Sorotan Aplikasi:Pencetakan 3D di Industri Kereta Api
Selama 12 bulan terakhir, banyak perusahaan kereta api, termasuk Deutsche Bahn, Bombardier dan Angel Trains, telah berinvestasi dalam pencetakan 3D atau telah meningkatkan kemampuan pencetakan 3D mereka.
16 persen perusahaan di sektor logistik dan transportasi sekarang menggunakan pencetakan 3D untuk memproduksi suku cadang, menurut laporan terbaru oleh EY.
Apa yang mendorong adopsi ini?
Dalam Sorotan Aplikasi minggu ini, kita akan melihat pendorong di balik peningkatan adopsi manufaktur aditif (AM) di industri perkeretaapian, di samping mengeksplorasi kasus penggunaan yang paling menarik.
Lihat aplikasi lain yang tercakup dalam seri ini:
Pencetakan 3D untuk Penukar Panas
Pencetakan 3D untuk Bearing
Pencetakan 3D untuk Pembuatan Sepeda
Pencetakan 3D untuk Kedokteran Gigi Digital &Pembuatan Aligner Bening
Pencetakan 3D untuk Implan Medis
Roket Cetak 3D dan Masa Depan Manufaktur Pesawat Luar Angkasa
Pencetakan 3D untuk Pembuatan Alas Kaki
Pencetakan 3D untuk Komponen Elektronik
Kacamata Cetak 3D
Pencetakan 3D untuk Produksi Bagian Akhir
Pencetakan 3D untuk Bracket
Pencetakan 3D untuk Suku Cadang Turbin
Bagaimana Pencetakan 3D Memungkinkan Komponen Hidraulik Berperforma Lebih Baik
Bagaimana Pencetakan 3D Mendukung Inovasi di Industri Tenaga Nuklir
Mengapa perusahaan kereta api mengadopsi pencetakan 3D industri?
Membangun kereta api bukanlah hal yang mudah, karena membutuhkan komponen berkualitas tinggi untuk menjaga kereta tetap di jalurnya, biasanya selama beberapa dekade.
Tetapi apa yang terjadi jika beberapa komponen rusak? Relatif mudah untuk menemukan pengganti suku cadang yang baru saja diproduksi, namun, jika menyangkut komponen yang dibuat 20 hingga 30 tahun yang lalu, prosesnya menjadi rumit.
Dalam banyak kasus, perusahaan perkeretaapian dihadapkan pada situasi ketika produksi suku cadang yang mereka butuhkan telah dihentikan atau pabrikan tidak lagi beroperasi. Mengingat sedikitnya jumlah suku cadang yang dibutuhkan, merancang suku cadang baru dan memproduksinya, menggunakan metode tradisional yang disesuaikan dengan produksi volume tinggi, seringkali tidak masuk akal secara ekonomi.
Biaya waktu henti per hari untuk kereta api adalah juga cukup tinggi, mendorong perusahaan kereta api untuk mencari cara baru untuk memproduksi suku cadang usang dengan cara yang lebih cepat dan lebih murah.
Pencetakan 3D menjadi salah satu teknologi yang dapat mengatasi masalah tersebut. Ini adalah teknologi manufaktur digital, yang berarti bahwa itu bergantung pada alur kerja digital dan tidak memerlukan alat tambahan, seperti cetakan, untuk membuat bagian.
Produksi tanpa alat, yang dihasilkan oleh pencetakan 3D, dapat secara signifikan memangkas waktu pembuatan suku cadang usang, dalam beberapa kasus hingga 95%. Proses ini juga sering digabungkan dengan rekayasa balik, terutama ketika desain asli dari suatu bagian telah hilang.
Dengan cara ini, perusahaan perkeretaapian dapat mempercepat proses perawatan kereta api, membuat kereta api kembali digunakan dengan lebih efisien dari sebelumnya.
Pengadopsi awal pencetakan 3D di industri perkeretaapian , seperti Deutsche Bahn, telah mengidentifikasi beberapa bagian yang dapat dicetak 3D sebagai penggantinya. Diantaranya adalah suku cadang mesin kopi, pengait mantel, penutup roda kemudi, rangka sandaran kepala dan bahkan rambu Braille untuk pelancong tunanetra. Namun, daftar suku cadang yang dapat dicetak 3D untuk industri perkeretaapian terus bertambah.
Pendorong lain untuk adopsi pencetakan 3D di industri perkeretaapian adalah kemampuan untuk memproduksi alat bantu manufaktur seperti jig and fixture, lebih cepat dan sesuai permintaan. Meskipun kasus penggunaan yang kurang dipublikasikan, alat cetak 3D biasanya lebih ringan daripada alat tradisional dan dapat dirancang secara ergonomis, memberikan kemudahan penggunaan yang lebih besar bagi pekerja.
Teknologi pencetakan 3D yang digunakan untuk suku cadang kereta api
Sebagian besar suku cadang dan perkakas cetak 3D untuk industri perkeretaapian diproduksi menggunakan teknologi aditif polimer, seperti Fused Filament Fabrication (FFF) dan Selective Laser Sintering (SLS). Teknologi ini dioptimalkan untuk bekerja dengan termoplastik berperforma tinggi, seperti nilon dan ULTEM.
Akan digunakan untuk komponen kereta api, material ini harus memenuhi standar keselamatan kebakaran industri. Beberapa perusahaan menawarkan termoplastik tahan api. Stratasys, misalnya, telah mengembangkan bahan yang sesuai dengan Standar Rel EN45545-2 untuk keselamatan kebakaran.
Markforged, pengembang printer 3D komposit, juga baru-baru ini memperkenalkan bahan komposit berbasis nilon tahan api. Materi ini bertujuan untuk memperluas jangkauan aplikasi pencetakan 3D di industri perkeretaapian, selain industri dirgantara, otomotif, dan pertahanan.
Sementara sebagian besar suku cadang, yang dicetak 3D untuk industri kereta api, adalah suku cadang polimer, pencetakan 3D logam juga mendapatkan daya tarik. Teknologi seperti Selective Laser Melting (SLM) dan Metal Binder Jetting paling sering diadopsi untuk membuat suku cadang dengan logam seperti aluminium, baja, dan, baru-baru ini, titanium.
Aplikasi pencetakan 3D di industri kereta api
Deutsche Bahn 3D mencetak suku cadang pengganti logam
Perusahaan kereta api Jerman, Deutsche Bahn, telah menjadi salah satu pelopor dalam mengadopsi pencetakan 3D untuk suku cadang. Selama beberapa tahun terakhir, Deutsche Bahn telah mengidentifikasi kemungkinan penggunaan AM untuk lebih dari 100 kasus penggunaan. Sebagian besar suku cadang relevan dengan ketersediaan, artinya suku cadang tersebut sulit diperoleh, menyebabkan waktu henti kendaraan selama sebulan.
Salah satu contoh bagian tersebut, melibatkan penutup bantalan wheelset untuk lokomotif Kelas 294. Model ini mulai digunakan pada tahun 1960-an dan 1970-an, dan suku cadang untuk beberapa komponen, seperti penutup ini, tidak ada.
Secara tradisional, Deutsche Bahn perlu memiliki bagian baru yang diproduksi, menggunakan proses pengecoran. Namun, metode ini biasanya melibatkan jumlah pembelian minimum yang tinggi dan pengiriman suku cadang dapat memakan waktu beberapa bulan.
AM muncul sebagai alternatif alami, karena mampu membuat part ini lebih cepat dan sesuai permintaan. Perusahaan beralih ke biro layanan, yang mencetak 3D penutup bantalan menggunakan teknologi Wire Arc Additive Manufacturing (WAAM). Proses WAAM menggunakan kawat sebagai bahan baku. Kawat dimasukkan melalui nosel dan dilas, lapis demi lapis, ke dalam benda kerja akhir.
Bagian yang berbobot 13 kg, dicetak hanya dalam 7 jam, memberi Deutsche Bahn manfaat seperti peningkatan suku cadang ketersediaan dan biaya produksi yang jauh lebih rendah.
Siemens Mobility:perkakas cetak 3D
Siemens Mobility, sebuah perusahaan yang mengkhususkan diri dalam sistem lalu lintas cerdas dan teknologi kereta api, telah mengadopsi pencetakan 3D di Pusat Layanan Kereta RRX untuk memproduksi perkakas yang kompleks, selain suku cadang.
Dalam satu contoh, depot perawatan baru telah mencetak 3D alat penghubung penting yang digunakan dalam perawatan bogie kereta api (bogie adalah sasis atau struktur yang menyangga poros roda). Pembuatannya cukup sulit, dengan menggunakan metode konvensional, karena alat ini memiliki bentuk yang kompleks sehingga memerlukan tingkat penyesuaian yang tinggi.
Selain itu, bogie memiliki berat beberapa ton, yang berarti harus dibuat dengan bahan yang kuat dan tahan lama yang dapat menahan tekanan signifikan yang diberikan saat kereta bergerak.
Sebagai alternatif, tim di pusat menggunakan teknologi FDM Stratasys dan ULTEM 9085 kelas industri. Pencetakan 3D memungkinkan Siemens Mobility memanfaatkan manfaat kustomisasi pencetakan 3D dan menggantikan metode manufaktur tradisional untuk ini aplikasi perkakas.
Perusahaan juga melaporkan bahwa alat cetak 3D membantu mereka mengurangi ketergantungan mereka pada alat outsourcing melalui pemasok dan juga memangkas biaya per bagian.
Eksplorasi Angel Trains dalam pencetakan 3D
Perusahaan penyewaan rolling stock, Angel Trains, baru-baru ini bermitra dengan Stratasys, mencari komponen interior kereta cetak 3D, seperti sandaran tangan, pegangan pegangan, dan meja sandaran kursi.
Komponen terpilih tersebut kini sedang diujicobakan pada KA penumpang in-service. Sejauh ini, uji cobanya positif. Misalnya, produksi sandaran tangan cetak 3D hanya membutuhkan waktu seminggu — penurunan 94% dibandingkan dengan menggunakan metode manufaktur konvensional
Perusahaan ini menggunakan teknologi Stratasys FDM, dikombinasikan dengan ULTEM 9085 suhu tinggi termoplastik, hingga suku cadang cetak 3D sesuai permintaan. Filamen yang digunakan dikatakan kompatibel dengan standar industri kereta api (Standar Rel EN45545-2, khususnya) dan memiliki ketahanan api dan daya tahan yang lebih besar daripada termoplastik tradisional.
Dalam kasus lain, pencetakan 3D membantu Angel Trains untuk memproduksi pengganti pegangan tangan. Suku cadang asli sudah usang, dan pemasoknya gulung tikar. Membuat suku cadang, menggunakan metode tradisional, akan membutuhkan produksi alat manufaktur baru, yang dapat menimbulkan biaya hingga £15.000 dan waktu pengerjaan selama dua setengah bulan.
Namun, menggunakan pencetakan 3D FDM, memungkinkan perusahaan untuk memproduksi ketujuh pegangan yang dibutuhkan untuk kereta api, hanya dalam tiga minggu dan dengan biaya yang jauh lebih rendah.
Yang menarik, Angel Trains juga menjajaki kemungkinan penyesuaian baru dengan pencetakan 3D. Misalnya, perusahaan sedang mencari peluang untuk mencetak 3D meja sandaran kursi dengan braille, memberi tahu penumpang bahwa toilet berjarak sepuluh baris dari tempat duduk mereka.
Jika berhasil, aplikasi seperti ini dapat secara signifikan meningkatkan pelayanan kereta api dan pengalaman penumpang di masa depan.
Pencapaian CAF dalam pencetakan 3D
CAF, produsen kendaraan, peralatan, dan bus kereta api Spanyol, juga telah berhasil menggunakan pencetakan 3D untuk produksi suku cadang dan komponen fungsional. Sejak September 2016, CAF dikatakan telah memproduksi sekitar 2.400 suku cadang cetak 3D untuk digunakan di rolling stocknya, termasuk tempat gelas, braket radio, bingkai jendela, penutup wiper, dan penyangga pintu.
Perusahaan ini juga menggunakan pencetakan 3D skala besar untuk menghasilkan komponen eksternal berukuran hingga beberapa meter. Di antara bagian tersebut adalah komponen front-end, dicetak 3D untuk trem Urbos. Agaknya, bagian itu dicetak 3D menggunakan printer 3D Super Discovery FFF, yang dikembangkan oleh pabrikan Spanyol, CNC Bárcenas.
CAF menyebut kemampuan untuk memproduksi suku cadang, dengan dimensi berbeda dan geometri kompleks, sebagai manfaat utama teknologi pencetakan 3D. Perusahaan mengatakan itu membantu mereka untuk mematahkan ketergantungan pada cetakan dan pola asli saat memproduksi komponen, mengurangi waktu ke pasar untuk suku cadang baru.
Contoh lain
Jumlah perusahaan kereta api yang mulai mengeksplorasi pencetakan 3D terus bertambah.
Misalnya, Bombardier diatur untuk menginstal printer 3D Stratasys untuk mempercepat dan menyesuaikan produksi bagian rel. Pabrikan berencana untuk menggunakan teknologi tersebut untuk mencetak 3D bagian interior dan eksterior kereta, seperti saluran udara, rumah dan pemegang kabel.
Wabtec Corporation, produsen global untuk industri kereta api dan transit, juga ikut-ikutan dalam pencetakan 3D. Musim panas ini, perusahaan berinvestasi dalam teknologi jet pengikat H2 GE Additive. Wabtec telah mengidentifikasi kasus penggunaan sebanyak 250 komponen di lini produknya, yang dapat diproduksi dengan AM.
Pencetakan 3D di industri perkeretaapian:Dampak transformatif
Manfaat menggunakan pencetakan 3D di industri perkeretaapian menjadi lebih jelas. Perusahaan di sektor ini sangat ingin menerapkan teknologi, untuk mengatasi masalah dengan suku cadang usang dan waktu tunggu yang lama untuk perkakas dan komponen penggunaan akhir.
Namun, contoh di atas menunjukkan bahwa bagi sebagian besar perusahaan, perjalanan pencetakan 3D baru dimulai. Mereka akan membutuhkan waktu dan uang untuk mengetahui bagaimana menggunakan teknologi secara maksimal. Namun imbalan yang menunggu di akhir perjalanan menjanjikan dampak positif dan transformatif pada rantai pasokan dan operasi layanan perkeretaapian.
