Felgyorsítja az innovációt a vasúti járműgyártásban a 3D nyomtatás

Mit hoz a 3D szabadalom a járműgyártás jövőjében?

Önmagában a 3D nyomtatás nem fogja megváltani a világot, viszont számos korábbi nehézségben segít: jobban ki tudjuk használni az anyagot, a rendelkezésre álló tereket, jobban tudjuk közelíteni egymáshoz a funkciókat. Új anyagokat hoz be ez a technológia, de a járműgyártás alapjait nem befolyásolja, miközben a járművek piacra kerülését felgyorsíthatja.

A 3D nyomtatás felgyorsítja a szerszámgyártást, ez közvetett módon lerövidíti a termékfejlesztést és a piacra jutást. A technológia használata a szerszámok, öntőminták előállításánál különösen előnyös, hiszen a járműbe építendő alkatrész ebben az esetben nem tér el a hagyományos kiviteltől, viszont az átfutási időket jelentősen csökkentheti. Ma már elérhetők olyan technológiák, ahol például az öntőforma közvetlenül nyomtatással készül, de természetesen a kombinált megoldások is működnek, amikor a mesterdarabot vagy mintát nyomtatjuk, de a forma kialakítása már hagyományos módon történik.

A technológia másik klasszikus területe a prototípusgyártás. Ezen a téren az új technológia előnye abban nyilvánul meg, hogy a fizikai teszteléseket korábban el lehet végezni, illetve több variáns tesztelése lehetséges adott időkeretben.

Fontos terület még a pótalkatrészek gyártása. A nyomtatás főleg egy-két darabos utánrendelések esetén lehet előnyös, ez pedig a vasútiparban gyakran előfordul. Ismertek olyan megoldások, amikor a nyomtatott alkatrészt annyi ideig használják, amíg az eredeti darab elkészül, ezzel biztosítva a magas rendelkezésre állást és csökkentve a kockázatokat.

Milyen vasúti járművekbe kerülhetnek be az új 3D nyomtatott alkatrészek?

Járműoldalról nem mondanék korlátot, inkább a termék funkciója határozza meg, hogy a megrendelő elfogad-e egy nyomtatott alkatrészt, vagy ragaszkodik az eredeti kivitelhez. Ebből a szempontból mindegy, hogy vasúti kocsiba, mozdonyba, vagy akár egy metrószerelvénybe kerül az adott alkatrész.

Azt látjuk, hogy a kevésbé kritikus alkatrészek esetében nyitottabbak a megrendelők a nyomtatott alkatrészek iránt.

Kik a potenciális megrendelői egy újratervezett, könnyített fékpanelnek? Például érdeklődnek-e a szupergyors vonatokat üzemeltető vagy gyártó cégek az újítás iránt?

A vasúti fékrendszer nem egy klasszikus polctermék, hiszen minden fékpanel egyedi tervezést igényel. Azt ma még nem lehet látni, hogy kik lesznek az első vevők, akik a nyomtatott alkatrészekre igényt fognak tartani. A kis helyigényük és tömegük miatt a szupergyors vonatok gyártói is lehetnek potenciális vevői az új termékeknek, de kisebb üzemeltetési költségük és karbonlábnyomuk okán gyakorlatilag bármilyen gyártó szóba jöhet, hiszen a fenntarthatóság egyre meghatározóbb szempont a vasúti fékrendszerek gyártásában is.

Az, hogy a Knorr-Bremsétől megrendelt fékrendszerben az egyes komponenseknek az integrációját milyen technológiával oldjuk meg, a mi javaslataink alapján dől el, de a végső szó a megrendelőé. Ez azt jelenti, hogy egy fékpanelre két-három technológiát tudunk ajánlani a hagyományos portfóliónkból. A beépítési méret, helyigény és komplexitás alapján dől el, hogy melyik technológiát választjuk. Ebbe a portfólióba fog bekerülni a nyomtatott verzió is.

A kisebb és könnyebb alkatrészeknek köszönhetően növelhető a vonatok sebessége, vagy éppen az utastér?

Azt gondoljuk, hogy a kisebb helyigény és a tömeg a két leginkább érezhető előnye az additív technológiának. Az utastér kialakításánál fontos szempont lehet a 3D nyomtatással előállított termék használata, mert a fékvezérlő elemek sokszor az utastérben vannak elhelyezve, így itt nyerhető hasznos tér az additív gyártással készülő alkatrészekkel.

A tömegmegtakarítás első olvasatban nem tűnik jelentősnek, egy nagy vasúti jármű esetében egy-két kilogramm elenyészőnek tűnhet. Ha minden alkatrészt így építenek fel, akkor már más dimenziókról beszélünk.

Hogyan alakítja át az életünket a vasúti járművek továbbfejlesztése? Elhozhatja ez a technológia a vasúti közlekedés reneszánszát?

Az első ipari nyomtatók már húsz éve léteztek a piacon különböző technológiával, ezek főleg prototípusok gyártására voltak alkalmasak, majd fejlődtek a mai szintre. A technológia a gondolkodásmódban változtatja meg a konstruktőrök mindennapjait, és ha ehhez hozzávesszük azokat az eszközöket, amelyek ezt támogatják, például a különböző optimalizálási algoritmusokat vagy virtuális verifikációs lehetőségeket, akkor ez így, együtt már jelentős változást hozhat a vasúti járműgyártásban. Az igazi megújulást vagy térnyerést azonban a vasúti közlekedés környezetbarát mivolta, utaskomfortja és door-to-door jellege adhatja.

Természetesen korlátot jelent, hogy kevés ismeretünk és tapasztalatunk van azokról az új anyagokról, legyenek azok fém- vagy műanyag alapúak, amelyeket a nyomtatás során állítunk elő. A 3D nyomtatott alkatrészek alkalmazásának a vasúti közlekedésben minden bizonnyal meglesznek a maga korlátjai. A technológiának meg kell találnia a leginkább testhezálló felhasználást, legyen az közvetlen alkatrész, pótalkatrész vagy szerszámkomponens.

Milyen alkatrészek gyártása történhet 3D nyomtatással?

Ebből a szempontból nincs korlát: a sorrendiség és az evolúció adott, most a méret és a funkciókritikusság a fontos szempontok. Ha a tapasztalatunk növekszik, akkor egyre több alkatrész kerülhet be a portfólióba, idővel és a technológia fejlődésével pedig a termék méretéből adódó korlátok is csökkenni fognak.

A nyomtatott anyagok tulajdonképpen új anyagnak számítanak, hiszen más a szakítószilárdságuk, az anyagsűrűségük és az anyagszerkezetük. Milyen előnyei vannak ezeknek a változásoknak?

Az biztos, hogy ezek az anyagok mások, más módon keletkeznek, mint a hagyományosan használt fémanyagaink, viszont mechanikai tulajdonságaikat tekintve nagyon hasonlóak vagy egyenértékűek a korábban használt anyagokkal. A megfeleltethetőség még azonos kémiai összetétel mellett sem százszázalékos. Ez a technológia sajátossága: más szövetszerkezet alakul ki a nyomtatás során. Összességében, a nyomtatott anyagok nem jobbak vagy rosszabbak, hanem mások.

A nyomtatott alkatrészek megjelenhetnek más közlekedési eszközökben, például villamosokban és metrókban is?

Ebben nincs korlátozás, ha a feltételek adottak, bárhol használható ez a technológia. A darabszám és a méretanyag a meghatározó. Egy többezres példányban készülő járműhöz nem biztos, hogy alkatrész előállításra ez a technológia a legelőnyösebb, de egy ötvendarabos tender esetén megfontolandó, hogy érdemes-e a 3D nyomtatást alkalmazni.

Ezek alapján például a fogaskerekű járműveihez jól alkalmazható lenne a 3D nyomtatás?

Igen, ez az egyik legideálisabb példa. A speciális jármű, amiből csak pár darab készül. Ilyen esetben térülhet meg leginkább a 3D nyomtatás.

A 3D nyomtatás alkalmazása egy nagyon komoly innováció. A technológiát a Knorr-Bremse Budapestnél alkalmazták először, mekkora a magyar mérnökök szerepe ebben az innovációban?

Nagy. Egyrészt már az is egy nagy eredmény, hogy sikerült meggyőzni a döntéshozókat arról, hogy érdemes ebbe a technológiába beruházni. Meggyőződésem, hogy a Knorr-Bremse csak úgy maradhat a vasúti fékgyártás élvonalában, ha rendelkezik vízióval a jövő közlekedéséről és ebbe illeszkedik bele az additív technológia felkarolása is.

Amire leginkább büszkék vagyunk, az a technológia beüzemelése, validálása, ami teljes mértékben a budapesti kollégák érdeme. Nyilvánvaló, hogy ez a beruházás nem történhetett volna meg egy olyan világszintű háttér nélkül, amivel a Knorr-Bremse cégcsoport rendelkezik, de az is tény, hogy az összes telephely közül a fémporos nyomtatást nálunk állították üzembe elsőként, és ilyen azóta sincs máshol a cégcsoporton belül. Ez komoly előnyt és presztízst jelent számunkra.