易加三維金屬3D打印高性能定制剎車盤，高鐵應用前景廣闊

2022年5月19日，南極熊獲悉，國產(chǎn)3D打印機制造商易加三維Eplus3D通過最新的客戶項目在鐵路領域首次亮相。

Eplus3D公司與一家鐵路公司密切合作，使用大尺寸的EP-M650系統(tǒng)3D打印了一套終端應用到火車上的定制剎車盤。每個尺寸為Φ648 x 90mm3的部件是用24CrNiMo合金鋼打印的，從開始到結(jié)束的總建造時間為631小時。

這一使用案例是Eplus3D公司眾多3D打印應用中的最新案例，據(jù)說與傳統(tǒng)的生產(chǎn)方式相比，這種增材制造的剎車盤成本更低，交貨時間更短。

△EP-M650  3D打印機。圖片來自Eplus3D。

對高性能制動盤的需求

與航空航天和汽車一樣，鐵路行業(yè)也需要應用到高性能的金屬部件。如今高速列車的最高速度約為350公里/小時或以上，每節(jié)車廂重約60噸。因此，移動的列車背后有巨大的慣性和動能，這使得在短時間內(nèi)制動和停車變得非常困難。

制動盤的工作原理很簡單，就是相互擠壓，產(chǎn)生摩擦力來抵消火車車輪的旋轉(zhuǎn)。不幸的是，摩擦會產(chǎn)生大量熱量，因此制動盤（和制動片）經(jīng)常需要承受大約900°C的高溫。它們還被設計為在各種惡劣的環(huán)境中工作，包括雨、雪、沙塵暴和暴曬天氣。

今天的許多制動盤是由鋼合金制成的，并通過傳統(tǒng)工藝，如金屬鑄造和鍛造制造。雖然這些方法確實提供了出色的機械性能和表面處理，但它們也存在生產(chǎn)周期過長的問題。在采購替換用的備件時，這尤其麻煩，因為交貨可能需要幾個月的時間，而供應鏈的每一步都會增加成本。

△構(gòu)建室中的3D打印剎車盤。照片來自Eplus3D。

鐵路部門的一個新工具

采用增材制造的方法，Eplus3D利用其EP-M650 3D打印機，這是一個四激光粉末床融合系統(tǒng)，具有655 x 655 x800毫米的大尺寸構(gòu)建體積。

這款機器兼容大量的金屬粉末，如鈦、鋁、鉻鎳鐵合金、鈷鉻合金等。該項目使用的24CrNiMo鋼以其高抗拉強度、斷裂韌性和出色的熱穩(wěn)定性而聞名，這些都是制動盤的關鍵性能。

除了縮短交貨時間和降低生產(chǎn)成本之外，使用3D打印技術在提升零件性能方面也有一些好處。據(jù)Eplus3D稱，由于高功率激光束的反應性，3D打印的剎車盤提供了更好的密度，從而產(chǎn)生了更好的機械和摩擦性能。由于表面特征和孔是作為一個整體部件打印的，制動盤也被發(fā)現(xiàn)具有更好的散熱性。

最終，Eplus3D看到了其3D打印機在機車車輛領域的光明前景，提供了一種新的和改進的方法，在不犧牲零件性能的情況下制造了關鍵備件。

△數(shù)字剎車盤設計。圖片來自Eplus3D。

即便如此，Eplus3D也不是第一家在運輸領域利用增材制造技術的公司。就在最近，總部位于法國的機車車輛制造商阿爾斯通公司采用了Stratasys公司的FDM 3D打印技術來簡化其自身的備件生產(chǎn)過程。該公司的最新項目之一是為阿爾及利亞的Sétif Tramways生產(chǎn)一套緊急備件，大大縮短了交貨時間，為SétifTramways節(jié)省了數(shù)千美元的制造成本。

在其他地方，技術公司ARMOR的增材制造材料部門Kimya使用3D打印技術為一家不知名的鐵路供應商生產(chǎn)一個舊款的保護罩部件。該保護罩開發(fā)于1982年，其模具已不復存在，因此在用PEEK材料進行3D打印之前，必須從頭開始重新設計備件。