德国联邦铁路公司 (DB) 是世界上最大的铁路公司之一，每天运送超过 1000 万名乘客。维护运送数百万人所需的庞大基础设施并非易事－该公司在全德经营着 50 余家工厂，为其客运和货运列车提供服务。
DB 车辆维修子公司的新明斯特工厂位于最北端，拥有近 750 名员工，负责城际列车和通勤列车乘客车厢的维护、修理，有时还进行全面检修或现代化改造。该工厂也是拥有现场 3D 打印车间的设施之一，旨在提高运营效率。
“我们在 2015 年就开始使用 3D 打印技术，从那时起，我们已经在德国联邦铁路公司内部生产了 10 万余个部件，节省了数百万欧元。”
德国联邦铁路集团 3D 打印项目营销专家 Susanne Tost
请继续阅读，了解德国联邦铁路公司制造工程师兼增材制造专家 Carsten Wolfgramm 和德国联邦铁路集团 3D 打印项目营销专员 Susanne Tost 如何使用 Formlabs 3D 打印解决方案生产制造辅助工具，以简化工作流程、降低成本，并帮助列车快速恢复运行。
现场按需生产制造辅助工具
城际快车 (ICE) 是德国联邦铁路公司的旗舰客运服务，主要面向商务旅客和长途通勤者，时速高达 320 公里。
第一代 ICE 1 客运列车已投入运行长达 30 余年，现在正在进行全面翻新：几乎全部拆除、从头开始重建、配备现代化设施，并重新喷漆。
这一大型现代化项目需要多个工厂和部门以及油漆工、锁匠、电工等各行各业的人员密切合作。新明斯特工厂则是此跨国运营的中心之一。
新明斯特 DB 车辆维护厂是参与 ICE 1 客运列车大型现代化项目的工厂之一。
Wolfgramm 表示：“制造辅助工具必不可少，因为使用现有的传统工具无法完成所有工作。”
在翻新每个部件以及拆卸或重组客运列车的过程中，有许多步骤都可以更轻松地完成，以节省时间或确保质量和一致性。在对数十辆客运列车进行现代化改造时，这些工具的优势就会迅速凸显。
“通过与本厂以及其他工厂的人员密切合作，我们正在开发大量实用工具，旨在帮助工人粘贴图形、画线或标记钻孔位置，消除大量测量时间。如今，3D 打印技术可以制作出色的模板，让工作变得更轻松。”Wolfgramm 表示。
传统上，这些制造辅助工具均在木工车间由木材通过锯切、打磨和铣削制作而成，或者在需要金属部件时使用车床或铣床等传统金属加工机器。然而，这些解决方案更加耗时、费力且昂贵。
“增材制造提供了无可匹敌的能力，可以快速处理初始形状，然后对其进行改进。因为我们拥有 CAD 软件中的数字设计功能，所以如果出现不合适或需要更改的情况，我们可以快速调整。设计是否需要更新、放大或缩小？“3D 打印（尤其是粉末打印）可谓是无与伦比。”
Carsten Wolfgramm，德国联邦铁路公司制造工程师兼增材制造专家
新明斯特的 3D 打印车间拥有十台不同的 3D 打印机，其中包括两台 Fuse 系列 SLS 打印机。
德国联邦铁路的团队与 Formlabs 白金合作伙伴 IGO3D 在增材制造战略发展方面建立了紧密的合作关系，并为其业务和各种应用确定了适合的解决方案。
位于新明斯特的 3D 打印车间拥有十台搭载多种技术的不同 3D 打印机。其中两台是 Fuse 系列 SLS 打印机，一台使用多功能且强度高的 Nylon 12 Powder，另一台使用柔性材料 TPU 90A Powder。车间里还有两台树脂打印机，一台是大幅面 Form 3L 打印机，另一台是 Form 3 打印机。
Wolfgramm 及其团队可以根据询价和部件要求，选择最适合的打印工艺和材料。
“我们之所以使用 Formlabs 设备，是因为其性价比对我们来说是无可匹敌的。它们非常可靠、即插即用，尤其是 SLS 打印机。在不断迭代部件的情况，可以简化工作。而且这些打印机可以全年不间断运行。”
Carsten Wolfgramm，德国联邦铁路公司制造工程师兼增材制造专家
将 3D 打印车间设在新明斯特，可以使团队保持灵活性，并根据需求快速响应。Wolfgramm 说：“不同于发送订单，我们不再依赖于供应链和漫长的周转时间。”
“借助 3D 打印技术，我们能够非常迅速地满足工厂的日常需求。我们可以提前为不同的应用进行设计，直接在现场生产，然后在工厂实施。没有其他任何生产厂家能为我们提供这种服务”，Tost 补充道。
新明斯特的增材制造应用
喷漆用遮蔽工具
在修复 ICE1 客运列车时，所有塑料部件都要拆除、打磨、填充并重新喷漆。其中一个部件是安装在每节车厢门把手后的大型凹槽塑料面板。每块面板都需要采用新型双色油漆设计，这样深色部分可以更持久地防止留存污垢和使用痕迹。
喷涂弧形和更复杂的油漆方案通常需要使用折叠尺和卡尺费力进行测量，以便油漆工正确标记位置和遮蔽表面，从而实现一致的效果。
遮蔽有机形状一直都是一种耗时的手工操作。
3D 打印遮蔽工具可以大幅减少测量花费的时间。
“利用 3D 打印技术，我们可以轻松开发模板。只需制作一次，然后就可以在其他工厂和地点以各种方式加以利用。例如，我们可以将 30 分钟的喷漆工作缩短到 2 分钟。”Tost 表示。
与传统工具相比，3D 打印提供了更大的设计自由度，可以制造出适合特定工作的复杂工具。Wolfgramm 补充说：“增材制造技术，尤其是 SLS 工艺，可以实现复杂的几何形状，如半径和小凸起。”
3D 打印遮蔽工具全面指南
在本白皮书中，我们将介绍如何使用 3D 打印来制造用于喷漆、涂层、电镀或其他部件表面处理的遮蔽工具，从而减少劳动时间和成本，并实现复杂的新型几何形状和表面光洁度。
行李架的划痕保护
长途客运列车在拆卸时，行李架会被拆除。修复完成后，一旦粉刷车厢壁并重新加固，就需要将行李架放回原位。而这些行李架又大又重，而且与车厢壁之间的缝隙非常小，因此需要一种柔性材料作为防刮伤和防撞击的保护层。如果工人不小心划伤了车厢壁，就会需要返工，这不仅成本高昂也十分费时。DB 的团队设计了定制保护罩，并在 Fuse 1+ 30W 中使用柔性材料 TPU 90A Powder 进行打印。
该团队使用柔性材料 TPU 90A Powder 进行划痕和冲击保护。
SLS 3D 打印实现了可以安装在行李架和车厢壁之间的超薄设计。
“在我们开发出这种划痕保护装置并使用 3D 打印出来之前，我们的同事总是使用气泡膜或类似工具进行传统遮蔽工作，以试图避免划痕，但这并非每次都能成功。由于采用了新的 TPU 部件，我们终于第一次成功地完全消除了划痕。”Wolfgramm 说。
电缆导向器盖帽原型
由于 ICE 1 客运列车生产已有 30 多年之久，有些部件已经不复存在。在修复过程中，团队发现许多用于保护和引导安装在座椅下方的插座电缆的盖帽在清洁时破损或完全丢失。由于这些都是定制部件，他们无法轻易找到替代品。
在 ICE1 客运列车中，许多保护和引导电源插座电缆的盖帽均已丢失。
DB 的团队对设计进行了逆向工程，并使用 SLS 3D 打印原型来测试配合度，并获得真实尺寸。
“DB 公司对这些部件进行了重建，并要求我们使用 SLS 3D 打印技术和 Nylon 12 Powder 打印原型，以测试是否匹配并了解实际尺寸。我认为第二个版本已经非常匹配，可以轻松滑入就位。SLS 打印技术提供的可能性是一流的。配合度、速度和材料强度都很高，因此我们可以进行实际尝试，”Wolfgramm 说道。
手持扫描仪支架
制造辅助工具还可用于简化各工厂工人的日常工作。DB Fernverkehr 公司从事材料管理的员工使用手持扫描仪识别和管理材料。通常，他们必须手持扫描仪，如果要拿东西或使用双手，就必须放下设备。
材料管理部门的员工需要一种安装手持扫描仪的方法，便于将扫描仪放在身边，而不用一直占用一只手。
该团队制造了三种不同的支架，可以固定在包、腰带或工具箱上。
“他们问道：‘你们就不能为这个手持扫描仪设计一个支架，让我们可以随身携带、随时使用吗？’ 最终，我们设计了三种不同的支架，可以固定在包、腰带或工具箱上。SLS 3D 打印很简单，因为它可以打印出真实尺寸，而且我不需要移除任何大型支撑结构，所以除了除粉和喷砂之外，我不需要做很多后处理操作。”Wolfgramm 说道。
面向未来的车辆维护数字化
“增材制造将长期存在。它使传统机器无法实现的复杂几何形状成为可能，并可以轻松制造和复制工具，而不会产生高昂的额外成本。工具或部件在数字化后，就可以在世界任何地方打印出来。”Wolfgramm 说。
当然，最终目标是能够为他们的车队制造更多成品 3D 打印备件。然而，列车的安全法规与飞机一样严格，有时甚至更加严格。如今，只有现场的工业级 FDM 打印机才能满足这些严格的规定。德国联邦铁路公司正在与 Formlabs 公司和其他合作伙伴联手，开发工作流程、工艺和材料，以便在未来通过认证以满足这些要求。
“我们的目标是到 2030 年在车辆维护中实现 10% 的备件数字化。” 这将支持我们快速按需再制造部件。“这将确保我们能够继续快速交付部件，同时也确保生产过程以及材料和资源处理过程绿色环保，从而解决许多其他挑战。”
