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下一代制动系统的增材制造
轻便高效：增材制造的额外好处
当谈到列车上使用的制动系统时，安全性、可靠性和性能始终是第一要务。在这些领域，Wabtec凭借我们的Metroflexx和Regioflexx制动解决方案处于领先地位。Metroflexx 为轨道交通行业设定了标准，而 Regioflexx 是我们针对郊区、城际、区域和高速列车的最新一代解决方案。
这两个系统不仅尽可能安全，而且还是市场上最轻、效率最高的系统之一，这为列车运营商带来了显著的好处。我们的工程师通过两个主要的设计和制造功能来实现这一目标：使用软件代替气动元件，以及增材制造。通过利用这些创新的现代解决方案，我们提高了两种制动产品的可靠性和性能，同时减少了维护和安装时间和成本，并提高了多重效率。
制动器设计和制造的创新方法
在开发Metroflex和Regioflexx时，Wabtec取得了重大飞跃，将制动系统中执行安全关键功能的一些气动元件替换为相同安全级别的软件仿真。这样做的好处显而易见：实际上不是物理产品的组件除了开发和验证之外不会产生任何成本，没有重量，没有安装限制，也无需维护。虽然气动元件需要项目特定的设置，但一旦被仿真软件取代，设置就会被软件参数所取代，这些参数只需要在项目中修复一次。
这种变化是创新的，Wabtec 本可以就此止步，但我们决定走得更远。我们选择探索对剩余的气动部件使用增材制造，以减轻重量并使我们的产品对客户更具优势。
当将增材制造添加到混合物中时
传统上，气动元件由铝制成，要么用铝坯加工，要么在制造量允许的情况下铸造。每个组件要么用法兰连接在钻孔或粘合面板上，要么安装在管道上，气动元件与其支撑之间的每个接口都需要紧固件和密封件以保证密封性。尽管该系统可确保零部件易于拆卸以进行维护，但使用额外的零件是有代价的：在制动系统大修期间，每个接口的密封件都需要更换，并且很容易泄漏。这意味着维护成本增加、可靠性降低，以及重量增加。
当Wabtec开发Metroflex和Regioflexx时，增材制造技术已经彻底改变了包括铁路在内的许多行业。尽管我们的工程师已经最大限度地减少了Metroflexx和Regioflexx中使用的气动元件的数量，但我们也希望充分利用这项新技术进一步推动物理集成，并最大限度地减少所需的气动接口数量。
所有领域的改善
下图 1 中的上图显示了 Metroflexx 主板的初始设计，该设计采用铸铝和关键气动元件法兰连接在板上，每个气动接口处均有密封件，外加螺钉。底部图像显示了采用增材制造设计的相同Metroflexx板的设计。
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图 1：带铸板的初始 Metroflexx 版本和 3D 打印版本
添加剂技术带来多重好处：产品本身、生产方式和整个生命周期。
物理整合
- 关键气动元件的主体完全集成到板体中，从而限制了气动和机械接口的数量。此外，密封件的数量大大减少，从而提高了可靠性并降低了维护成本。
- 内部管道经过极大优化，提高了气动性能。也可以优化板上的零件放置，不受加工限制，从而简化维护。
- Metroflexx 的 3D 打印版本将不少于 32 个独立部件合并为一个组件。
改善体重
在带有电子机架、气动制动面板和车轮滑动保护阀的传统制动控制设备中，制动控制装置的重量约为70kg。
Metroflexx取代了传统的制动控制设备，在最初的设计中采用了铸造的铝板，重量为15千克。使用增材制造板材生产时，Metroflexx的重量降至10千克，重量提高了33％。5千克的差异不会对列车有效载荷产生重大影响，但在维护方面却有很大的不同。作为重量为10kg的线路可更换单元（LRU），Metroflexx（或Regioflexx）可以在不到 20 分钟的时间内在火车上更换，无需任何特殊工具，这意味着维修或大修可以在专业车间完成，而不会影响列车的可用性。重量为10千克的Metroflexx和Regioflexx是迄今为止市场上最轻的集成制动控制系统。
处理
加工时间减少了80％，生产零件所需的能量除以四。由于我们不再依赖铸件供应商，我们的供应链变得更加灵活。这减少了对运输的需求，并且能够按要求订购数量，没有最低要求。
设计演变
该设计完全灵活，因此只需更改相关的数字模型即可根据需要进行修改，从而消除了与模具修改相关的成本。
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图 2：带铸板的初始 Metroflexx 版本和 3D 打印版本
详尽的测试以确保安全
当涉及到制动系统等安全关键设备时，Wabtec 非常认真地对待我们的创新的测试和验证。增材制造也不例外。我们的产品经过了最严格的测试，以验证其关键安全功能。
- 我们研究了如何确保气动通道保持清洁和无污染，特别是在管道和组件中。
- 我们的实验室进行了高压液压和疲劳测试，以确保产品在压力下的稳定性。
- 产品经受冲击和振动，以确保它们能够承受现实生活中的列车环境。
- 我们进行了环境测试，包括将产品暴露在极端温度和盐雾中。
这项广泛的验证计划使我们完全相信，该技术可以保证与传统制造的气动系统和组件相同的安全性和耐用性。
增材制造：一层又一层的好处
使用增材制造提供的优势是无数的，怎么强调都不为过。该技术不仅减轻了所生产零件的重量，还实现了产品功能集成，从而限制了设备维护的需求。它缩短了备件的制造时间和交货时间，同时也减轻了供应链。这些优势对列车运营商有利，也有利于环境，因为它们通过显著降低能耗，使制造过程更加环保。
展望未来，Wabtec 最近决定在法国图尔建造一个欧洲增材制造中心。该工厂具有制造聚合物和金属零件的能力，并为整个价值链提供服务，从设计咨询、概念验证执行、验证和认证支持到三维打印和后处理（加工、喷漆、表面处理...）。
我们致力于释放这种改变游戏规则的技术的潜力，创造更可靠、更高效的制动系统，帮助加快轨道运输行业迈向更安全、更绿色的未来。