1 引言

增材制造（Additive Manufacturing，AM），也稱3D打印，是一種快速成型技術(shù)，應(yīng)用該技術(shù)可對(duì)許多零件進(jìn)行低成本的結(jié)構(gòu)改進(jìn)，并使之更快地投入使用，從而解決零件供應(yīng)緊張的問(wèn)題，顯著提高相關(guān)系統(tǒng)的可用性。目前，該技術(shù)已在各行業(yè)得到應(yīng)用，其在鐵路行業(yè)的附加值也不斷上升。

奧地利聯(lián)邦鐵路公司（?BB）作為奧地利最大的鐵路運(yùn)輸服務(wù)供應(yīng)商，每年運(yùn)輸超過(guò)4.69億乘客及1.2 億 t貨物，其鐵路線網(wǎng)上每天運(yùn)行6 500多列列車（圖 1）。為使鐵路車輛及基礎(chǔ)設(shè)施順暢運(yùn)轉(zhuǎn)，必須有充足的零件儲(chǔ)備作為保障。為此，?BB技術(shù)服務(wù)子公司（?BB-TS）

每年收到超過(guò)237 000份備件訂單，大至輪對(duì)、車體護(hù)板，小到按鈕、螺栓，任何零件的失靈都有可能導(dǎo)致列車故障。備件來(lái)源為不同的車輛制造商、備件供應(yīng)商，以及該公司自有的5個(gè)大型備件生產(chǎn)車間。隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，鐵路車輛、基礎(chǔ)設(shè)施零件的更新?lián)Q代也日益加速，導(dǎo)致一些零件難以在市場(chǎng)上找到替代品，而用傳統(tǒng)方法生產(chǎn)又會(huì)大幅提高成本。為在保證備件100%可用性的同時(shí)降低生產(chǎn)成本，?BB-TS引入3D打印技術(shù)，其購(gòu)買的第一臺(tái)3D打印設(shè)備為熔絲制造法（FFF）3D打印機(jī)，目前已有15臺(tái)3D打印設(shè)備投入生產(chǎn)。

本文將對(duì)?BB-TS在3D打印技術(shù)應(yīng)用方面的實(shí)踐與經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行介紹。

2 3D 打印技術(shù)概述

3D打印技術(shù)是融合計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、材料加工與成型技術(shù)，以數(shù)字模型文件為基礎(chǔ)，通過(guò)軟件與數(shù)控系統(tǒng)將專用的金屬、非金屬及醫(yī)用生物材料，采用擠壓、燒結(jié)、熔融、光固化、噴射等方式逐層堆積，制造出實(shí)體物品的制造技術(shù)。該技術(shù)與對(duì)原材料進(jìn)行去除、切削、組裝的傳統(tǒng)加工模式不同，是一種“自下而上”通過(guò)材料累加實(shí)現(xiàn)物件成型的制造方法，可擺脫傳統(tǒng)制造方式的制約，完成復(fù)雜結(jié)構(gòu)件的制造生產(chǎn)。

3D打印技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)如下。

（1）可以打印各種復(fù)雜的三維形狀，使設(shè)計(jì)者能夠自由地創(chuàng)造出比傳統(tǒng)替代品性能更好或成本更低的部件。

（2）不需要模具，可省去耗時(shí)的模具制造和加工操作，加快產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)和生產(chǎn)，為大規(guī)模定制鋪平道路。

（3）可按需生產(chǎn)零件，實(shí)現(xiàn)在短時(shí)間內(nèi)的備件快速提供和更換，減少對(duì)備件庫(kù)存的需求，因此無(wú)需保留大型備件存儲(chǔ)倉(cāng)庫(kù)，從而大幅節(jié)省倉(cāng)儲(chǔ)開(kāi)支、簡(jiǎn)化產(chǎn)品的維護(hù)工作。

3 3D 打印技術(shù)應(yīng)用實(shí)踐

最初，?BB-TS只能現(xiàn)場(chǎng)打印非常小的塑料零件，因?yàn)闅W洲鐵路行業(yè)的防火標(biāo)準(zhǔn)非常嚴(yán)格，并且當(dāng)時(shí)可用于大型備件打印且通過(guò)防火認(rèn)證的材料稀缺。后來(lái)，隨著專門針對(duì)各應(yīng)用領(lǐng)域、符合EN 45545《軌道車輛的防火保護(hù)》系列標(biāo)準(zhǔn)要求的材料的開(kāi)發(fā)，大型備件3D打印應(yīng)用案例不斷增多，目前已有3 500多個(gè)由不同金屬合金制成的備件通過(guò)3D打印技術(shù)生產(chǎn)出來(lái)。歐洲鐵路行業(yè)的各種應(yīng)用案例表明，3D打印技術(shù)已經(jīng)達(dá)到了生產(chǎn)安全相關(guān)部件所需的成熟度。未來(lái)，其將在具有防火認(rèn)證的復(fù)合材料及新型金屬合金材料備件生產(chǎn)領(lǐng)域有進(jìn)一步發(fā)展的空間。

為推廣3D打印技術(shù)，使其更適應(yīng)各領(lǐng)域、各專業(yè)的需求，?BB-TS針對(duì)?BB管轄的各區(qū)段、各部門、各專業(yè)工作人員進(jìn)行需求調(diào)查，向其展示相關(guān)領(lǐng)域的應(yīng)用可能性，并根據(jù)其需求量身定制3D打印解決方案。這是一項(xiàng)復(fù)雜的工作，因?yàn)槊總€(gè)區(qū)段、每列列車、每個(gè)零件對(duì)3D打印生產(chǎn)均有不同的要求，有的強(qiáng)調(diào)生產(chǎn)輔助設(shè)備的開(kāi)發(fā)，有的重視備件生命周期的延長(zhǎng)等。

?BB-TS還加強(qiáng)與供應(yīng)商、合作伙伴的合作，并從鐵路運(yùn)營(yíng)部門和維修人員處獲悉已安裝零件的薄弱環(huán)節(jié)，這些信息是上述機(jī)構(gòu)和人員在日常工作中發(fā)現(xiàn)并總結(jié)的，制造商無(wú)法憑借自身經(jīng)驗(yàn)獲得。此舉措具有以下積極意義：在產(chǎn)品開(kāi)發(fā)方面，可根據(jù)這些信息，對(duì)相關(guān)零件進(jìn)行優(yōu)化，從而大幅節(jié)省開(kāi)發(fā)成本（圖2）；在維護(hù)方面，零件的優(yōu)化可減小發(fā)生故障的概率，降低備件的采購(gòu)成本，從而確保鐵路更高效地運(yùn)營(yíng)。

為提高生產(chǎn)效率，?BB-TS通過(guò)引入5S（即整理、整頓、清掃、清潔、素養(yǎng)）、CIP（即不斷改進(jìn)流程）車間和價(jià)值流分析等精益管理方法，對(duì)3D打印技術(shù)流程中的待改進(jìn)方面進(jìn)行持續(xù)分析和優(yōu)化；此外，還對(duì)生產(chǎn)場(chǎng)所進(jìn)行改善，使其安全、有序、符合人體工程學(xué)要求，從而為員工創(chuàng)造更好的工作環(huán)境，提高其工作效率。

4 結(jié)語(yǔ)

?BB-TS將3D打印技術(shù)引入鐵路相關(guān)設(shè)備設(shè)施生產(chǎn)領(lǐng)域，發(fā)起了一場(chǎng)面向未來(lái)的變革，并積極推動(dòng)創(chuàng)新，從單純的用戶發(fā)展成為該領(lǐng)域的技術(shù)領(lǐng)導(dǎo)者。其在該領(lǐng)域的實(shí)踐也為業(yè)內(nèi)其他企業(yè)的相關(guān)發(fā)展提供了參考和借鑒。