L'impression 3D révolutionne l'industrie ferroviaire : études de cas et avantages

Au cours de l'année écoulée, de grands opérateurs ferroviaires tels que Deutsche Bahn, Bombardier et Angel Trains ont considérablement étendu leurs capacités d'impression 3D.

Selon une récente étude EY, 16 % des entreprises de logistique et transport utilisent maintenant la fabrication additive pour produire des pièces de rechange.

Qu'est-ce qui motive cette adoption rapide ?

Dans ce Application Spotlight, nous examinons les forces propulsant le secteur ferroviaire vers la fabrication additive et présentons les cas d'usage les plus convaincants.

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Pourquoi les entreprises ferroviaires adoptent l'impression 3D industrielle

Construire un train exige des composants qui endurent des décennies d'opération. Quand une pièce échoue — surtout une produite il y a 20-30 ans — trouver un remplacement peut être intimidant.

De nombreux opérateurs ferroviaires font face à des lignes de production arrêtées ou des fournisseurs disparus. Produire la pièce à neuf avec des méthodes conventionnelles à haut volume est souvent non-économique, particulièrement quand la quantité requise est faible.

De plus, chaque jour qu'un train reste immobile engendre des coûts substantiels. Les entreprises ferroviaires cherchent donc des solutions rapides et rentables pour les pièces obsolètes.

L'impression 3D — une technologie de fabrication numérique qui élimine le besoin de moules — répond parfaitement à ce besoin. La production sans outillage peut réduire les délais jusqu'à 95 % et, combinée à l'ingénierie inverse, permet une recréation rapide de designs perdus.

Les premiers adoptants comme Deutsche Bahn ont identifié une liste croissante de pièces adaptées à la fabrication additive, allant de composants de machines à café à des panneaux Braille pour passagers malvoyants. Le potentiel d'imprimer des aides de fabrication — gabarits, fixations, et même outils légers et ergonomiques — ajoute une incitation supplémentaire.

Technologies d'impression 3D utilisées pour pièces ferroviaires

Les polymères dominent l'inventaire imprimé en 3D du secteur ferroviaire, avec la Fabrication par Filament Fondu (FFF) et le Frittage Laser Sélectif (SLS) les plus courants. Ces processus utilisent des thermoplastiques haute performance comme le nylon et l'ULTEM, qui doivent répondre à des normes strictes de sécurité incendie (ex: Norme Ferroviaire EN 45545-2).

Stratasys offre un nylon ignifuge conforme à EN 45545-2, tandis que Markforged a récemment lancé un composite à base de nylon ignifuge visant le rail, l'aérospatial, l'automobile et la défense.

L'impression 3D métallique gagne aussi du terrain. La Fusion Laser Sélective (SLM) et le Jet de Liant Métallique permettent la production de pièces en aluminium, acier et titane.

Applications de l'impression 3D dans l'industrie ferroviaire

Deutsche Bahn imprime une pièce de rechange métallique en 3D

Deutsche Bahn a exploré plus de 100 cas d'usage pour la fabrication additive, se concentrant sur les pièces dont l'indisponibilité peut causer jusqu'à un mois d'arrêt.

Un exemple notable est un couvercle de palier de jeux de roues pour la locomotive Class 294, introduite dans les années 1960. La fonderie traditionnelle exigerait de gros lots et des mois de délai.

En utilisant la Fabrication Additive par Arc Filaire (WAAM), un bureau de services a produit la pièce de 13 kg en seulement sept heures, réduisant dramatiquement à la fois le délai et le coût.

Siemens Mobility : outillage imprimé en 3D

Au centre de service ferroviaire RRX, Siemens Mobility utilise l'impression 3D pour créer des outils de maintenance complexes et pièces de rechange.

Un outil clé — un connecteur pour la maintenance de bogie de train — a été fabriqué avec Stratasys FDM et ULTEM 9085. Le résultat était un composant robuste, de forme personnalisée, qui remplace une solution externalisée coûteuse.

L'entreprise rapporte une dépendance réduite aux fournisseurs externes et des coûts unitaires inférieurs.

L'exploration de l'impression 3D par Angel Trains

Angel Trains s'associe à Stratasys pour imprimer en 3D des composants intérieurs — accoudoirs, poignées, tables de dossier de siège — à la demande.

La production d'un seul accoudoir prend maintenant une semaine, une réduction de 94 % par rapport aux méthodes conventionnelles.

En utilisant l'ULTEM 9085, qui répond à la Norme Ferroviaire EN 45545-2, l'entreprise fabrique aussi des poignées de remplacement. Ce qui aurait coûté 15 000 £ et pris deux mois et demi se termine maintenant en trois semaines à une fraction du prix.

Regardant vers l'avenir, Angel Trains prototype des tables de dossier de siège en Braille pour guider les passagers vers les toilettes, illustrant comment l'impression 3D peut améliorer l'expérience passager.

Les réalisations de CAF dans l'impression 3D

Depuis septembre 2016, le fabricant espagnol CAF a produit environ 2 400 pièces imprimées en 3D pour son matériel roulant — allant de porte-gobelets à supports de porte.

CAF exploite aussi l'impression 3D à grande échelle pour fabriquer des composants externes jusqu'à plusieurs mètres, comme une pièce frontale pour le tramway Urbos, produite avec une imprimante FFF Super Discovery de CNC Bárcenas.

« La capacité de créer des pièces avec des géométries complexes sans moules raccourcit drastiquement le time-to-market », déclare le responsable ingénierie de CAF.

Autres exemples

D'autres géants du rail suivent le mouvement. Bombardier installe une imprimante Stratasys pour accélérer la production de composants intérieurs et extérieurs, tandis que Wabtec a investi dans le système H2 binder-jet de GE Additive, ciblant jusqu'à 250 composants pour la FA.

L'impression 3D dans l'industrie ferroviaire : un impact transformateur

Les avantages de la fabrication additive sont clairs : délai rapide pour pièces obsolètes, coûts inférieurs, et capacité de concevoir des composants complexes et légers.

Bien que de nombreuses entreprises soient encore aux premiers stades, le retour sur investissement à long terme promet de redessiner les chaînes d'approvisionnement et opérations de maintenance ferroviaires, livrant des bénéfices tangibles pour opérateurs et passagers.