Produzione additiva per sistemi frenanti di nuova generazione

Immagine

Leggero ed efficiente: i vantaggi aggiuntivi della produzione additiva

Quando si tratta dei sistemi frenanti utilizzati sui treni, la sicurezza, l'affidabilità e le prestazioni sono sempre la priorità numero uno. In questi settori, Wabtec è all'avanguardia con le nostre soluzioni frenanti Metroflexx e Regioflexx. Metroflexx definisce lo standard per il settore ferroviario di trasporto di massa, mentre Regioflexx è la nostra soluzione di ultima generazione per i treni suburbani, interurbani, regionali e ad alta velocità.

Oltre a essere estremamente sicuri, entrambi i sistemi sono anche tra i più leggeri ed efficienti sul mercato, il che comporta vantaggi significativi per gli operatori ferroviari. I nostri ingegneri riescono a raggiungere questo obiettivo attraverso due principali caratteristiche di progettazione e produzione: l'uso del software al posto dei componenti pneumatici e la produzione additiva. Sfruttando queste soluzioni moderne e innovative, aumentiamo l'affidabilità e le prestazioni di entrambi i prodotti frenanti, riducendo al contempo tempi e costi di manutenzione e installazione e creando molteplici efficienze.

Un approccio innovativo alla progettazione e alla produzione dei freni

Nello sviluppo di Metroflexx e Regioflexx, Wabtec ha fatto un grande passo avanti sostituendo alcuni componenti pneumatici che svolgono funzioni critiche per la sicurezza all'interno dei sistemi frenanti con un'emulazione software allo stesso livello di sicurezza. Il vantaggio è evidente: un componente che in realtà non è un prodotto fisico non genera costi oltre allo sviluppo e alla convalida, non ha peso, non crea vincoli di installazione e non richiede manutenzione. Mentre i componenti pneumatici richiedono impostazioni specifiche del progetto, una volta sostituiti dal software di emulazione, le impostazioni vengono sostituite da parametri software che devono essere corretti una sola volta per il progetto.

Questo cambiamento è innovativo e Wabtec avrebbe potuto fermarsi lì, ma abbiamo deciso di andare ancora oltre. Abbiamo scelto di esplorare l'uso della produzione additiva per le restanti parti pneumatiche per ridurre il peso e rendere i nostri prodotti ancora più vantaggiosi per i clienti.

Quando la produzione additiva viene aggiunta alla miscela

I componenti pneumatici sono tradizionalmente realizzati in alluminio, lavorati in billette di alluminio o, quando i volumi di produzione lo consentono, fusi. Ogni componente è flangiato su un pannello o tubo forato o incollato e ogni interfaccia tra un componente pneumatico e il suo supporto richiede dispositivi di fissaggio e guarnizioni per la tenuta. Questo sistema garantisce che i componenti possano essere smontati facilmente per la manutenzione, ma l'uso di pezzi aggiuntivi ha un costo: le guarnizioni di ogni interfaccia devono essere sostituite durante la revisione del sistema frenante e possono essere soggette a perdite. Ciò comporta un aumento dei costi di manutenzione, una riduzione dell'affidabilità e anche un peso aggiuntivo.

Quando Wabtec stava sviluppando Metroflexx e Regioflexx, la tecnologia di produzione additiva stava già rivoluzionando diversi settori, tra cui quello ferroviario. Sebbene i nostri ingegneri avessero già ridotto al minimo il numero di componenti pneumatici utilizzati in Metroflexx e Regioflexx, volevamo anche sfruttare appieno questa nuova tecnologia per spingere ulteriormente l'integrazione fisica e ridurre al minimo il numero di interfacce pneumatiche richieste.

Miglioramento in tutte le aree

L'immagine in alto nella figura 1, di seguito, mostra il design iniziale della piastra principale Metroflexx con alluminio pressofuso e componenti pneumatici chiave flangiati sulla piastra, con guarnizioni su ogni interfaccia pneumatica e viti. L'immagine in basso mostra il design della stessa piastra Metroflexx con design di produzione additiva.

Immagine

Figura 1: La versione iniziale di Metroflexx con piastra fusa e la versione stampata in 3D

La tecnologia additiva offre molteplici vantaggi: al prodotto stesso, al modo in cui viene prodotto e durante l'intero ciclo di vita.

Integrazione fisica

• Il corpo dei principali componenti pneumatici è completamente integrato nel corpo della piastra, limitando il numero di interfacce pneumatiche e meccaniche. Inoltre, il numero di guarnizioni è notevolmente ridotto, migliorando così l'affidabilità e riducendo i costi di manutenzione.
• Le tubazioni interne sono notevolmente ottimizzate, migliorando le prestazioni pneumatiche. Anche il posizionamento dei componenti sulla piastra può essere ottimizzato, senza vincoli di lavorazione, facilitando la manutenzione.
• La versione stampata in 3D di Metroflexx unisce non meno di 32 parti separate in un unico componente.

Miglioramento del peso

Nelle tradizionali apparecchiature di controllo dei freni con cremagliera elettronica, pannello del freno pneumatico e valvole di protezione antiscivolo delle ruote, il controllo del freno pesa circa 70 kg.

Metroflexx, che sostituisce le tradizionali apparecchiature di controllo dei freni, pesa 15 kg nel design iniziale con una piastra in alluminio pressofuso. Se prodotto con una piastra di produzione additiva, il peso di Metroflexx scende a 10 kg, con un miglioramento del peso del 33%. La differenza di 5 kg non ha un impatto importante sul carico utile del treno, ma fa un'enorme differenza in termini di manutenzione. Essendo un'unità sostituibile in linea (LRU), con un peso di 10 kg, Metroflexx (o Regioflexx) può essere sostituita sul treno da un singolo operatore in meno di 20 minuti senza attrezzi speciali, il che significa che la riparazione o la revisione possono essere eseguite in un'officina specializzata senza influire sulla disponibilità del treno. Con un peso di 10 kg, Metroflexx e Regioflexx sono di gran lunga i comandi frenanti integrati più leggeri disponibili sul mercato.

Elaborazione

Il tempo di lavorazione è ridotto dell'80% e l'energia necessaria per produrre il pezzo viene divisa per quattro. La nostra catena di fornitura diventa più flessibile in quanto non dipendiamo più dai fornitori di stampaggio. Ciò si traduce in una minore necessità di trasporto e nella possibilità di ordinare le quantità richieste, senza requisiti minimi.

Evoluzione del design

Il design è completamente flessibile, quindi le modifiche possono essere eseguite secondo necessità semplicemente cambiando il modello digitale associato, eliminando così i costi legati alle modifiche agli utensili.

Immagine

Figura 2: La versione iniziale di Metroflexx con piastra fusa e la versione stampata in 3D

Test esaustivi per garantire la sicurezza

Quando si tratta di apparecchiature critiche per la sicurezza come i sistemi frenanti, Wabtec prende molto sul serio i test e la convalida delle nostre innovazioni. La produzione additiva non fa eccezione. I nostri prodotti sono stati sottoposti ai test più rigorosi per convalidare le loro principali caratteristiche di sicurezza.

1. Abbiamo esaminato come garantire che i canali pneumatici rimangano puliti e privi di inquinamento, in particolare nelle tubazioni e nei componenti.
2. I nostri laboratori hanno eseguito test idraulici e di fatica ad alta pressione per garantire la robustezza del prodotto sotto pressione.
3. I prodotti sono stati sottoposti a urti e vibrazioni per garantire che potessero resistere all'ambiente in cui si trovavano i treni nella vita reale.
4. Abbiamo condotto test ambientali, tra cui l'esposizione dei prodotti a temperature estreme e nebbia salina.

Questo ampio programma di convalida ci ha permesso di essere pienamente certi che questa tecnologia potesse garantire lo stesso livello di sicurezza e durata dei sistemi e dei componenti pneumatici prodotti tradizionalmente.

Produzione additiva: uno strato dopo l'altro di vantaggi

I vantaggi offerti dall'uso della produzione additiva sono molteplici e non possono essere sopravvalutati. Questa tecnologia non solo riduce il peso delle parti prodotte, ma consente anche l'integrazione tra prodotto e funzione che limita la necessità di manutenzione delle apparecchiature. Riduce i tempi di produzione e di consegna dei pezzi di ricambio, alleggerendo al contempo la catena di fornitura. Questi vantaggi, vantaggiosi per gli operatori ferroviari, sono anche positivi per l'ambiente in quanto rendono il processo di produzione molto più ecologico riducendo significativamente il consumo di energia.

Per il futuro, Wabtec ha recentemente deciso di costruire un centro europeo di produzione additiva a Tours, in Francia. Il sito è in grado di produrre parti in polimero e metallo e offre servizi per l'intera catena del valore, dalla consulenza di progettazione, all'esecuzione del proof of concept e al supporto per la convalida e la certificazione, alla stampa 3D e alla post-produzione (lavorazione, verniciatura, trattamento delle superfici...).

Ci impegniamo a sfruttare il potenziale di questa tecnologia rivoluzionaria per creare sistemi frenanti sempre più affidabili ed efficienti che aiutino a velocizzare il settore del trasporto ferroviario verso un futuro più sicuro ed ecologico.