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，钱来自德国联邦经济与能源部和欧盟。

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。

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。

列车最高时速320公里，车头和前裙板都不是好对付的角色。

HVE作为联盟牵头方，统筹整个项目，定了两件演示部件的需求、设计规格和结构验证。

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。

取消模具工序后，生产时间也短了。

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。

联盟里不止HVE一家。

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，都在项目里。

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。

HVE预计，这项无模具工艺会重塑轨道行业应对中小批量生产的方式。

它也把这套东西定位成更可持续轨道车辆制造的一步。

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。