Forradalom a vasútiparban! A 3D fémnyomtatás úttörő eredménye

A 3D fémnyomtatás a vasútipar forradalmát jelentheti több szempontból is, ám még közel sem tartunk ott, hogy teljes mélységig ismerjük a benne rejlő lehetőségeket. Dr. Kovács Attila, a Knorr-Bremse Vasúti Jármű Rendszerek Hungária Kft. fejlesztési igazgatója osztotta meg velünk tapasztalatait, gondolatait a 3D fémnyomtatásról, illetve a vállalat eddigi eredményeiről ezen a területen.

A 3D fémnyomtatás ipari alkalmazása közvetlenül felhasználható alkatrészek gyártására vonatkozóan egy kevésbé feltérképezett terep a szakemberek előtt, és még rengeteg potenciált tartogat – mutatja be a technológia helyzetét Attila. A 3D műanyagnyomtatáshoz hasonlóan megteremti a geometriai szabadságot, de ez egy jóval költségesebb technológia. Viszont az teljes mértékben igaz, hogy a hagyományos fémipari technológiák geometriai korlátait a 3D fémnyomtatással át lehet hidalni egy meglepően egyszerű módszertannal. A funkció leképezés hatékonysága magasabb, az optimálisan tervezett darab szinte teljesen mentes a mellékgeometriáktól. Ez az egyediség számtalan előnyt jelenthet a jövőre nézve, ugyanúgy, mint a gyártás rövidebb átfutási ideje.

Egyedülálló fejlesztés

A közelmúltban mutattuk be a 3D nyomtatott vasúti fékvezérlő panelünket. Ez egy olyan termék, amelyet az összes vonatkozó sztenderd szerint validáltunk – magyarázza Attila lelkesen. Nyugodtan mondhatjuk, hogy kielégíti ugyanazokat a követelményeket, mint az elődtermék. 90%-os tömegcsökkenést értünk el, ami abból adódik, hogy ebben az alkatrészben csak annyi anyag van, amennyi a funkció ellátásához szükséges, azaz semmiféle fölösleges részt nem tartalmaz. Emiatt egyrészt a térfogat, másrészt pedig a tömeg szempontjából is jelentős csökkenést realizáltunk.

Innováció minden fronton

Az elmúlt években a fémporos technológiák jelentős fejlődésen mentek keresztül, és rengeteg helyen zajlanak kísérletek ezzel kapcsolatban. Vasúti területen egyértelműen az elsők között vagyunk – mondja Attila büszkén.

A vasúti iparág megfontoltan tesz lépéseket a fejlesztések irányába, hosszabb életciklusokról és engedélyezési folyamatokról beszélünk. Folyamatosan keressük az innovációs lehetőségeket, amelyekkel termékeink könnyebbek, olcsóbbak és kisebb ökológiai lábnyommal üzemeltethetők és állíthatók elő.

A 3D fémnyomtatás technológiáját különböző szinteken használjuk, melyek közös jellemzője a relatív alacsony darabszám és az egyediség:

Az iparág jellegéből adódóan folyamatos igény van pótalkatrészek szállítására, úgy gondoljuk, hogy ez a technológia az egy-két-három-tízdarabos alkatrészgyártásra optimális folyamat lehet, és jelentősen csökkentheti a szállítási időket, így az esetleges üzemszünetek kockázatát a vasúti forgalomban.

Hasonló igény mutatkozik a különböző gyártási segédeszközök alkotóelemeinek a gyártására is.

A fejlesztés szempontjából a legfontosabb, hogy prototípusokat és mintákat gyorsan tudjunk előállítani.

A következő lépést a szériakomponensek világa jelenti. Azt gondoljuk, hogy ennek a technológiának itt is helye lehet – a magas variációszám és a relatíve alacsony darabszám miatt.

A piramis csúcsán pedig azok az alkatrészek találhatók, amelyek esetében alkatrész-összevonásról, funkció-összevonásról vagy olyan optimalizálásról van szó, ami a korábbi technológiákkal nem lett volna lehetséges. Ez most óriási piaci újdonságot jelent.

A pótalkatrész, illetve a prototípusgyártás területén folyamatosan dolgozunk, és áttörő eredményeket érünk el az optimalizált konstrukciók területén is.

Túllépni a technológia jelenlegi határait

A technológia fejlesztéséhez állami támogatással indított projekt során, 2017 második felében kezdtük el a technológia megismerését és a piacon elérhető berendezések vizsgálatát. A berendezést már 2018 elején telepítettük – tehát gyorsan eljutottunk a döntéstől a telepítésig. 2018 a megismerésről és tapasztalatszerzésről szólt, igyekeztünk minél több variációt tesztelni, míg 2019 a technológia hatékonyságának és stabilitásának növelésével telt el. Olyan minőségirányítási környezetet hoztunk létre, amely garantálja, hogy a kijövő termék minősége mindig stabil legyen, és megfeleljen az elvárásoknak. A mérnök munkatársak pedig ötletekkel álltak elő, hogy milyen termékeket gyárthatunk ezzel a technológiával, így született meg a fékpanel előállításának gondolata is.

Véleményem szerint gyors fejlődést produkáltunk. Mostanában már a technológiának olyan részleteivel foglalkozunk, amelyekre korábban még gondolni sem mertünk.

Kihívások leküzdése a technológiával

A 3D fémnyomtatási technológiának is vannak peremfeltételei, amelyeket a tervezésnél figyelembe kell venni. Bizonyos esetekben csak a második vagy a harmadik nyomtatás lesz sikeres, ezért a technológiai paraméterek optimalizálására nagy hangsúlyt kell fektetni – magyarázza Attila a projektben jelentkező kihívásokat. A munkafolyamat megfelelő tapasztalat vagy szimulációs környezet birtokában jelentősen gyorsítható. A fékvezérlő panelnél kiemelten fontos volt, hogy a belső üregekben – ami a csőrendszert alkotja a panelnél – ne legyen úgynevezett támaszanyag, ami a gyártás közbeni ideiglenes struktúrák stabilizálásához szükséges. Ennek elérése érdekében a funkció és a geometria oldaláról is kompromisszumokat kellett kötni.

Fontos a megfelelő gépek és anyagok kiválasztása

A berendezést annak alapján választottuk ki, hogy az alkalmas legyen acél, alumínium, illetve titánium anyag felhasználására is. Ez utóbbi inkább a kísérletező kedvünk miatt került a listára – teszi hozzá Attila. Az acél a klasszikus gépalkatrészek esetében fontos, az alumínium pedig a fékvezérlés alkotóelemei miatt. A mérettartomány és a variációszám szempontjából ez az optimális terület, amivel érdemes elkezdeni a technológia alkalmazását.

Először alumíniummal kezdtünk el kísérletezni, ami – mint kiderült – a fémnyomtatásban a kevésbé feltárt terület. Ugyanis az acél vagy a titán alkalmazása például az egészségügy és a szerszámgyártók révén komolyabb előélettel rendelkezik. Mondhatjuk – talán szerénytelenül – tehát, hogy az alumíniumnyomtatásban úttörő szerepet vállaltunk.

A gépbeszerzést megelőzően piackutatást végeztünk, több gyártót megpályáztattunk, alkatrészeket gyártattunk velük, és elemeztük az eredményeiket. Megvizsgáltuk a gépüzemeltetési, telepítési körülményeket is. Így választottuk ki a számunkra legmegfelelőbb gépet.

Magyarországról kiszolgálni az igényeket

A 3D fémnyomtatástól függetlenül az a célkitűzésünk, hogy ne meghosszabbított munkaasztalként működjünk, hanem önálló termékfejlesztés-menedzsment és termék-előállítás folyjon Magyarországon – ismerteti az elképzelését Attila. Optimalizált termékeket fejleszteni, illetve olyan megoldásokat kínálni, amilyeneket a hagyományos technológia nem tesz lehetővé, óriási előnyt biztosít a vállalatnak. Másrészt pedig a mérnök munkatársaknak óriási fejlődési lehetőség, hiszen egy teljesen új technológia működtetésében vehetnek részt.

A szimulációs csoportunk a kezdetektől támogatja a munkát, jelenleg olyan szimulációs megoldások bevezetésén dolgoznak, amely segítségével a próbálkozások száma csökkenthető és a gépidő minimalizálása és a gyártási idő csökkentése is lehetséges. Nemcsak a fékvezérlő panel fejlesztéséről beszélünk, hanem más termékek esetében is kidolgoztunk olyan megoldásokat, amelyek a hagyományos technológiákhoz képest körülbelül 60-70%-os tömegcsökkenést produkálnak.

Az a stratégiai célunk, hogy a Knorr-Bremse összes nyomtatáshoz kapcsolódó igényét Magyarországon szolgáljuk ki.

A jövő a 3D fémnyomtatásé

Nem látunk a jövőbe, de azt tudjuk, hogy ez a technológia nagyon gyorsan fejlődik– zárja a gondolatait Attila. Az biztosan elképzelhető, hogy bizonyos komponensek piacára betörjön, például a pótalkatrész-szolgáltatás esetében.

Többek közt azzal is foglalkozunk, hogy ne csak alkatrészt állítsunk elő, hanem pl. az alkatrész öntéséhez szükséges szerszámokat is. Ez kétszeres előnyt jelent számunkra: az egyik, hogy a technológia, illetve az eredeti anyag megmarad, tehát így nincs problémánk a minősítésekkel és az elfogadással. Ugyanakkor jelentősen csökkenthető a klasszikus technológiákhoz képest az átfutási idő. Erre is volt példánk az elmúlt időben – drasztikusan lecsökkentettük a darab szállítási idejét.

Némethi Botond/NEW technology magazin