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鐵路運輸業(yè)應用3D打印技術邁入21世紀

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

Wabtec全球增材制造（AM）負責人Jennifer Coyne表示，Wabtec（NYSE：WAB）的市值為139.6億美元，是機車以及貨運和旅客運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，并擁有下一個大型公司于2019年與GE Transportation合并后開始運營。隨著進入鐵路制造的新紀元，Wabtec已開始生產(chǎn)功率高達4,000馬力（3兆瓦）的機車，并探索全電動火車。

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

最近在3DPOD上亮相的Coyne指出，3D打印在2015-2016年作為原型技術進入了人們視野，金屬增材制造成為2017年公司戰(zhàn)略的一部分。“那是我們組建團隊并開始討論和思考生產(chǎn)零件的時候。自2017年以來，我一直領導該團隊。這是一個漸進的增長過程，但可能比大多數(shù)過程要快一點，因為我們在投資，組建團隊和建立實驗室以積極服務于內(nèi)部業(yè)務以及我們的顧客。”

該團隊在賓夕法尼亞州西北部地區(qū)設有實驗室，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控制器的IOT防護罩到定制的點膠針頭和傳感器支架

Coyne可能認為Wabtec的加成策略“相當激進”，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設定了與GE一樣對添加劑的期望，并設定了到2025年3D打印25,000個零件的目標。2019年是該公司在火車上生產(chǎn)零件的第一年。總共有1200個單獨印刷的副本，包含12個不同部分。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個獨特的生產(chǎn)組件。今年，它的數(shù)量增加到25個。該公司將力爭使這個數(shù)字翻倍，以便到明年，Wabtec的添加劑部門將成為“一臺成熟的，上油良好的機器，以便我們可以真正地從那里擴展”，就像Coyne所說的那樣。雖然，COVID-19幾乎減慢了每個行業(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)，因為她以前只處理貨運，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)動機零件，我們在其中找到了成功的地方-例如發(fā)動機熱交換器-我們的技術發(fā)展日新月異，例如我們的排放標準推動了技術變革，” Coyne說。 “現(xiàn)在，當我們擁有更多樣化的產(chǎn)品組合以及貨運和中轉時，可以快速前進，而且我們擴大了進行增材制造的理由。我們擁有備品備件，這對于運輸來說更加令人擔憂，因為它們使這些運輸工具能夠運行40年以上，因此備件最終成為非常獨特的資產(chǎn)。因此，其中一些零件很難獲得備件，因為供應商可能會倒閉等。然后他們還關心輕量化，這是房屋貨運方面從未做到的事情。因此，這是我們發(fā)現(xiàn)添加劑實際上帶來很多價值的另一個優(yōu)勢?！?/span>

Coyne能夠詳細說明3D打印與運輸相比提供運費的不同價值主張。在貨運中，實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，同時使它們更有效，更可靠地從發(fā)動機排出廢熱。在熱交換器和渦輪增壓器零件的批量生產(chǎn)中使用添加劑技術的好處是，交貨時間減少了80％，庫存減少了75％至80％。

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

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)擴展到創(chuàng)建醫(yī)療3D打印網(wǎng)絡。據(jù)Coyne稱，與美國相比，歐洲對3D打印的采用已經(jīng)非常成熟，部分原因是添加劑比運輸更適合產(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行整體運輸，包括長途運輸。支持綠色新政方式使美國基礎設施更具可持續(xù)性的方法的擁護者們提倡在該國使用高鐵。當被問及美國高鐵的發(fā)展時，科恩建議軌道交通將在城市地區(qū)繼續(xù)發(fā)展，但對于長途國家旅行而言則不那么容易。“我們對公共交通的看法有所不同，這是因為美國與歐洲和亞太地區(qū)的人口密度較高。只是，我們面臨著更大的城市進一步挑戰(zhàn)的挑戰(zhàn)，我的觀點是，我們將繼續(xù)看到城市中的人員搬運者有更多的發(fā)展和技術進步，但是用鐵路在全國各地搬運人和在鐵路中在全國搬運貨物一樣不現(xiàn)實也不經(jīng)濟。美國我們剛剛發(fā)布了一份可持續(xù)發(fā)展報告，其中僅討論了鐵路效率與卡車效率（例如，搬運貨物）的關系。當您談論類似的事情時，這確實很有意義，但是當您談論搬遷人員時，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)濟學，以及航空和鐵路運輸公司，石油巨頭以及美國政府之間可能的關系，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)會會長安迪·昆茲（Andy Kunz）認為，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輸解決方案，一些城市環(huán)境規(guī)劃人員仍然認為，電氣化對于向可再生能源的過渡至關重要。在這方面，Wabtec已開發(fā)了由20,000個電池單元組成的100％電池供電的貨運機車，并配備了行程優(yōu)化系統(tǒng)，可優(yōu)化能量分配。在2021年第一季度進行的一項試點計劃中，該電池機車將與柴油機車一起在混合動力機車中運行，該機車在加利福尼亞州圣華金河谷（San Joaquin valley）上行駛了350英里。