L'impression 3D FDM au service de l'industrie ferroviaire

Angel Trains - Pièces pour les trains de voyageurs imprimées avec la solution FDM Stratasys

Fondée en 1994, Angel Trains est le principal fournisseur de matériel roulant pour l’industrie ferroviaire britannique, finançant et fournissant des trains de haute qualité aux opérateurs de services de voyageurs au Royaume-Uni. Chaque année, elle investit de manière significative dans des solutions innovantes pour moderniser et améliorer les flottes de trains au Royaume-Uni. L’un des plus grands défis de l’entreprise est de trouver une alternative à la chaîne d’approvisionnement traditionnelle pour les pièces de rechange, qui peine à faire face à la demande croissante. Contrairement à l’industrie automobile, où des millions de véhicules sont produits en série chaque année, le nombre de flottes dans l’industrie ferroviaire est comparativement très petit et certaines d’entre elles ont plus de 30 ans. Cette combinaison présente plusieurs défis pour les opérateurs de trains, en particulier en ce qui concerne la maintenance des véhicules et le remplacement des pièces. Angel Trains a donc choisi de s’associer à la société d’ingénierie DB ESG, ainsi qu’à Stratasys, pour montrer aux opérateurs de trains comment ils peuvent surmonter ces obstacles en imprimant en 3D des quantités plus petites de pièces en une fraction du temps et du coût des méthodes traditionnelles, démontrant ainsi l’utilisation de la solution Stratasys pour l’industrie ferroviaire.

Accoudoirs imprimés en 3D dans le train de Chiltern Railways – produit 94% plus rapidement par rapport aux méthodes de fabrication traditionnelles

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« Dans ces derniers temps, nous avons constaté une inquiétude croissante parmi les opérateurs concernant la recherche de pièces de rechange pour les flottes de trains plus anciennes à un coût raisonnable et dans un délai court », a expliqué James Brown, Ingénieur en données et en performance chez Angel Trains. « Le problème réside dans le fait que les méthodes de fabrication traditionnelles ne permettent que la rentabilité de la production en grande quantité de pièces de rechange, même si un opérateur n’a besoin que de quelques pièces obsolètes de train remplacées. Les délais de livraison peuvent également prendre des mois, aggravant davantage le problème. »

En conséquence, Angel Trains s’est associé à la société de conseil en ingénierie DB ESG, ainsi qu’à Stratasys, pour montrer aux opérateurs de trains comment ils peuvent surmonter ces obstacles en imprimant en 3D des quantités plus petites de pièces en une fraction du temps et du coût des méthodes traditionnelles. 

Cette collaboration intersectorielle a rapidement donné lieu aux premières pièces imprimées en 3D jamais déployées à bord d’un train de voyageurs en service au Royaume-Uni, démontrant ainsi l’utilisation de la solution Stratasys dans l’industrie ferroviaire. Il s’agissait de quatre accoudoirs de passager et de sept poignées de maintien, installés dans les trains de Chiltern Railways.

« Une pièce de rechange obsolète peut être imprimée en 3D à la demande et installée immédiatement, permettant aux opérateurs de mieux entretenir leurs trains et de remettre les véhicules en service plus rapidement, améliorant ainsi la qualité du service pour les passagers. »
James Brown, Ingénieur en données et en performance, Angel Trains

Économies sur les coûts de production et les délais de livraisons

La solution pour l’industrie ferroviaire de Stratasys comprend des matériaux qualifiés pour le rail et une impression 3D FDM® de qualité de production. Cela permet à Angel Trains d’atteindre d’importantes économies de temps et de coûts dans le remplacement des pièces, comme le démontre l’installation des accoudoirs dans les trains de Chiltern Railways.

Abat jour -imprimé - FDM

Poignées de maintien imprimées en 3D installées sur un train Chiltern Railways.

Le délai de livraison pour cette pièce en utilisant la fabrication conventionnelle serait d’environ quatre mois. Cependant, selon Brown, l’accoudoir final peut être produit en une semaine avec la solution pour l’industrie ferroviaire de Stratasys, ce qui représente une réduction du délai de presque 94 %. Brown estime également que des économies de coûts pouvant atteindre 50 % par pièce sont réalisables.

De même, dans le cas de la poignée de maintien sur le siège, la pièce de rechange était obsolète et le fournisseur d’origine n’était plus en activité. Pour fabriquer de nouvelles poignées de maintien, un nouvel outil de fabrication aurait été nécessaire, coûtant jusqu’à 15 000 livres sterling, avec un délai de livraison prévu de deux mois et demi. Avec la solution pour l’industrie ferroviaire, les poignées de maintien ont été produites en seulement trois semaines à un coût nettement inférieur par pièce.

« C’est une période passionnante pour l’industrie ferroviaire britannique », a déclaré Brown. « Avec la solution pour l’industrie ferroviaire de Stratasys, les opérateurs de trains peuvent être beaucoup plus réactifs pour remplacer les pièces en contact avec les passagers qui sont endommagées ou vandalisées. Une pièce de rechange obsolète peut être imprimée en 3D à la demande et installée immédiatement, permettant aux opérateurs de remettre les véhicules en service plus rapidement et de mieux entretenir leurs trains, améliorant ainsi la qualité du service pour les passagers. »

Obtenir la certification des pièces

Pour surmonter le défi de la certification des pièces imprimées en 3D pour une utilisation dans les trains de voyageurs, DB ESG a réalisé des tests complets sur une gamme de matériaux d’impression 3D de qualité industrielle. Les pièces finales ont été imprimées en 3D en résine ULTEM™ 9085 à l’aide de l’imprimante 3D Stratasys Fortus 450mc™. Cette imprimante de production hautement précise dispose d’une grande chambre de fabrication chauffée, permettant aux pièces de respecter les tolérances strictes et les exigences de répétabilité de l’industrie, ainsi que d’imprimer de grandes pièces uniques ou de multiples pièces plus petites en une seule opération. L’année dernière, la résine ULTEM™ 9085 a été certifiée conforme à la norme ferroviaire en matière de feu, de fumée et de toxicité, EN45545-2, une première pour l’industrie ferroviaire.

Martin Stevens, Directeur de l’Ingénierie Mécanique chez DB ESG, a commenté : « L’obtention de cette certification élimine un obstacle majeur qui a empêché une mise en œuvre plus répandue de l’impression 3D dans les trains au Royaume-Uni. Notre rôle dans ce projet a été d’étudier la conception, la production et la finition des pièces fabriquées à l’aide de la technologie FDM de Stratasys, de vérifier si les pièces sont conformes aux normes ferroviaires et si elles fonctionnent dans les environnements opérationnels. Nous avons également optimisé la conception des composants pour la fabrication en FDM. »

Améliorer davantage l’expérience des passagers

Avec la possibilité de produire en faible volume, Angel Trains explore déjà comment elle peut tirer parti de la solution pour l’industrie ferroviaire afin de personnaliser les intérieurs mieux adaptés au trajet des passagers.
« Nous avons testé des tables de dossier de siège imprimées en 3D avec du braille, indiquant au passager que les toilettes se trouvent à dix rangées derrière ce siège particulier », a déclaré Brown. « Ce niveau de personnalisation est sans précédent et ne peut être rendu possible que par l’impression 3D, offrant ainsi la possibilité d’améliorer considérablement l’expérience des passagers à l’avenir. »
Suite au succès de l’essai avec Chiltern Railways, le groupe a établi un processus reproductible pour les projets futurs, produisant des pièces conformes aux normes de l’industrie ferroviaire adaptées à une utilisation dans les véhicules de voyageurs. Avec des retours positifs des opérateurs de trains, le consortium à trois partenaires étendra le déploiement de pièces imprimées en 3D sur les trains de voyageurs britanniques avec un autre opérateur ferroviaire, le dernier essai étant conçu pour transformer la production ferroviaire telle que nous la connaissons.