3Dプリンティングが鉄道業界を変革：ケーススタディとメリット

過去1年間で、Deutsche Bahn、Bombardier、Angel Trainsなど主要鉄道事業者が3Dプリンティング能力を大幅に拡大しています。

最近のEY調査によると、物流・輸送企業の16%がアディティブ・マニュファクチャリングをスペア・パーツ生産に使用しています。

この急速な採用を何が後押ししているのでしょうか？

本「アプリケーション・スポットライト」では、鉄道セクターをアディティブ・マニュファクチャリングへ駆り立てる要因と、最も説得力のあるユースケースを紹介します。

シリーズの他のアプリケーション：

• 熱交換器向け3Dプリンティング
• ベアリング向け3Dプリンティング
• 自転車製造向け3Dプリンティング
• デジタル歯科・クリア・アライナー製造向け3Dプリンティング
• 医療用インプラント向け3Dプリンティング
• 3Dプリント・ロケットと宇宙船製造の未来
• フットウェア製造向け3Dプリンティング
• 電子部品向け3Dプリンティング
• 3Dプリント・アイウェア
• 最終部品生産向け3Dプリンティング
• ブラケット向け3Dプリンティング
• タービン部品向け3Dプリンティング
• 3Dプリンティングが実現する高性能油圧部品
• 3Dプリンティングが原子力産業のイノベーションを支援

なぜ鉄道会社が産業用3Dプリンティングを採用するのか

列車製造には数十年の運用に耐えるコンポーネントが要求されます。特に20〜30年前に製造された部品が故障したとき、代替品の調達は困難を極めます。

多くの鉄道事業者は、生産ラインの終了やサプライヤーの倒産に直面します。必要数が少ない場合、従来の大量生産工法でゼロから部品を作り直すのは採算が合いません。

さらに、列車が1日停車するごとに多大なコストが発生します。鉄道会社はしたがって、オブソリート（生産中止）部品への迅速かつコスト効率の良い解決策を求めています。

3Dプリンティング——金型を不要とするデジタル製造技術——はこのニーズに完璧に適合します。工具不要の生産はリードタイムを最大95%短縮し、リバース・エンジニアリングと組み合わせれば失われた設計を迅速に再現できます。

Deutsche Bahnのような早期導入者は、コーヒー・マシン部品から視覚障害者向け点字案内板まで、AM適応部品のリストを拡大中です。製造支援ツール——ジグ、治具、さらには軽量・人間工学に基づいた工具——の3Dプリント可能性も更なるインセンティブとなっています。

鉄道部品に用いられる3Dプリンティング技術

鉄道セクターの3Dプリント在庫ではポリマーが主流で、溶融積層造形（FFF）と選択的レーザー焼結（SLS）が最も一般的です。これらのプロセスはナイロンやULTEMなどの高性能熱可塑性樹脂を使用し、厳格な防火基準（例：鉄道規格EN 45545-2）を満たす必要があります。

StratasysはEN 45545-2準拠の難燃性ナイロンを提供し、Markforgedは最近、鉄道、航空宇宙、自動車、防衛向けの難燃性ナイロン系コンポジットを発売しました。

メタル3Dプリンティングも牽引力を増しています。選択的レーザー溶融（SLM）とメタル・バインダージェッティングで、アルミニウム、スチール、チタン部品の生産が可能です。

鉄道業界における3Dプリンティング・アプリケーション

Deutsche Bahnがメタル交換部品を3Dプリント

Deutsche Bahnはアディティブ・マニュファクチャリングで100以上のユースケースを検討し、入手不能で最大1ヶ月のダウンタイムを招く部品に焦点を当てています。

注目すべき例は、1960年代導入の294形機関車用車輪セット・ベアリング・カバーです。従来鋳造なら大ロットと数ヶ月のリードタイムが必要です。

ワイヤ・アーク・アディティブ・マニュファクチャリング（WAAM）を用い、サービス・ビューローが13kgのこの部品をわずか7時間で製造。納期とコストを劇的に削減しました。

Siemens Mobility：3Dプリント治工具

RRXレール・サービス・センターで、Siemens Mobilityは3Dプリンティングを用いて複雑なメンテナンス工具とスペア・パーツを作成しています。

重要なツールの一つ——台車メンテナンス用コネクタ——をStratasys FDMとULTEM 9085で造形。高価な外注ソリューションを置き換える堅牢なカスタム形状部品が完成しました。

外部サプライヤーへの依存度低下と単位コスト削減を報告しています。

Angel Trainsの3Dプリンティング探求

Angel TrainsはStratasysと提携し、内装部品——アームレスト、グラブ・ハンドル、シート・バック・テーブル——をオンデマンドで3Dプリントしています。

アームレスト1個の生産が今や1週間で完了——従来工法から94%短縮。

鉄道規格EN 45545-2準拠のULTEM 9085を使用し、交換用グラブ・ハンドルも製造。従来なら1,500万ポンドと2.5ヶ月かかったものが、3週間で完了し、コストはわずかな額で済みます。

将来的には点字シート・バック・テーブルのプロトタイピングも進めており、3Dプリンティングが乗客体験向上にも寄与することを示しています。

CAFの3Dプリンティング実績

2016年9月以来、スペインのメーカーCAFは車両向けに約2,400個の3Dプリント部品を製造——カップ・ホルダーからドア・サポートまで多岐にわたります。

CAFは大型3Dプリンティングも活用し、数メートル級の外部コンポーネントを製造。例：ウルボス・トラム用フロント・エンド部品をCNC BárcenasのSuper Discovery FFFプリンターで造形。

「金型なしで複雑な形状の部品を作れる能力が、市場投入までの時間を劇的に短縮する」とCAFエンジニアリング・リードは語ります。

その他の事例

他の鉄道大手も追随しています。Bombardierは内装・外装部品の生産加速のためStratasysプリンターを導入中。WabtecはGE AdditiveのH2バインダー・ジェット・システムに投資し、最大250コンポーネントをAMで対象としています。

鉄道業界における3Dプリンティング：変革的インパクト

アディティブ・マニュファクチャリングの利点は明確です：オブソリート部品への迅速な対応、コスト削減、複雑で軽量なコンポーネントの設計可能性。

多くの企業はまだ初期段階ですが、長期的なリターンは鉄道サプライチェーンとメンテナンス運用を再構築し、事業者と乗客の双方に具体的なメリットをもたらすでしょう。