无模具、全回收：HVE混合3D打印链如何颠覆轨道车辆重型部件制造？

一个跑了34个月的项目，最近刚刚收尾。
HÖRMANN Vehicle Engineering，也就是HVE，和它的研究伙伴们一起，把轨道车辆大型重型部件的无模具3D打印工艺跑通了。

这个项目叫3D-FiberTrain，2023年9月启动，2026年6月结束，资助编号是19I23008A，钱来自德国联邦经济与能源部和欧盟。
HVE是一家做轨道、公路和特种车辆开发流程的工程公司，这次作为联盟牵头方，统筹整个项目。

团队用西门子交通的ICE 3neo（Velaro MultiSystem，408型）高速列车做验证，挑了车头（鼻锥）和前裙板这两个要求很苛刻的演示部件。
这款车最高能跑到320公里每小时。

现在轨道车辆外皮部件，主流做法还是热固性复合材料那套，手糊成型或者真空灌注。
这两条路都得先建模具，模具贵，过程慢，体力活重，做出来的材料还很难回收。
传统这套能撑这么多年，自然有它的道理。只是当需求变成中小批量和快速迭代，它就显得笨重了。
模具，是这套老办法里最贵的一环。

HVE他们的替代方案，是把三种技术串成一条链。
基于颗粒的大型挤出打印先上，不用模具就把复杂几何形状打出来。
接着是一种新开发的3D铺带工艺，沿着部件载荷路径，把连续纤维增强材料加到高应力区域。
最后一道是自动化铣削，负责把尺寸精度和表面质量修到合格。

整条链用的都是热塑性材料，成品可以完全回收。
这是跟热固性复合材料最不一样的地方。

为了在真实条件下测试这套工艺，联盟从西门子交通运营的ICE 3neo上挑了两个部件。
HVE负责需求定义、设计规格和结构验证。

合伙人包括弗劳恩霍夫IWU位于齐陶的上劳西茨塑料中心，弗劳恩霍夫IMWS在施科保，还有维尔滕的Lakowa GmbH。
西门子交通作为协作伙伴，从材料与工艺开发一直跟到成品部件的结构验证。

项目方自己的结论是，这套工艺在中批量和小批量生产中制造成本更低，交付周期也短了。
材料利用更高效，加上可回收，碳足迹跟着降。灵活性也更大，不用新的模具投资就能调整设计和部件变体。
最后做出来的两个部件，证明混合工艺能满足高速铁路应用对精度和性能的要求，传统制造那笔模具投资也省了。

在此之前，已经有一些轨道车辆的外部部件是用增材制造做出来的。
2020年，西门子交通有个Easy Sparovation项目，给有轨电车打印过前端壳体；DB ESG（德国铁路旗下公司）和Angel Trains（英国列车租赁公司）也在英国客运列车上试过ULTEM 9085内饰件。
2022年有3D打印厂商Eplus3D做的制动盘，有SABIC为轨道交通做的合规材料。
2024年日立铁路和3D打印公司Roboze合作搞了备件项目。

和这个领域里其他那些用小型长丝基设备、做的多半也不承重的应用不一样，3D-FiberTrain把挤出工艺、连续纤维增强和机加工揉在一起，给轨道交通行业提供了一份很有分量的混合制造佐证。

HVE在轨道3D打印上还有一条线在跑，叫LeiPo-3D-FKM。
项目从2025年1月做到2027年12月，合作伙伴是开姆尼茨工业大学和BMF GmbH。
目标是把金属3D打印引进FKM设计指南。FKM是德国工程界广泛使用的设计指南。
项目正在开发一种用于FKM认证的增材制造钢合金，粉末状态、增材制造系统技术，还有表面光整和压实这类后处理，都一并处理。
这些因素目前都还没被写进指南。

当然，不是所有问题都解完了，FKM设计指南那边的缺口还实实在在摆着。
金属部件减重，增材制造确实有潜力。
但没有针对3D打印部件的标准化设计规则，企业想在现有工程指南框架里大规模采用，还是会卡住。

3D-FiberTrain真正让人在意的，不是省掉模具这一步，而是它补了增材制造一个老缺口。
大多数3D打印结构件，尤其是热固性复合材料，固化之后就不能重塑、修复或回收。
为什么这条链一定要用热塑性材料？因为HVE把可回收性直接做进了工艺起点。
大型高结构要求的部件，从设计上就是可回收的。

轨道运营商和供应商也在推热塑性材料。
Stratasys发布过一款专为终端轨道生产开发的阻燃玻璃纤维增强尼龙，材料是跟阿尔斯通和西门子交通直接合作开发的，满足EN 45545-2消防安全标准，也兼容可回收热塑性工作流程。
德国铁路（Deutsche Bahn）认证了Essentium的阻燃热塑性材料，用在自己的高速挤出3D打印机上，现在已经生产了几万个列车替换部件。

把这些项目放在一起看，模式是一致的。
增材制造越往结构要求高的轨道应用里走，热塑性材料越成为策略的底子。
选它，不是因为材料新鲜，而是因为它把可回收和可修复，从部件出生那一刻就种了进去。
过去一套模具，等于给产品定了一辈子的形状。现在模具被拿掉了，产品的形状和来路，都重新有了可能。

不过话说回来，轨道车辆外部件除了结构认证，还得过EN 45545这一关，防火、烟雾、毒性都有要求。
在这些验证数据公开之前，3D-FiberTrain只能算是一条已经得到验证的工艺链。