2026年8月24日，HÖRMANN 车辆工程公司(HVE) 及其研究合作伙伴完成了一个为期 34 个月的项目，项目开发了一种无需工具、完全可回收的大型重型轨道车辆部件增材制造工艺。研发团队通过为西门子交通集团的ICE 3neo（Velaro MultiSystem，408型）高速列车生产两个演示部件——车头部分和前裙板——验证了这项技术。“3D-FiberTrain”项目由德国联邦经济能源部和欧盟资助。
一种完全基于热塑性塑料的混合工艺
目前，轨道车辆外壳部件采用热固性复合材料技术制造，例如手工铺层或真空灌注，这些工艺需要昂贵的模具，耗时较长，涉及大量人工劳动，并且生产的材料难以回收利用。研发的替代方案将三种技术整合到一个单一的工艺链中。首先，采用大尺寸颗粒挤出打印技术，无需模具即可生产复杂的几何形状。然后，利用新开发的3D铺带工艺，沿着部件的受力路径，将连续纤维增强材料涂覆到高应力区域。最后，通过自动化铣削，将部件加工至所需的尺寸精度和表面质量。由于工艺链的每个环节都使用热塑性材料，因此最终的部件完全可回收利用，这与传统的热固性复合材料截然不同。
△3D纤维列车项目。图片来自弗劳恩霍夫IWU研究所和HÖRMANN车辆工程有限公司。
已在高速列车示范车上验证
为了在实际条件下测试新的制造工艺，研发团队选择了西门子交通集团ICE 3neo列车（最高运行速度可达320公里/小时）的两个高难度部件：列车车头和前裙板。作为牵头方，HVE负责协调整个项目，并为这两个演示部件制定了需求、设计规范和结构验证。测试结果显示，新工艺可降低中小批量生产的制造成本，由于省去了模具工序，生产时间更短，并通过更高效的材料利用和可回收性减少碳排放。此外，它还提供了更大的灵活性，无需投资新的模具即可调整设计和组件变体。已完成的组件被展示出来，作为混合制造工艺能够满足高速铁路应用的精度和性能要求，同时消除传统制造所需的模具投资的证据。
四方研究伙伴关系
除了 HVE 之外，项目还汇集了弗劳恩霍夫 IWU上卢萨蒂亚塑料中心（位于齐陶）、弗劳恩霍夫 IMWS（位于斯科保）和Lakowa GmbH（位于维尔滕），西门子交通作为合作伙伴参与了整个开发链，从材料和工艺开发到成品零件的结构验证。HVE 表示，预计这种无需工具的工艺将改变铁路行业处理中小批量生产的方式，并将其定位为迈向更可持续的铁路车辆制造的一步。
△团队由Fraunhofer IWU、霍曼车辆工程有限公司组成。照片来自 Fraunhofer IWU、霍曼车辆工程有限公司
HVE 更广泛地推进铁路 3D 打印技术
3D-FiberTrain项目与其他高能效（HVE）研究项目一样，致力于将增材制造技术应用于轨道车辆制造。LeiPo
-3D-FKM项目于2025年1月至2027年12月期间开展，合作伙伴包括开姆尼茨工业大学（TU Chemnitz）和BMF
GmbH公司，项目旨在将金属3D打印技术纳入德国工程领域广泛使用的FKM（纤维增强复合材料）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，并着重解决指南目前尚未涵盖的诸多因素，例如粉末状态、增材制造系统技术以及表面平滑和压实等后处理方法。项目反映了 HVE 正在努力解决的一个挑战：虽然增材制造为减轻金属部件的质量提供了潜力，但由于缺乏 3D 打印部件的标准化设计规则，限制了公司在现有工程指南下广泛采用3D 打印技术的能力。
弥合3D打印的可回收性差距
3D-FiberTrain 符合增强尼龙，专为铁路终端生产而设计。这款材料由Stratasys与阿尔斯通和西门子交通直接合作开发，符合EN 45545-2防火安全标准，同时与可回收热塑性材料的工作流程兼容。
△采用FDMPA6/66-GF30-FR材料制成的扶手。图片来自Stratasys公司。
此外，德国铁路公司对高速挤出 3D 打印机使用的Essentium 阻燃热塑性材料进行了认证，材料目前已用于生产数万个火车替换零件。在这些项目中，模式是一致的：随着增材制造技术向结构要求更高的铁路应用领域发展，热塑性材料日益成为战略的基础，之所以选择热塑性材料，是因为它们从一开始就将可回收性和可修复性融入到零件中。
来源：南极熊
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