Le applicazioni della stampa 3D nell’industria ferroviaria
Presente in molti settori industriali, la produzione additiva si sta affermando anche nell’industria ferroviaria. La tecnologia offre molti vantaggi agli operatori del settore, soprattutto in termini di velocità e costi di produzione. Che si tratti di progettare braccioli, sedili o altri componenti per i treni, la produzione additiva si è dimostrata in molte occasioni un’alternativa più che valida. Per comprendere meglio i diversi utilizzi della stampa 3D nel settore ferroviario, abbiamo selezionato alcuni dei progetti più significativi del settore.
Produzione additiva per la manutenzione dei treni
SNCF, uno dei principali attori dell’industria ferroviaria francese, ha integrato la produzione additiva nelle sue attività per progettare più rapidamente i pezzi di ricambio ed evitare così lunghi tempi di fermo. Bruno Langlois, direttore delle attrezzature di SNCF, spiega: “Per garantire la disponibilità dei treni, SNCF deve essere in grado di cambiare un componente difettoso il giorno stesso. Tuttavia, poiché i treni sono composti da un gran numero di parti, dobbiamo gestire un grande stock. Con la produzione additiva, potremmo ridurlo creando i pezzi secondo le necessità“. Nel 2021, SNCF ha annunciato l’integrazione del software 3YOURMIND per identificare e qualificare le parti di ricambio che potrebbero essere stampate in 3D. All’epoca, la soluzione aveva identificato il 10,3% di parti stampate in 3D che potevano essere realizzate con l’AM su oltre 30.000 pezzi di ricambio e aveva ridotto i tempi di consegna dell’85%, statistiche che da allora sono certamente aumentate.
Alstom e la stampa 3D dei pezzi di ricambio
Nel 2016, Alstom ha presentato il suo programma “Industry of the Future”, in cui la produzione additiva gioca certamente un ruolo. Il gruppo è infatti convinto del valore aggiunto delle tecnologie 3D nel settore ferroviario, soprattutto quando si tratta di guadagnare flessibilità e ridurre i tempi di inattività che possono rappresentare pesanti perdite finanziarie. Nel 2021, l’azienda francese ha presentato un caso di studio concreto sulle linee tranviarie, più precisamente sulla rete algerina Setif. Grazie al suo centro di stampa 3D, Alstom ha potuto progettare tappi di scarico in TPU 92A per evitare la rottura dei fari. Una dozzina di parti sono state stampate in 48 ore, riducendo i costi fissi dell’80%. Di solito ci vogliono 45 giorni per ricevere un pezzo di ricambio.
Sfruttando la stampa 3D, Alstom può progettare più velocemente con un materiale flessibile e resistente (foto: Alstom)
Prototipi di sedili stampati in 3D di Polgar
Produttore di componenti per l’industria automobilistica, Polgar progetta anche alcuni componenti per i treni. Utilizzando la stampante 3D industriale Factory 2.0 di Omni3D e in collaborazione con la società di scansione Metris 3D, Polgar ha stampato in 3D un prototipo di sedile. L’azienda afferma di aver ridotto in modo significativo i costi di prototipazione, risparmiando 370.000 euro, pari al 90% del costo. Polgar aggiunge di essere riuscita a completare il pezzo in sole tre settimane, mentre i metodi tradizionali richiedono 16 settimane. Per progettare il pezzo relativamente grande, il sedile è stato stampato in diversi componenti prima di essere assemblato.
Prototipo del sedile stampato in 3D (foto: Polgar)
La compagnia spagnola Renfe stampa in 3D i pezzi di ricambio
Renfe è la principale azienda di trasporto ferroviario in Spagna e ha una divisione di produzione e manutenzione che integra una serie di tecnologie 3D per lo sviluppo di parti di ricambio. Situato a Madrid, il centro pilota integra un’area con attrezzature per la stampa 3D di polimeri, nonché una sezione dedicata alla post-elaborazione e un’altra con soluzioni di scansione 3D e reverse engineering. L’integrazione di queste nuove tecnologie dovrebbe consentire a Renfe di creare pezzi di ricambio, nonché ordini di piccoli lotti e di brevi serie. Tra i vantaggi che hanno potuto osservare ci sono i risparmi di costi e di tempo nella produzione dei pezzi, rispetto ad altri metodi tradizionali. Questa adozione rientra nel loro obiettivo di incorporare nella loro attività i metodi più avanzati attualmente disponibili sul mercato.
Il centro sperimentale di Madrid (foto: Renfe)
Il progetto Run2Rail
Lanciato nel 2018 e guidato dal professor Simon Iwnicki dell’Institute of Railways Research (IRR) dell’Università di Huddersfield, il progetto europeo Run2Rail mira a trasformare i processi di produzione dei treni. A tal fine, i ricercatori intendono utilizzare la stampa 3D e la fibra di carbonio per progettare treni più leggeri, sicuri e silenziosi. Grazie al materiale composito utilizzato e alla tecnologia, i partecipanti al progetto ritengono di poter produrre parti con geometrie complesse, con un peso ridotto e una maggiore resistenza. Ad esempio, il professor Simon Iwnicki spiega che la stampa 3D consentirà di produrre componenti di piccole dimensioni, come le boccole o i cuscinetti. Run2Rail, che riunisce non meno di 15 partner europei, mira anche a ridurre l’impronta ecologica dell’industria ferroviaria europea.
Angel Trains collabora con Stratasys
Angel Trains, azienda britannica specializzata nel noleggio di treni, ha stretto una collaborazione con ESG Rail e Stratasys per progettare alcune parti dedicate agli interni dei treni. Utilizzando le tecnologie 3D, i partner intendono trasformare l’industria ferroviaria e offrire soluzioni di produzione più veloci e, soprattutto, più economiche. Per ora, i membri del progetto hanno progettato braccioli, maniglie e ripiani pieghevoli utilizzando le stampanti FDM di Stratasys. Per quanto riguarda i materiali utilizzati, Angel Trains afferma di aver usato il filamento Antero 800 NA del produttore americano, un materiale fatto di PEKK, che ha proprietà migliori rispetto alle termoplastiche tradizionali.
Tablet stampato in 3D (crediti fotografici: Angel Trains)
HS2, la rete ferroviaria ad alta velocità del Regno Unito
L’HS2 è in fase di sviluppo dal 2012 nel Regno Unito. È stata concepita non solo per migliorare le infrastrutture del Paese, ma anche per offrire ai viaggiatori un’opzione più ecologica. Quest’ultimo punto, la riduzione degli svantaggi e dei costi ambientali, è stata una forza trainante del progetto. Per questo motivo, l’appaltatore dei tunnel londinesi SCS JV (Skanska Costain STRABAG Joint Venture) si è rivolto alla stampa 3D in calcestruzzo per raggiungere i suoi obiettivi nella realizzazione di questa ferrovia. Grazie alla tecnologia “Printfrastructure” (che utilizza il processo di stampa 3D del calcestruzzo con l’aggiunta di grafene per aumentare la resistenza), SCS JV intende utilizzare robot computerizzati per stampare il calcestruzzo e realizzare le strutture in loco. Ciò contribuirà a ridurre le emissioni di carbonio dovute al trasporto e all’assemblaggio delle lastre, oltre a consentire all’azienda di lavorare in aree fisicamente limitate.
Un rendering di come potrebbe apparire l’HS2 una volta completato (foto: HS2 Ltd)
NS entra nel mondo delle tecnologie 3D
Un’altra applicazione della stampa 3D nel settore ferroviario è quella dei Paesi Bassi, in particolare della società Nederlandse Spoorwegen (NS), che ha annunciato la stampa 3D di 20 parti per i suoi treni. L’azienda non si è concentrata solo sulla produzione additiva, ma ha adottato anche altri tipi di tecnologie, come gli scanner 3D e la digitalizzazione. Secondo NS, è stata in grado di produrre parti complesse e difficili da riprodurre, come i telai dei cruscotti. Per farlo, hanno scansionato in 3D i vecchi modelli e poi hanno creato nuovi componenti utilizzando la produzione additiva. Questa integrazione da parte di NS ha contribuito a ridurre significativamente i tempi di produzione e i processi di manutenzione.
Un esempio di parte stampata in 3D (foto: Nederlandse Spoorwegen)
La partnership di Bombardier Transport con Stratasys
Bombardier Transportation è un’azienda leader di fama mondiale nella produzione di veicoli ferroviari. Con il suo core business nel settore ferroviario, l’azienda con sede in Germania ha avviato da tempo una partnership con una delle aziende leader nella stampa 3D, Stratasys. Stratasys, nota per le sue soluzioni su larga scala nel mondo della produzione additiva, sta ora consentendo a Bombardier Transportation di produrre vari prototipi, strumenti e anche parti finali per treni e tram, il tutto con una stampante 3D! Grazie all’uso della produzione additiva, Bombardier Transportation può trarre vantaggio soprattutto in termini di efficienza dei costi e dei tempi. La stampante 3D Stratasys F900, che offre un volume di stampa di 914 x 610 x 914 mm, è particolarmente adatta a Bombardier Transportation per la stampa 3D di condotti d’aria, alloggiamenti protettivi e vaschette per cavi, e consente anche la personalizzazione di parti ferroviarie.
L’azienda sta sfruttando le sinergie della produzione additiva utilizzando la Stratasys F900 (foto: Bombardier Transportation).
Mobility Goes Additive democratizza la stampa 3D
L’azienda berlinese Mobility Goes Additive (MGA) si sta concentrando sulla produzione additiva da diversi anni. L’obiettivo di MGA è chiaro: democratizzare l’uso della stampa 3D nel settore ferroviario e della mobilità in generale. E ha già potuto festeggiare grandi successi, come nel 2019, quando è stato approvato il primo componente stampato in 3D per il settore ferroviario, una parte rilevante per la sicurezza. Nello specifico, si tratta di una sospensione dei freni realizzata in metallo, che ora sta svolgendo la sua funzione in una metropolitana di Amburgo. Per MGA, fondata nel 2017, l’approvazione del componente del freno è stata possibile grazie alla collaborazione con numerosi partner: Siemens Mobility, Deutsche Bahn AG e l’Istituto Fraunhofer. Infine, prima dell’approvazione finale della parte stampata in 3D, è stata effettuata anche la necessaria verifica di qualità da parte del TÜV, che l’ha superata!
Union Pacific integra la stampa 3D
A differenza di molti altri continenti, in particolare Europa e Asia, il trasporto ferroviario commerciale non è così importante negli Stati Uniti. Tuttavia, le ferrovie attraversano ancora il Paese e sono utilizzate principalmente per le spedizioni di merci, svolgendo un ruolo fondamentale nell’economia americana. La Union Pacific (UP) è la seconda per lunghezza, con 8300 locomotive su 32.300 miglia (51.800 km) che coprono 23 Stati. Già nel 2013 l’azienda ha iniziato a rivolgersi alla produzione additiva per rendere le operazioni delle locomotive più sicure ed efficienti. Sebbene non abbiano rivelato quali tecnologie di stampa 3D vengano utilizzate, sembra che l’azienda abbia fatto largo uso della stampa 3D per la prototipazione.
Crediti fotografici: Compagnia ferroviaria Union Pacific
CAF utilizza la produzione additiva per i componenti dei treni
RL Components è la filiale di CAF Manufacturing, un’azienda spagnola che si dedica alla produzione di treni e attrezzature ferroviarie. Qualche anno fa ha sviluppato il primo veicolo ferroviario leggero che integrava una serie di componenti frontali stampati in 3D. Il progetto, realizzato in collaborazione con la Tramvia di Saragozza, prevedeva la progettazione e la produzione di componenti per il veicolo CAF Urbos. A tal fine, è stata utilizzata la stampa 3D di polimeri avanzati che rispettano le più severe normative del settore ferroviario in materia di fuoco e fumo. Inoltre, questa tecnologia viene presentata come un’alternativa competitiva nella fornitura di parti di ricambio. Vale la pena ricordare che RL Components è stata anche in grado di sviluppare il reverse engineering dei pezzi di ricambio utilizzando la scansione 3D.
Il team dietro al progetto (foto: CAF Manufacturing / Zaragoza Tramway)
Siemens Mobility Services e la Fortus 450mc
Siemens Mobility Services si affida ai servizi di stampa 3D dal 2020. Fin dal primo giorno, ha utilizzato la stampante 3D Fortus 450mc sviluppata da Stratasys per la produzione innovativa nel settore ferroviario. Il motivo dell’investimento di Siemens Mobility Service è chiaro: attraverso la produzione additiva, l’azienda vuole essere in grado di agire in modo più agile ed efficiente nella produzione di componenti importanti e nella loro manutenzione. In particolare, il fatto che alcuni modelli di treni e i relativi pezzi di ricambio non siano più prodotti rende molto più difficile il lavoro di riparazione. Per garantire che non solo le parti possano essere prodotte, ma anche commercializzate con profitto, la stampa 3D offre un grande vantaggio: Siemens Mobility Services è ora in grado di produrre i pezzi di cui ha bisogno ad hoc e in serie singole: i tempi degli ordini in serie e dei problemi di stoccaggio sono finiti.
Siemens Mobility Services utilizza la tecnologia della società di stampa 3D Stratasys (foto: Siemens Mobility Services)
Deutsche Bahn opta per la produzione additiva
Il fatto che Deutsche Bahn sia sempre al passo con i tempi è diventato chiaro da ultimo con l’acquisizione e l’uso intensivo di stampanti 3D di grande formato. L’azienda monopolista tedesca utilizza la produzione additiva principalmente per la manutenzione dei suoi treni, al fine di renderla più efficiente e veloce. Pertanto, oltre agli strumenti per la riparazione dei treni, i singoli pezzi, per la precisione i ricambi in plastica, vengono già prodotti con le stampanti 3D. Già nel 2021 Deutsche Bahn ha così commentato l’intenzione di avvalersi di questa tecnologia chiave, che consentirebbe di avere in magazzino i pezzi di ricambio necessari sul posto, indipendentemente dai problemi della catena di approvvigionamento e dalla carenza di materie prime. Inoltre, la Deutsche Bahn ha così commentato che l’uso della produzione additiva per il suo settore ferroviario sarebbe anche più veloce, più efficiente dal punto di vista delle risorse e, in alcuni casi, anche più economico rispetto ai metodi di produzione convenzionali.
La Deutsche Bahn è nota per la sua innovatività (foto: Deutsche Bahn)
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