再生碳纖維+3D打印，應(yīng)用于新一代列車

碳纖維是一種現(xiàn)代高性能材料，被廣泛應(yīng)用于要求部件具有機(jī)械強(qiáng)度但又十分輕質(zhì)的領(lǐng)域中，例如航空航天、汽車行業(yè)，以及風(fēng)能技術(shù)和現(xiàn)代體育器材中。但由于其高昂的成本，成為許多制造商的障礙。

由于每年會有成千上萬噸碳纖維“垃圾”被簡單填埋，造成資源和環(huán)境的極大浪費(fèi)。因此，利用新的碳纖維回收工藝，獲得再生碳纖維，不僅保留了它的原有價值，同時也使它們能夠被重新應(yīng)用。因此，再生碳纖維更具成本效益。
在鐵路領(lǐng)域的研究進(jìn)展
再生碳纖維在軌道車輛方面的研究項(xiàng)目源于英國鐵路安全與標(biāo)準(zhǔn)委員會（RSSB）發(fā)起的一項(xiàng)車輛動力學(xué)競賽，由于最終是ELG公司主導(dǎo)的輕型碳纖維軌道車輛轉(zhuǎn)向架框架項(xiàng)目勝出，因此RSSB向ELG公司資助125萬英鎊，用于設(shè)計(jì)和制造軌道客運(yùn)車輛再生碳纖維材料轉(zhuǎn)向架原型。

ELG公司是再生碳纖維產(chǎn)品專家，該公司擁有從制造廢料和終端零部件中回收碳纖維的一整套高效開發(fā)方法。其在再生碳纖維軌道車輛轉(zhuǎn)向架項(xiàng)目中的研究團(tuán)隊(duì)包括英國Huddersfield大學(xué)鐵路研究中心、阿爾斯通公司以及伯明翰大學(xué)傳感器與符合材料研究中心在內(nèi)的聯(lián)合機(jī)構(gòu)。

▲位于研究中心的再生碳纖維材料轉(zhuǎn)向架

目前，再生碳纖維轉(zhuǎn)向架正在英國Huddersfield大學(xué)鐵路研究中心進(jìn)行全面測試。這種利用再生碳纖維制成的列車轉(zhuǎn)向架比常規(guī)轉(zhuǎn)向架重量減少了50%，這表明了其在軌道磨損、能源消耗以及維護(hù)成本等方面都會下降，將為運(yùn)營商節(jié)省大量成本開支。

負(fù)責(zé)測試階段的首席工程師表示：這是首次使用再生纖維制造轉(zhuǎn)向架框架，下面將對該轉(zhuǎn)向架的剛度進(jìn)行檢驗(yàn)，將在研究中心的滾動試驗(yàn)臺完成部分動態(tài)測試。

碳纖維+3D打印
目前，Huddersfield大學(xué)鐵路研究中心正在對碳纖維材料和轉(zhuǎn)向架制造工藝進(jìn)行相關(guān)研究。該中心已經(jīng)獲得了約30萬英鎊資助，用于開發(fā)更輕型、更可靠、更舒適以及噪音更小的機(jī)車車輛。

該研究項(xiàng)目是歐盟的RUN2RAIL項(xiàng)目的一部分，RUN2RAIL是新項(xiàng)目的總稱，屬于歐盟綜合鐵路項(xiàng)目Shift2Rail的一部分，資金總額為273.2萬歐元，該項(xiàng)目共包含4個研究專題，由歐洲領(lǐng)先的工程公司和大學(xué)共享。

Huddersfield大學(xué)鐵路研究中心專家表示，碳纖維復(fù)合材料的一個關(guān)鍵優(yōu)勢在于，它們可以打印成幾乎任何形狀或結(jié)構(gòu)。研究中心決定探究碳纖維復(fù)合材料的應(yīng)用情況以及3D打印技術(shù)，以便使用機(jī)器人增材制造系統(tǒng)來構(gòu)建列車轉(zhuǎn)向架框架。

研究中心表示，隨著3D打印技術(shù)越來越成熟，為了生產(chǎn)新的軌道車輛部件，例如軸箱和制動器支架，還將探索金屬3D打印。隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，列車制造的應(yīng)用將變得更加可行。

盡管有工程公司已經(jīng)生產(chǎn)出了一種采用碳纖維彈簧裝置的轉(zhuǎn)向架，但傳統(tǒng)的鋼架仍然會用來制造列車車輪。Huddersfield大學(xué)鐵路研究中心專家表示，“我們已經(jīng)在考慮尋找替代材料制作輪轂或車軸，但目前正在研究。”

RUN2RAIL項(xiàng)目預(yù)計(jì)將于2019年8月完工，而項(xiàng)目正在尋求的利用新材料和新技術(shù)來改善鐵路運(yùn)輸，使鐵路車輛“更輕、更可靠、更舒適、更安靜”的研究目的能否實(shí)現(xiàn)，結(jié)果究竟如何，讓我們拭目以待吧！

來源：復(fù)合材料體驗(yàn)館