Additive è un faro: Siemens Mobility sulla crescente importanza della stampa 3D nel settore ferroviario
Spesso basato lungo coste pericolose o passaggi sicuri vicini alla terra, il faro è allo stesso tempo una struttura per aiutare la navigazione marittima e una metafora del rischio, della guida e della direzione. Nella loro evoluzione da incendi in collina a torri costruite con luce elettrica, forse possiamo aggiungere anche miglioramenti in termini di funzionalità e prestazioni a quella lista.
Siemens Mobility , nella sua applicazione della produzione additiva (AM) per l’industria ferroviaria, può riferirsi a molte di queste caratteristiche.
Era il 2013 quando l’azienda ha iniziato a riunire sei project leader, tutti con competenze ingegneristiche; cinque staff di supporto, con responsabilità che vanno dalla gestione delle applicazioni e alla logistica; e sei ingegneri di produzione, per produrre additivamente quelli che sarebbero diventati più di 13.000 pezzi di ricambio per il settore in sette anni. Molti dei suoi clienti di vetture stradali si sono poi riuniti per assistere a una presentazione, in cui Siemens avrebbe fatto la sua presentazione.
In questo incontro, dove è stato discusso il potenziale per abbreviare i tempi di consegna per la sostituzione di componenti vecchi di diversi decenni e spesso difficili da procurarsi, un rappresentante di SWU Verkehr ha illustrato come volevano modificare il design e la funzionalità dei braccioli dei loro conducenti di tram. Hanno chiesto se fosse possibile stampare in 3D un tale componente.
Era. Ed è diventato il primo di 1.300 progetti che non solo avrebbero soddisfatto la necessità di sostituire i componenti, ma si sarebbero allineati con l’idea di Siemens Mobility di far avanzare le parti allo stesso tempo. Nasce il programma Siemens “Sparovation”, una combinazione di “ricambio” e “innovazione”.
“Se tocchi una parte di età compresa tra 30 e 60 anni e cambiamo il metodo di produzione e talvolta anche il materiale, devi ottenere l’approvazione completa secondo le più recenti normative standard”, spiega Michael Kuczmik, Siemens Mobility Head of Additive Manufacturing . “Se i nostri progettisti devono fare l’ingegneria e considerare i nuovi standard e regolamenti, allora abbiamo detto, ok, [potremmo] anche migliorare la parte.”
Siemens verrebbe a sapere come, come regola generale, la certificazione dei componenti sostitutivi “primi nel suo genere” richiederebbe più tempo – a volte la parte migliore dell’anno – per essere rilasciata. Ci sono stati altri casi, tuttavia, in cui non sono state necessarie ricerche e sviluppi approfonditi e le parti di ricambio appena certificate sono state consegnate in soli nove giorni. Naturalmente, questi tempi di consegna sono una tantum: una volta che la certificazione è stata concessa, un pezzo di ricambio che ha richiesto mesi di lavoro ingegneristico e poi trascorso mesi nel processo di certificazione può essere consegnato continuamente nel tempo necessario per la produzione, la finitura e la spedizione. E meno tempo, meglio è, perché Siemens ha alcuni clienti che perdono migliaia di euro al giorno sui veicoli inattivi al deposito.
Per alcune aziende, come SWU Verkehr, quelle migliaia al giorno significano molto di più rispetto ad alcuni dei maggiori clienti di Siemens come Deutsche Bahn. SWU gestisce flotte di dieci tram Siemens Combino NGT UL e dodici tram Siemens Avenio M NGT 6 UL nelle città di Ulm e Neu-Ulm, il che significa che un veicolo inattivo rappresenta circa il 5% della sua flotta e il 5% delle sue entrate nell’ambito del suo servizio di tram offerta. Secondo il responsabile dei veicoli ferroviari dell’azienda Jürgen Späth, SWU “semplicemente non può permettersi” di spegnere un veicolo perché manca una parte di ricambio. Ma mentre l’urgenza di installare i pezzi di ricambio e riportare i tram sui binari è fondamentale, c’è una comprensione di come migliorare le parti man mano che vengono sostituite abbia senso a lungo termine.
L’azienda, che lavora con Siemens dal 2003, ha iniziato la sua implementazione di parti stampate in 3D con il bracciolo del conducente aggiornato sollevato nella riunione iniziale, che avrebbe continuato con tre controlli operativi aggiuntivi, canali per il passaggio dei cavi, una maggiore rigidità per proteggersi da danni futuri, ausili per l’assemblaggio per viti lunghe, instradamento del cablaggio più stabile, fissaggio integrato del cavo e numeri di serie e di identificazione delle parti e tracciabilità. Tutti sono stati implementati dopo una valutazione della parte tradizionale, con Siemens che si appoggiava ai giudizi dei suoi clienti e dei suoi reparti di progettazione e manutenzione ferroviaria. È una parte fondamentale del processo.
“[I nostri sei responsabili del progetto] esaminano il design convenzionale e cercano di capire quale fosse la ragione dei fallimenti: cosa può essere migliorato?” dice Kuczmik. “Con la produzione additiva, c’è una libertà di progettazione davvero elevata. E il mio team è in contatto con i progettisti di nuovi veicoli di Siemens, che hanno uno stretto scambio per comprendere veramente gli standard e le normative più recenti con l’esperienza che abbiamo in Siemens. E alla fine, c’è un prodotto che è decisamente migliore di una parte che ha dai 30 ai 60 anni. Questo è il vantaggio di Siemens come progettista, manutentore e fornitore di pezzi di ricambio “.
Un altro esempio in cui SWU ha sfruttato questa esperienza è stato quello di apportare miglioramenti all’esterno di un veicolo tranviario. Dal momento che i tram di SWU attraversano le città trafficate accanto al vivace traffico stradale, ci sono, a volte, collisioni tra tram e auto. Un miglioramento rapido e semplice della gonna anteriore del tram, ha ipotizzato SWU, era una luce di marcia diurna che avrebbe contribuito a rendere il veicolo più visibile agli altri utenti della strada.
“‘Sì, possiamo farlo'”, ricorda Kuczmik di aver detto ai suoi colleghi della SWU, “‘ma forse possiamo cambiare qualcos’altro”.
“Abbiamo chiamato [SWU] per un processo di co-creazione e ci hanno detto che l’incidente tipico è un’auto dal lato destro nella parte anteriore, perché sta girando a sinistra. [Tipicamente] cambiano la gonna anteriore completa invece che solo la parte piccola e danneggiata. Quindi, abbiamo diviso la gonna anteriore in tre parti, con molti piccoli dispositivi aggiunti per il cavo della luce di marcia diurna, e così ora il cliente deve cambiare solo un terzo della gonna anteriore completa [in caso di collisione ]. “
Entrambe queste applicazioni sono state prodotte in modo additivo utilizzando la tecnologia FDM (Fused Deposition Modeling): il bracciolo con un polimero “a basso costo” ei componenti della gonna anteriore con un polimero ad alte prestazioni che vanta il “più alto livello di ignifugo”, “altro proprietà meccaniche “e la capacità di sopportare” carichi di vento molto elevati “.
Tuttavia, Siemens non ha limitato la sua adozione della stampa 3D per i pezzi di ricambio ferroviari a polimeri o FDM. L’azienda ha anche investito nella tecnologia della fusione a letto di polvere metallica e sta producendo pezzi di ricambio in alluminio e materiali in acciaio inossidabile. “Non c’è limite alla sicurezza, se facciamo tutto in termini di approvazione, proprietà dei materiali, qualificazione e così via, nel modo giusto”, afferma Kuczmik, sottolineando anche come grazie alla profonda competenza ed esperienza dell’azienda nel settore ferroviario , Siemens ottiene la fiducia immediata dalla maggior parte delle aziende.
Tale fiducia era evidente all’Hamburger Hochbahn l’anno scorso quando una staffa di sospensione di una pinza freno DT4 è stata sostituita con una versione prodotta in modo additivo che ha ricevuto l’approvazione dal produttore dei componenti, dagli operatori ferroviari e dagli organismi di certificazione corrispondenti. Funzionando in modo simile al componente convenzionale con un adeguato livello di sicurezza, la staffa di sospensione in acciaio inossidabile è stata progettata per deviare le forze frenanti dall’unità pinza freno nel telaio del carrello, il che significa che deve sopportare una forza frenante equivalente a diverse tonnellate. Durante i test, è stato esposto a una sollecitazione di oltre 25 tonnellate e ha dimostrato una durata di 45 anni, con Siemens ora in procinto di suggerire il pezzo a Deutsche Bahn e, successivamente, ai clienti in Austria, Svizzera e Francia.
Avendo preso il rischio calcolato di investire in AM per questo sforzo nel 2013, Siemens Mobility, attraverso la produzione additiva di 13.000 pezzi di ricambio da 1.300 progetti certificati, continua a guidare e indirizzare i suoi clienti verso significativi risparmi sui costi attraverso tempi di consegna più rapidi. Lungo la strada, e migliaia di volte da quando si sono imbarcati, le parti non sono state solo sostituite, ma sono state migliorate. Per Siemens Mobility, l’impatto che l’AM sta avendo nel settore ferroviario è palpabile.
“Penso che ci siano molte aspettative su queste tecnologie perché la produzione additiva sembra essere una specie di faro nel nostro settore”, conclude Kuczmik. “Abbiamo molti veicoli, molti design diversi, molti problemi sull’obsolescenza: le parti non possono più essere consegnate. E con quantità molto basse, la produzione additiva sembra essere uno strumento per risolvere questo problema. È un grande miglioramento per il nostro settore “.
