Angel Trains et DB ESG déploient les premières pièces imprimées en 3D sur des trains de voyageurs anglais

Fondé en 1994, Angel Trains est le principal fournisseur de matériel roulant pour l'industrie ferroviaire britannique. Il finance et fournit des trains de haute qualité aux opérateurs de services voyageurs britanniques. Chaque année, la société réalise des investissements considérables dans des solutions innovantes afin de moderniser et améliorer les flottes de trains britanniques. L'un de ses plus grands défis est de trouver une alternative à la chaîne d'approvisionnement traditionnelle pour les pièces de rechange. Celle-ci a du mal à faire face à la demande croissante.

Contrairement à l'industrie automobile, où les véhicules sont produits en masse, par millions, chaque année, le nombre de flottes dans l'industrie ferroviaire est comparativement plus faible et vieux de plus de 30 ans dans certains cas. Cette combinaison présente plusieurs défis pour les opérateurs ferroviaires, notamment en ce qui concerne l'entretien des véhicules et le remplacement des pièces.

« Ces derniers temps, nous avons constaté une inquiétude croissante émanant des opérateurs, à savoir que l'approvisionnement en pièces de rechange pour des flottes de trains plus anciennes à un coût raisonnable et dans un court laps de temps s'avère de plus en plus difficile », a expliqué James Brown, ingénieur des données et des performances chez Angel Trains. « Le problème est que les méthodes de fabrication traditionnelles ne sont rentables que pour la production de gros volumes de pièces de rechange. Or, un opérateur peut n’avoir besoin que du remplacement de quelques pièces de train obsolètes. Les délais peuvent également prendre des mois, ce qui aggrave encore le problème. »

Par conséquent, Angel Trains s'est associé au cabinet de conseil en ingénierie DB ESG et à Stratasys pour montrer aux opérateurs ferroviaires comment ils peuvent surmonter ces obstacles en imprimant en 3D de plus petites quantités de pièces en une fraction du temps et du coût demandés par les méthodes traditionnelles. Cette collaboration interentreprises a rapidement abouti au déploiement des premières pièces imprimées en 3D dans un train de voyageurs en service au Royaume-Uni. Celles-ci comprenaient quatre accoudoirs passagers et sept poignées de maintien, installés sur des trains de Chiltern Railways.

D’importantes économies sur les coûts et les délais de production

La Solution pour l’industrie ferroviaire de Stratasys comprend des matériaux qualifiés pour le rail et l'impression 3D FDM®. Elle permet à Angel Trains de réaliser d'importantes économies de temps et de coûts dans le cadre du remplacement de pièces, comme le démontre l'installation d'accoudoirs sur les trains de Chiltern Railways.

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

Le délai de livraison de cette pièce avec 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 diminution du délai de près de 94%. Brown estime également que des économies de coûts pouvant atteindre 50% par pièce sont réalisables.

Par ailleurs, pour les poignées de maintien sur les sièges, 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, pouvant coûter jusqu'à 15 000 £, 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 palpitante pour l'industrie ferroviaire britannique », a déclaré Brown. « Avec la solution pour l'industrie ferroviaire de Stratasys, les opérateurs ferroviaires sont beaucoup plus réactifs face au remplacement des pièces qui sont endommagées ou vandalisées. Une pièce de rechange obsolète peut être imprimée en 3D à la demande et installée immédiatement, ce qui permet aux opérateurs de remettre les véhicules en service plus rapidement et de mieux entretenir leurs trains - améliorant ainsi la qualité de service pour les passagers. »

Obtention de la certification des pièces

Pour relever le défi de la certification des pièces imprimées en 3D pour une utilisation sur les trains de voyageurs, DB ESG a effectué des tests complets sur une gamme de matériaux d'impression 3D de qualité industrielle. Les pièces finales ont été imprimées en 3D dans de la résine ULTEM ™ 9085 à l'aide d'une imprimante 3D Stratasys Fortus 450mc. L'imprimante offrant une grande précision dispose d'une large chambre de fabrication chauffée, de sorte que les pièces répondent aux tolérances strictes et aux exigences de répétabilité de l'industrie, tout en permettant d'imprimer de grandes pièces simples ou plusieurs petites pièces en une seule fois. L'année dernière, la résine ULTEM ™ 9085 a été certifiée selon la norme EN45545-2 de l'industrie ferroviaire contre le feu, la fumée et la toxicité, une première pour l'industrie ferroviaire.

Martin Stevens, directeur de l'ingénierie mécanique chez DB ESG, a déclaré : « 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 britanniques. Notre rôle dans ce projet a été d'étudier la conception, la production et la finition des pièces produites à l'aide de la technologie Stratasys FDM, de vérifier si les pièces sont conformes aux normes ferroviaires et si elles fonctionnent dans les environnements d'exploitation. Nous avons également optimisé la conception des composants de la fabrication FDM. »

Améliorer encore plus l'expérience des passagers

Avec une production à faible volume désormais possible, Angel Trains étudie déjà comment elle peut tirer parti de la solution pour l'industrie ferroviaire pour personnaliser les intérieurs des trains afin qu’ils soient mieux adaptés aux déplacements des passagers. « Nous avons testé des tables de dossier imprimées en 3D avec du braille, informant le passager que les toilettes sont à dix rangées derrière ce siège particulier », a déclaré Brown. « Ce niveau de personnalisation est inédit et ne peut être activé que par l'impression 3D, offrant le potentiel d'améliorer considérablement l'expérience des passagers à l'avenir. »

Suite au succès de l'essai de Chiltern Railways, le groupe a mis en place un processus reproductible pour de futurs projets de production de pièces conformes aux normes de l'industrie ferroviaire et adaptées à une utilisation dans les trains de voyageurs. Avec des réponses positives de la part des opérateurs ferroviaires, le consortium tripartite étendra le déploiement de pièces imprimées en 3D sur les trains de voyageurs britanniques avec un autre opérateur ferroviaire, le dernier essai conçu pour transformer la production ferroviaire telle que nous la connaissons.