Aides à la fabrication imprimées en 3D
La Deutsche Bahn utilise des aides à la fabrication imprimées en 3D pour améliorer la maintenance des véhiculesLa Deutsche Bahn, l’une des plus grandes sociétés ferroviaires au monde, assure le transport de plus de 10 millions de passagers chaque jour. Entretenir cette vaste infrastructure, qui permet de déplacer des millions de personnes, est une tâche colossale. Pour ce faire, la société exploite 50 ateliers répartis dans toute l’Allemagne, chargés de l’entretien de sa flotte de trains de passagers et de marchandises.
L’atelier de maintenance de véhicules de la Deutsche Bahn le plus au nord du pays est situé à Neumünster. Il compte près de 750 employés chargés de l’entretien, de la réparation, et parfois de la modification ou de la modernisation complète des voitures de voyageurs destinées aux trains interurbains et régionaux. Cet atelier est également équipé d’un parc d’impression 3D, qui contribue à rendre les opérations plus efficientes.
Carsten Wolfgramm, ingénieur spécialisé dans la fabrication additive chez DB Vehicle Maintenance, et Susanne Tost, responsable marketing du projet d’impression 3D du groupe DB, détaillent la manière dont la Deutsche Bahn utilise les solutions d’impression 3D de Formlabs. Ces solutions permettent de produire des aides à la fabrication simplifiant les flux de travail, réduisant les coûts et accélérant la remise en service des trains.
« Nous nous sommes lancés dans l’impression 3D en 2015, et depuis, nous avons déjà produit plus de 100 000 pièces qui ont permis à la Deutsche Bahn de réaliser des millions d’euros d’économies. »
Produire des aides à la fabrication sur site et à la demande
Le train Intercity Express, ou ICE, est le fleuron des trains de passagers de la Deutsche Bahn, destiné aux voyageurs d’affaires et aux navetteurs longue distance. Avec une vitesse atteignant jusqu’à 320 km/h, il offre des performances exceptionnelles. Les voitures ICE 1 de première génération, en service depuis plus de 30 ans, font actuellement l’objet d’une rénovation complète. Ce projet majeur de modernisation implique une étroite collaboration entre plusieurs ateliers, départements et divers corps de métier tels que les peintres, les serruriers et les électriciens. L’atelier de Neumünster joue un rôle central dans cette opération transnationale.
Carsten Wolfgramm, ingénieur spécialisé dans la fabrication additive, souligne l’importance des aides à la fabrication dans ce processus : « Les outils conventionnels ont leurs limites. Lors de la rénovation ou du démontage/remontage des wagons, de nombreuses étapes peuvent être optimisées pour gagner du temps et garantir la qualité et la cohérence. Lorsque des dizaines de wagons sont modernisés, les avantages de ces outils s’accumulent rapidement. »
Il ajoute : « En collaboration étroite avec nos employés et d’autres ateliers, nous développons de nombreux outils pratiques pour faciliter le travail, tels que la pose de pictogrammes, le traçage de lignes ou la création de points de perçage. Aujourd’hui, la technologie de l’impression 3D permet de produire d’excellents modèles qui améliorent notre efficacité. »
Auparavant, ces aides à la fabrication étaient fabriquées en bois par des méthodes de sciage, de ponçage et de fraisage, ou en utilisant des machines telles que des tours ou des fraiseuses pour des pièces métalliques. Cependant, ces techniques étaient beaucoup plus chronophages, laborieuses et coûteuses.
DB Véhicule Maintenance Neunmunster est l’un des ateliers impliqués dans le grand projet de modernisation des wagons ICE 1
l’atelier d’impression 3D Neumünster dispose de 10 imprimantes 3D différentes, dont deux imprimantes SLS de la série Fuse
L’atelier d’impression 3D de Neumünster est équipé de dix imprimantes 3D différentes, offrant une large gamme de technologies. Deux de ces imprimantes sont des modèles SLS de la série Fuse : l’une est configurée pour utiliser la polyvalente et résistante poudre de Nylon 12, tandis que l’autre est spécialisée dans l’impression avec le matériau flexible TPU 90A Powder. En plus de cela, l’atelier dispose de deux imprimantes résine, dont une Form 3L grand format et une Form 3 standard.
Selon les besoins spécifiques et les exigences des composants, Monsieur Wolfgramm et son équipe ont la flexibilité de choisir le processus d’impression et le matériau qui conviennent le mieux.
Carsten Wolfgramm, ingénieur de fabrication et expert en fabrication additive explique : « Nous utilisons les machines Formlabs parce que le rapport qualité-prix est imbattable pour nous. Elles sont fiables et toujours prêtes à l’emploi, en particulier les imprimantes SLS. Cela facilite grandement le travail lorsqu’il faut sans cesse modifier les pièces. Elles fonctionnent 24 heures sur 24, sept jours sur sept, tout au long de l’année. »
La présence de cet atelier d’impression 3D à Neumünster confère à l’équipe une agilité remarquable, leur permettant de répondre promptement à la demande. Wolfgramm explique : « « Nous ne sommes plus tributaires des longs délais de livraison et des chaînes d’approvisionnement, comme c’était le cas quand nous devions commander nos pièces », explique Wolfgramm.
« Avec l’impression 3D sur le site, nous sommes en mesure de répondre très rapidement aux besoins quotidiens de l’usine. Nous pouvons concevoir à l’avance des pièces pour différentes applications, les produire directement sur place et les utiliser dans l’atelier. Aucune autre technique de fabrication ne nous offre cela », ajoute M. Tost.
Applications de fabrication additive à Neumünster
Outils de masquage pour la peinture
Lors de la restauration des wagons ICE 1, tous les éléments en plastique subissent un processus de retrait, de ponçage, de remplissage et de repeinte. Parmi ces composants, on trouve un grand panneau en plastique rainuré installé derrière les poignées de porte de chaque wagon. Chaque panneau nécessite une double peinture, avec deux teintes distinctes, afin d’assurer une meilleure résistance à la saleté et à l’usure pour les parties sombres.
La peinture de formes courbes et de schémas de peinture plus complexes implique généralement la prise de mesures précises à l’aide de règles pliables et de pieds à coulisse. Cela permet aux peintres de marquer avec précision les emplacements et de masquer les surfaces adéquatement, garantissant ainsi une finition uniforme.
Le masquage des formes organiques était auparavant un travail manuel qui prenait du temps
Les outils imprimés en 3D peuvent réduire considérablement le temps de la prise de mesures
M. Tos explique « Avec l’impression 3D, nous pouvons facilement fabriquer un pochoir. Il suffit de le fabriquer une fois, et nous pouvons ensuite l’utiliser de diverses manières dans d’autres ateliers et d’autres lieux. Dans certains cas, nous avons pu réduire 30 minutes de travail de peinture à seulement deux minutes ».
Par rapport aux outils traditionnels, l’impression 3D offre une plus grande liberté de conception pour créer des outils complexes adaptés à certaines tâches. M.Wolfgramm ajoute« L’impression 3D, en particulier le processus SLS, permet d’obtenir des géométries complexes telles que des rayons et de petits renflements ». .
Protection contre les rayures pour les portes-bagages
Lorsque les wagons sont démontés, les porte-bagages sont retirés de leur emplacement. Après la restauration, qui comprend la peinture et la ré-huilage des murs, il est nécessaire de les réinstaller. Ces porte-bagages sont à la fois volumineux et lourds, et l’espace entre eux et le mur est particulièrement restreint. Il était donc impératif d’utiliser un matériau flexible pour les protéger contre les rayures et les impacts. Une égratignure accidentelle sur les murs aurait pu entraîner des travaux coûteux et laborieux. L’équipe de la Deutsche Bahn a élaboré des protections sur mesure et les a fabriquées grâce à l’imprimante Fuse 1+ 30W, en utilisant le matériau flexible TPU 90A Powder.
Un matériau souple, TPU 90A Powder, est utilisé par l’équipe pour protéger les porte-bagages contre les rayures chocs.
L’impression 3D SLS permet d’obtenir un design fin qui s’insère entre le porte-bagages et le mur.
M. Wolfgramm explique : « Avant que nous ne développions cette protection contre les rayures et que nous ne l’imprimions en 3D, nos collègues la masquaient toujours avec du papier bulle ou des moyens similaires pour essayer d’éviter les rayures, mais cela ne fonctionnait pas toujours. C’est la première fois que nous parvenons à éliminer complètement les rayures grâce aux nouvelles pièces en TPU ».
Prototypes de capuchons pour câbles
Les wagons ICE 1, datant de plus de 30 ans, présentent des pièces qui ne sont tout simplement plus en production. Lors du processus de restauration, l’équipe a constaté que de nombreux capuchons destinés à protéger et guider les câbles des prises électriques installées sous les sièges étaient soit endommagés lors du nettoyage, soit carrément manquants. Étant donné que ces capuchons sont des pièces sur mesure, leur remplacement s’est avéré être une tâche complexe, rendant évidente la nécessité du prototypage rapide grâce à l’impression 3D.
De nombreux capuchons qui protègent et guident les câbles des prises électriques ont disparu des wagons ICE 1.
L’équipe de DB a procédé à une rétroconception et a utilisé des prototypes SLS imprimés en 3D pour tester l’ajustement et se faire une idée des dimensions réelles.
M. Wolfgramm explique : « Ils ont été rétroconçus par le groupe DB, et il nous a été demandé d’imprimer les prototypes grâce à l’impression 3D SLS et Nylon 12 Powder pour tester l’ajustement et avoir une idée des dimensions réelles. La deuxième version était déjà parfaitement adaptée, et il a été facile de l’enfiler. Les possibilités offertes par l’impression SLS sont incroyables. L’ajustement, la vitesse et le matériau sont suffisamment solides pour que nous puissions l’essayer dans des conditions réelles »
Support pour scanner portable
Les aides à la fabrication peuvent également servir à rendre plus efficaces les activités quotidiennes des travailleurs dans divers ateliers. Les employés de DB Fernverkehr, spécialisés dans la gestion des matériaux, emploient des scanners portables pour l’identification et la gestion des matériaux. Auparavant, ils devaient manipuler ces scanners à la main et les reposer chaque fois qu’ils souhaitaient saisir un objet ou utiliser leurs deux mains.
Les employés chargés de la gestion des matériaux avaient besoin d’un moyen de fixer les scanners portables, afin de pouvoir les garder à portée sans qu’ils n’occupent continuellement l’une de leurs mains
L’équipe a crée trois supports différents qui peuvent être attachés à un sac, à un ceinture ou à un panneau porte-outils.
ls ont demandé : « Ne pourriez-vous pas concevoir un support pour ce scanner portable afin que nous puissions le transporter et l’avoir toujours à portée de main ? Au final, nous avons créé trois supports différents que vous pouvez attacher à un sac, à une ceinture ou à un panneau porte-outils. L’impression 3D SLS est idéale parce qu’elle s’adapte parfaitement à la forme de l’objet et que je ne dois pas enlever de supports, ce qui me permet de réduire le post-traitement au dépoussiérage et au sablage », explique M. Wolfgramm.
La maintenance des véhicules est désormais numérique
« Essayer la fabrication additive, c’est l’adopter. » Elle permet d’obtenir des géométries complexes qui ne pourraient jamais être réalisées avec des machines traditionnelles, ainsi que de fabriquer et de reproduire simplement des outils sans faire face à des coûts exorbitants. Une fois qu’un outil ou une pièce a été numérisé, il peut être imprimé n’importe où dans le monde », explique M. Wolfgramm.
L’objectif final consiste, bien entendu, à augmenter la production de pièces détachées imprimées en 3D pour leurs trains. Cependant, il est important de noter que les normes de sécurité applicables aux trains sont tout aussi rigoureuses, voire plus strictes que celles pour les avions. Actuellement, seules les imprimantes FDM industrielles installées sur place sont en mesure de se conformer à ces réglementations strictes. La Deutsche Bahn travaille en partenariat avec Formlabs et d’autres acteurs pour élaborer des flux de travail, des processus et des matériaux qui seront en mesure de satisfaire ces exigences à l’avenir.
« Notre objectif est de numériser 10 % de toutes les pièces détachées utilisées pour la maintenance des véhicules d’ici à 2030. Nous pourrons refabriquer des pièces à la demande dans un délai très court. Cela nous permettra de continuer à livrer des pièces rapidement, mais aussi d’être plus respectueux de l’environnement et de traiter les matériaux et les ressources de manière écologique, ce qui résoudra également de nombreux autres problèmes. »
