dǎo)該團(tuán)隊(duì)。這是一個(gè)漸進(jìn)的增長過程，但可能比大多數(shù)過程要快一點(diǎn)，因?yàn)槲覀冊谕顿Y，組建團(tuán)隊(duì)和建立實(shí)驗(yàn)室以積極服務(wù)于內(nèi)部業(yè)務(wù)以及我們的顧客。”

該團(tuán)隊(duì)在賓夕法尼亞州西北部地區(qū)設(shè)有實(shí)驗(yàn)室，那里有Wabtec的大部分塑料和原型制作。在格羅夫城，該公司專注于使用粘合劑噴射和激光粉末床熔合（LPBF）的鋼材和其他金屬。特別是，Wabtec已成為GE Additive的H1粘合劑噴射技術(shù)的早期客戶。北美最新的工廠將位于匹茲堡的91鄰里（Neighborhood 91），該工廠將致力于向過境客戶提供LPBF鋁制零件。在印度的班加羅爾，Wabtec還使用惠普的Multi Jet Fusion為客戶進(jìn)行3D打印工業(yè)零件。

3D打印的組件范圍從適配器和用于制動(dòng)控制器的IOT防護(hù)罩到定制的點(diǎn)膠針頭和傳感器支架

Coyne可能認(rèn)為Wabtec的加成策略“相當(dāng)激進(jìn)”，因此低估了它。與大多數(shù)行業(yè)相比，除可能的航空航天業(yè)外，Wabtec的3D打印增長僅與GE自身相匹配。自Coyne來自GE Transportation以來，這是有道理的。 Wabtec設(shè)定了與GE一樣對(duì)添加劑的期望，并設(shè)定了到2025年3D打印25,000個(gè)零件的目標(biāo)。2019年是該公司在火車上生產(chǎn)零件的第一年?？偣灿?/span>1200個(gè)單獨(dú)印刷的副本，包含12個(gè)不同部分。原型零件的數(shù)量也差不多。

為此，Coyne說她想逐步增加3D打印生產(chǎn)的系列零件的數(shù)量。去年，它是12個(gè)獨(dú)特的生產(chǎn)組件。今年，它的數(shù)量增加到25個(gè)。該公司將力爭使這個(gè)數(shù)字翻倍，以便到明年，Wabtec的添加劑部門將成為“一臺(tái)成熟的，上油良好的機(jī)器，以便我們可以真正地從那里擴(kuò)展”，就像Coyne所說的那樣。雖然，COVID-19幾乎減慢了每個(gè)行業(yè)的發(fā)展速度，但Coyne說，將GE Transportation與Wabtec整合還存在一些挑戰(zhàn)，因?yàn)樗郧爸惶幚碡涍\(yùn)，現(xiàn)在也必須處理過境問題。此外，前一家公司的客戶大多位于北美，但隨著Wabtec合并，客戶更多地分布在國外。

“起初，我們有很多發(fā)動(dòng)機(jī)零件，我們在其中找到了成功的地方-例如發(fā)動(dòng)機(jī)熱交換器-我們的技術(shù)發(fā)展日新月異，例如我們的排放標(biāo)準(zhǔn)推動(dòng)了技術(shù)變革，” Coyne說。 “現(xiàn)在，當(dāng)我們擁有更多樣化的產(chǎn)品組合以及貨運(yùn)和中轉(zhuǎn)時(shí)，可以快速前進(jìn)，而且我們擴(kuò)大了進(jìn)行增材制造的理由。我們擁有備品備件，這對(duì)于運(yùn)輸來說更加令人擔(dān)憂，因?yàn)樗鼈兪惯@些運(yùn)輸工具能夠運(yùn)行40年以上，因此備件最終成為非常獨(dú)特的資產(chǎn)。因此，其中一些零件很難獲得備件，因?yàn)楣?yīng)商可能會(huì)倒閉等。然后他們還關(guān)心輕量化，這是房屋貨運(yùn)方面從未做到的事情。因此，這是我們發(fā)現(xiàn)添加劑實(shí)際上帶來很多價(jià)值的另一個(gè)優(yōu)勢?！?/span>

Coyne能夠詳細(xì)說明3D打印與運(yùn)輸相比提供運(yùn)費(fèi)的不同價(jià)值主張。在貨運(yùn)中，實(shí)際上必須要有重量才能將車輪保持在軌道上，以便輪轂可以更硬地拉動(dòng)并抓住軌道。反過來，3D打印一直在提高生產(chǎn)效率以及引擎的可靠性，而不是減輕重量。該公司能夠縮小熱交換器的尺寸，同時(shí)使它們更有效，更可靠地從發(fā)動(dòng)機(jī)排出廢熱。在熱交換器和渦輪增壓器零件的批量生產(chǎn)中使用添加劑技術(shù)的好處是，交貨時(shí)間減少了80％，庫存減少了75％至80％。

相比之下，運(yùn)輸更著重于減輕體重。受到3D打印影響的零件包括氣動(dòng)閥和具有大量內(nèi)部通道的部件，這些通道通常需要大量的機(jī)械加工和精加工。在為運(yùn)輸火車準(zhǔn)備零件時(shí)，Wabtec能夠?qū)⒅亓繙p輕75％，從7公斤減輕到了兩個(gè)半。

Wabtec還是歐洲Mobility Goes Additive組織的成員，該組織在鐵路3D打印行業(yè)的正規(guī)化方面非常成功，以至于已經(jīng)擴(kuò)展到創(chuàng)建醫(yī)療3D打印網(wǎng)絡(luò)。據(jù)Coyne稱，與美國相比，歐洲對(duì)3D打印的采用已經(jīng)非常成熟，部分原因是添加劑比運(yùn)輸更適合產(chǎn)品線。特別是，歐洲公司似乎希望通過零件合并來執(zhí)行輕量化。

美國和歐洲之間的一大不同之處是使用鐵路進(jìn)行整體運(yùn)輸，包括長途運(yùn)輸。支持綠色新政方式使美國基礎(chǔ)設(shè)施更具可持續(xù)性的方法的擁護(hù)者們提倡在該國使用高鐵。當(dāng)被問及美國高鐵的發(fā)展時(shí)，科恩建議軌道交通將在城市地區(qū)繼續(xù)發(fā)展，但對(duì)于長途國家旅行而言則不那么容易。“我們對(duì)公共交通的看法有所不同，這是因?yàn)槊绹c歐洲和亞太地區(qū)的人口密度較高。只是，我們面臨著更大的城市進(jìn)一步挑戰(zhàn)的挑戰(zhàn)，我的觀點(diǎn)是，我們將繼續(xù)看到城市中的人員搬運(yùn)者有更多的發(fā)展和技術(shù)進(jìn)步，但是用鐵路在全國各地搬運(yùn)人和在鐵路中在全國搬運(yùn)貨物一樣不現(xiàn)實(shí)也不經(jīng)濟(jì)。美國我們剛剛發(fā)布了一份可持續(xù)發(fā)展報(bào)告，其中僅討論了鐵路效率與卡車效率（例如，搬運(yùn)貨物）的關(guān)系。當(dāng)您談?wù)擃愃频氖虑闀r(shí)，這確實(shí)很有意義，但是當(dāng)您談?wù)摪徇w人員時(shí)，這里和世界其他地方總是看起來不一樣?！?/span>

如果不了解經(jīng)濟(jì)學(xué)，以及航空和鐵路運(yùn)輸公司，石油巨頭以及美國政府之間可能的關(guān)系，那么在美國發(fā)展高鐵似乎也不是完全不可能的?？偼恋孛娣e比美國大城市中心也彼此分散，但高鐵比任何其他國家都高。美國高鐵協(xié)會(huì)會(huì)長安迪·昆茲（Andy Kunz）認(rèn)為，這可能是更多的石油利益問題，阻礙了該國的高鐵和公共交通。

即使高鐵不是美國的長途運(yùn)輸解決方案，一些城市環(huán)境規(guī)劃人員仍然認(rèn)為，電氣化對(duì)于向可再生能源的過渡至關(guān)重要。在這方面，Wabtec已開發(fā)了由20,000個(gè)電池單元組成的100％電池供電的貨運(yùn)機(jī)車，并配備了行程優(yōu)化系統(tǒng)，可優(yōu)化能量分配。在2021年第一季度進(jìn)行的一項(xiàng)試點(diǎn)計(jì)劃中，該電池機(jī)車將與柴油機(jī)車一起在混合動(dòng)力機(jī)車中運(yùn)行，該機(jī)車在加利福尼亞州圣華金河谷（San Joaquin valley）上行駛了350英里。