FDM PA6/66-GF30-FR: třetí možnost mezi PC-FR a ULTEM 9085 pro požárně bezpečné díly do vlaků

Britský dopravce Great Western Railway (GWR) přestavuje desítky let staré vlakové vozy řady Class 230 na bateriové jednotky s rychlým dobíjením na stanicích. Náhradní díly pro tak staré vozy už ale nikdo nevyrábí, a zadat je do odlévání nebo vstřikování by znamenalo čekat měsíce a platit za nástroje, které se použijí jen jednou.

GWR proto vsadil na průmyslový 3D tisk od společnosti Stratasys. U dílů, které musí odolat všem ročním obdobím a splnit železniční normy pro požární bezpečnost, řešili stejné dilema jako řada dalších provozovatelů: použít špičkový materiál ULTEM™ 9085 resin, který nabízí vysokou pevnost i teplotní odolnost, ale jeho vlastnosti často převyšují skutečné požadavky aplikace, nebo hledat ekonomičtější alternativu bez kompromisů v oblasti bezpečnosti. Stratasys proto do svého FDM portfolia zařadil materiál FDM PA6/66-GF30-FR – nylon vyztužený 30 % skelných vláken, určený pro stejné 3D tiskárny Fortus 450mc a F900, na kterých GWR vyráběla díly pro tento projekt.

Výzva: kryty pro dobíjecí systém, na které nikdo nemá formu

Vlak se dobíjí přes systém rail and shoe gear - sběrače se při vjezdu do stanice spustí, dotknou se nabíjecích kolejnic a za deset minut doplní baterie. Pod vozem ale není místo nazbyt a kryty sběračů musely zároveň ukrývat senzory, které k systému patří.

„Nemohli jsme je vyrobit z ohýbaného plechu a odlévání bylo mimo námi požadované termíny. Průmyslový 3D tisk byl jediná možná varianta,“

popsal situaci Julian Fletcher, vedoucí technického rozvoje GWR, ve studii zveřejněné Stratasys. K tomu přibyly přísné požadavky na požární bezpečnost dle EN 45545-2 a nutnost mít materiálová data dohledatelná a doložitelná - bez nich díl do vlaku nesměl.

Řešení: ULTEM 9085 resin a 3D tiskárny Fortus 450mc a F900

Pro kryty sběračů zvolili konstruktéři ULTEM™ 9085 resin - vysoce pevný samozhášivý termoplast na bázi polyetherimidu, který Stratasys testoval v rozsahu teplot od -54 °C do 149 °C a naplňuje požadavky EN 45545-2. Tisková volnost navíc umožnila umístit pod krytem i senzory, se kterými by konstrukce z plechu nepočítala.

Stejnou cestou, jen s jiným dílem a jinou 3D tiskárnou, šli i u palubní desky řidiče. Původní hliníkový odlitek měl problémy s pórovitostí a brzdil zprovoznění vlaku, proto GWR oslovil přímo Stratasys s žádostí o tisk náhrady na 3D tiskárně F900, jejíž tisková komora 914 × 610 × 914 mm pojme i 860 mm dlouhý díl palubní desky. 

Třetí varianta: FDM PA6/66-GF30-FR

Volba mezi PC-FR a ULTEM 9085 resin se v praxi často láme na jediné otázce: potřebuje díl skutečně pevnost a teplotní rozsah polyetherimidu, nebo by stačilo méně a zbytek je zaplacená rezerva? Pro přesně tuto mezeru nabízíme nylon vyztužený 30 % skelných vláken, FDM PA6/66-GF30-FR, tištěný na stejných platformách Fortus 450mc a F900. Při tloušťce stěny 1 až 1,1 mm splňuje nejvyšší požární klasifikaci HL3 dle EN 45545-2, mez kluzu se podle datasheetu Stratasys pohybuje kolem 62 MPa a modul pružnosti v tahu mezi 5,6 a 5,8 GPa - tedy výrazně nad úrovní běžného PC-FR.

• samozhášivý nylon se skelnou výztuží, klasifikace HL3 dle EN 45545-2 při stěně 1-1,1 mm
• mez kluzu přibližně 62 MPa, modul pružnosti v tahu 5,6-5,8 GPa
• tisk na Fortus 450mc i F900, beze změny strojového parku
• cena i výkon mezi PC-FR a ULTEM 9085 resin - volba tam, kde je ULTEM zbytečně drahý a PC-FR nedostatečný

Výsledek: lehčí díly, dodávka v týdnu, doložené normy

Palubní deska z 3D tiskárny F900 vážila 3,5 kg místo 8,1 kg u hliníkového odlitku, tedy o 57 % méně, a GWR ji měl k dispozici do týdne od objednání. Po nalakování do barvy kabiny byl tištěný díl od originálu k nerozeznání, jak potvrdil Daniel Jones, Mechanical Design Manager GWR. Kryty sběračů z ULTEM 9085 fungují bez problémů napříč ročními obdobími a splňují požární normu, kterou musí mít GWR doložitelnou pro provoz na britských kolejích.

Co na to říká samo GWR

„Tyto díly nebyly žádná stolní tiskovka. Musely vzniknout pod kontrolou - platí pro ně požární předpisy, takže materiál musí sedět a musí být dohledatelný. V tom byl Stratasys silný, měli jsme průmyslového partnera s odbornou expertizou.“

Julian Fletcher, vedoucí technického vývoje, GWR

GWR tehdy vybíral mezi PC-FR a ULTEM 9085 resin, protože jinou variantu na stejných tiskárnách neměl. Dnes je mezi nimi ještě FDM PA6/66-GF30-FR, a pokud řešíte díl, který potřebuje víc pevnosti než PC-FR, ale nepotřebuje platit za ULTEM 9085, máme teď i tuhle možnost. Ozvěte se nám a naši aplikační inženýři s vámi proberou možné aplikace.