Come la stampa 3D Roboze riduce la necessità di pezzi di ricambio nel settore ferroviario

La manifattura additiva Roboze per la stampa 3D nel trasporto ferroviario

L’industria ferroviaria ha subìto molti cambiamenti dalla sua nascita nel 1800. Dal trasporto di carbone dalle miniere al trasporto di passeggeri a centinaia di km/h, le infrastrutture ferroviarie sono la spina dorsale del trasporto terrestre e così rimarranno per ancora molto tempo. Tra i sistemi ferroviari si annoverano tram, metro, intercity, trasporto merci e trasporto passeggeri che, nel complesso, movimentano milioni di passeggeri e migliaia di tonnellate di merci ogni giorno in tutto il mondo.

Manutenzione del trasporto ferroviario: un costo importante per gli operatori ferroviari

Poiché la vita utile dei trasporti ferroviari si assesta solitamente tra i 20 e i 40 anni, per i sistemi elettrici e meccanici, l’affidabilità dei veicoli ferroviari è di fondamentale importanza per ridurre i costi di proprietà e aumentarne l’efficienza.

Circa il 30% dei costi del ciclo di vita di un treno ad alta velocità sono da imputare ai costi di manutenzione, posizionando questi ultimi al secondo posto nella classifica dei costi operativi, a pari merito con quelli relativi al consumo energetico (anch’essi al 30%). Considerando questi dati, è proprio la manutenzione l’area a cui bisogna prestare maggiore attenzione per l’ottimizzazione dei costi.

Le innovazioni nella manutenzione dei veicoli ferroviari

La manutenzione dei veicoli ferroviari è tipicamente programmata a chilometraggio o a tempo, ma questi parametri stanno cambiando. I sistemi ferroviari non sono estranei a cambiamenti dirompenti e la manutenzione degli stessi è stata resa più efficiente negli anni. Il miglioramento ormai già in atto riguarda la digitalizzazione, grazie a big data e a soluzioni avanzate di analytics che permettono di applicare tecniche innovative, come ad esempio la manutenzione su condizione o quella predittiva.

L’obiettivo di queste tecniche è ridurre i guasti, rendere la pianificazione della manutenzione più efficiente e aumentare la vita utile dei veicoli ferroviari. Effettuare la manutenzione all’interno delle carrozze passeggeri è particolarmente importante, considerando l’importanza che ricoprono le condizioni dei vagoni nella scelta da parte di un passeggero della compagnia con cui viaggiare.

Quali sono i problemi con i pezzi di ricambio?

Tornando ai costi di manutenzione nel settore ferroviario di cui parlavamo sopra, circa il 40% di questi ricade nelle spese relative a materiali e pezzi di ricambio. Questi ultimi, nello specifico, non risultano sempre facilmente reperibili. In particolare, i pezzi di ricambio di treni più datati sono molto complicati da reperire sul mercato, perché spesso ormai fuori produzione. In questi casi è necessario cercare un nuovo fornitore, lavorare a un nuovo design del pezzo e avviare un nuovo processo di produzione. Tutto ciò si traduce in un considerevole aumento del costo unitario del componente e dei tempi di approvvigionamento. Se, tra l’altro, del componente in questione servono solo poche unità (come spesso accade) i costi aumentano ulteriormente.

Per non rischiare di rimanere a corto di pezzi di ricambio si potrebbe creare un magazzino ad hoc, nel quale accumularne una certa quantità. Sebbene possa sembrare la scelta più semplice da attuare, questa comporta un grande dispendio di spazio, materiale e soldi, sia relativi al deterioramento dei pezzi se conservati per troppo tempo in magazzino, sia relativi allo stoccaggio.

Un'ultima opzione, tutt’altro che ottimale, consisterebbe nello stabilizzare il veicolo ferroviario su una linea inutilizzata e smontare dai vagoni i pezzi di ricambio necessari. Tuttavia, questa opzione prevede che uno o più vagoni vengano lasciati a deteriorarsi solo per fornire i pezzi di ricambio necessari, invece di essere usati per il loro scopo iniziale (trasporto merci o passeggeri).

Stampa 3D di pezzi di ricambio con le soluzioni Roboze

Come ripetuto diverse volte, molti pezzi di ricambio per l’industria ferroviaria comportano, a causa dei bassi volumi di produzione, tempi di approvvigionamento lunghi e costi elevati. Per le tecniche di produzione tradizionale i piccoli lotti possono rappresentare un problema, facilmente risolvibile dalla stampa 3D. Grazie alle soluzioni di manifattura additiva e ai super materiali di Roboze, la produzione di parti di ricambio on-demand e just-in-time nel settore ferroviario può essere garantita in tempi rapidi e a costi contenuti. Ciò dà la possibilità agli operatori ferroviari di rispondere in maniera più agile ai problemi di manutenzione, sostituendo un componente rotto o malfunzionante in modo tempestivo e a basso costo, anche se la parte danneggiata presenta una geometria particolarmente complessa. La libertà permessa dalla stampa 3D dà la possibilità di ottimizzare il design originario delle parti da riprodurre, ad esempio integrando più componenti in un’unica soluzione e di conseguenza riducendo sia costi che tempi di produzione.

Inoltre, la massa dei componenti può essere dimezzata sostituendo il materiale in cui sono realizzati: con l’additive manufacturing per il metal replacement di Roboze, i componenti che vengono realizzati con i nostri super polimeri pesano la metà e possono essere ottimizzati e ridisegnati per ridurne ulteriormente la massa. Ecco alcuni dei benefici che ne derivano:

• una massa ridotta comporta un minore consumo di energia e carburante e, di conseguenza, costi minori durante l’intera durata di vita del veicolo ferroviario;
• una massa minore in stampa 3D si traduce in una minore quantità di materiale necessario per la produzione del componente, riducendo sia il costo di produzione che l’impatto ambientale del processo di manifattura.

I magazzini digitali abbattono drasticamente i costi di stoccaggio

Un ulteriore beneficio della stampa 3D per il settore ferroviario riguarda la conservazione del file digitale a seguito della progettazione, senza la necessità di spazio in un magazzino fisico. Questo concetto è conosciuto come magazzino digitale e si è rivelato molto più efficiente, nonché economicamente vantaggioso, rispetto ai metodi tradizionali di stoccaggio: quando è necessario sostituire un componente, basta selezionare il file di riferimento dal catalogo digitale e avviare la stampa: più facile di così!

Applicazioni dei materiali di stampa 3D Roboze

Roboze ha a disposizione un portfolio di materiali per la stampa 3D che riesce a soddisfare qualsiasi applicazione. Ad esempio, il Polipropilene è ideale per sostituire i flapper nei wc dei vagoni treno (ampia compatibilità chimica, basso peso e ottima resistenza all’impatto). Parti di ricambio per pompe di drenaggio possono essere invece realizzate in Carbon PA (proprietà meccaniche comparabili a quelle dell’alluminio AA1050A). Componenti di vagoni come, ad esempio, un bracciolo danneggiato possono essere realizzati in ULTEM 9085 (buone proprietà FST, UL94-V0  a 1.5 mm e a 3mm).

Grazie a materiali ad alte performance come la Carbon PA (massima resistenza a trazione fino a 88Mpa e modulo elastico fino a 3.9GPa) le soluzioni di stampa Roboze non si limitano alla realizzazione di parti di ricambio per treni. Spesso in officina sono necessarie attrezzature personalizzate e Roboze, grazie alla sua specializzazione nel metal replacement, offre il metodo di realizzazione perfetto. Attrezzature, maschere, dime con geometrie personalizzate possono essere realizzate in poche ore, sostituendo pesanti e ingombranti parti in metallo con parti leggere ed ergonomiche in plastica, con proprietà comparabili, se non addirittura migliori. La natura additiva della stampa 3D comporta anche una riduzione sostanziale dello spreco di materiale rispetto alla produzione tradizionale, riducendo i costi e l’impatto ambientale.

Esempio di applicazione: componente per il meccanismo di abbassamento e sollevamento del letto nei vagoni letto