L’impression 3D au coeur de l’industrie ferroviaire

Présente dans de nombreux domaines, l’impression 3D fait également parler d’elle dans l’industrie ferroviaire. La technologie offre aux acteurs du secteur de nombreux avantages, notamment en termes de rapidité et coût de production. Que ce soit pour concevoir des accoudoirs, des sièges ou d’autres composants destinés à habillés les trains, la fabrication additive s’est révélée à de multiples reprises être une alternative plus que viable. Afin de mieux cerner les différentes usages de l’impression 3D dans le secteur ferroviaire, 3Dnatives vous propose aujourd’hui de revenir sur certains des projets les plus marquants de l’industrie.  

La fabrication additive au service de la maintenance des trains

Plus besoin de présenter la SNCF, acteur majeur du ferroviaire en France. Et si on vous en parle aujourd’hui, c’est que l’entreprise publique a intégré la fabrication additive dans ses activités pour concevoir des pièces de rechange plus rapidement et ainsi éviter des temps d’immobilisation trop longs. Bruno Langlois, Directeur du matériel à la SNCF, explique : « Pour assurer la disponibilité des trains, SNCF doit pouvoir changer un composant défectueux le jour même. Or, les trains étant constitués d’un nombre important de pièces, nous devons gérer un stock conséquent. Avec la fabrication additive, nous pourrions le réduire en créant les pièces au besoin. » en 2021, la SNCF annonçait d’ailleurs l’intégration du logiciel 3YOURMIND pour identifier et qualifier les pièces détachées qui pourraient être imprimées en 3D. À l’époque, la solution avait permis d’identifier 10,3% de pièces imprimées en 3D sur plus de 30 000 pièces de rechange et de réduire les délais de livraison de 85%, des statistiques qui a très certainement augmenté depuis.

Alstom et l’impression 3D de pièces détachées

En 2016, Alstom présente son programme « Industry of the Future » dans lequel fait partie la fabrication additive. Le groupe est en effet convaincu de la valeur ajoutée des technologies 3D dans le secteur ferroviaire, notamment lorsqu’il s’agit de gagner en flexibilité et de réduire les temps d’immobilisation qui peuvent représenter de lourdes pertes financières. En 2021, l’entreprise française présentait d’ailleurs un cas d’application concret autour des tramways, plus précisément pour le réseau algérien Sétif. Grâce à son centre d’impression 3D, Alstom a pu concevoir des bouchons de drainage en TPU 92A pour éviter que les phares ne cassent.  Une douzaine de pièces ont été imprimées en 48 heures entraînant une réduction des frais fixes de 80%. Habituellement, il faut compter 45 jours pour recevoir une pièce de rechange.

En misant sur l’impression 3D, Alstom peut concevoir plus rapidement avec un matériau flexible et solide (crédits photo : Alstom)

Polgar et les prototypes de siège imprimés en 3D 

Fabricant de pièces dédiées au secteur automobile, l’entreprise Polgar conçoit également certains composants destinés aux trains. Avec l’imprimante 3D industrielle Factory 2.0 du fabricant Omni3D, et en partenariat avec la société de numérisation Metris 3D, Polgar a imprimé en 3D un prototype de siège. L’entreprise explique avoir considérablement réduit le coût du prototypage et confie avoir économisé 370 000 euros, soit 90 % du coût. Polgar ajoute avoir pu réaliser la pièce en seulement 3 semaines, alors qu’avec les méthodes traditionnelles 16 semaines sont nécessaires. Afin de concevoir la pièce qui est relativement grande, le siège a été imprimé en différents composants, avant d’être assemblé.

Prototype du siège imprimé en 3D. (Crédits photo : Polgar)

Renfe imprime des pièces de rechange en 3D

Renfe, première entreprise de transport ferroviaire d’Espagne, possède une division de fabrication et de maintenance qui intègre une série de solutions 3D visant à produire des pièces de rechange. Situé à Madrid, le centre pilote dispose d’une zone comptant des équipements d’impression 3D polymère, ainsi que des sections dédiées au post-traitement, à la numérisation 3D et à la rétro-ingénierie. Ces différentes technologies permettent à Renfe de créer des pièces de rechange mais aussi de produire des pièces en petite série. L’entreprise explique que ces méthodes de fabrication lui ont permis de réaliser des économies de coût et d’accélérer les processus de production.

Le projet Run2Rail

Lancé en 2018 et mené par le professeur Simon Iwnicki de l’Institute of Railways Research (IRR) de l’Université de Huddersfield, le projet européen Run2Rail a pour objectif de transformer les processus de fabrication des trains. Pour ce faire, les chercheurs souhaitent utiliser l’impression 3D et la fibre de carbone afin de concevoir des trains plus légers, plus surs mais aussi plus silencieux. Grâce au matériau composite employé et à la technologie, les acteurs du projet estiment être en mesure de fabriquer des pièces aux géométries complexes, avec un poids diminué mais une solidité tout aussi accrue. Par exemple, le professeur Simon Iwnicki explique que l’impression 3D permettra de fabriquer de petits composants, comme les boîtes d’essieux ou les pièces de roulement. Réunissant pas moins de 15 partenaires européens, Run2Rail a également vocation à réduire l’empreinte écologique des trains européens. 

Angel Trains collabore avec Stratasys

Spécialiste de la location de trains en Grande-Bretagne, Angel Trains s’est associé avec ESG Rail et Stratasys afin de concevoir certaines pièces dédiées à l’intérieur des trains. À l’aide des technologies 3D, les partenaires veulent transformer l’industrie ferroviaire et offrir des solutions de fabrication plus rapides et surtout moins chères. Pour le moment, les membres du projet ont conçu à l’aide des imprimantes FDM de Stratasys des accoudoirs, des poignées et des tablettes rabattables. En ce qui concerne les matériaux utilisés, Angel Trains confie avoir eu recours au filament Antero 800 NA du fabricant américain, un matériau conçu à partir de PEKK, offrant de meilleurs propriétés que les thermoplastiques traditionnels.

Tablette imprimée en 3D. (Crédits photo : Angel Trains)

HS2, le réseau ferroviaire à grande vitesse du Royaume-Uni

Le HS2 est en cours de développement depuis 2012 au Royaume-Uni. Il a été conçu afin d’améliorer les infrastructures du pays, mais aussi pour offrir une option plus écologique aux voyageurs. C’est pourquoi la SCS JV (Skanska Costain STRABAG Joint Venture), l’entreprise en charge du projet, s’est tournée vers l’impression 3D béton pour atteindre ses objectifs. Grâce à la technologie « Printfrastructure » (qui utilise un processus d’impression 3D béton et y ajoute du graphène pour plus de solidité), SCS JV prévoit d’utiliser des robots commandés par ordinateur pour imprimer du béton, ce qui lui permettra de réaliser des structures sur place. Cela contribuera notamment à réduire les émissions de carbone dues au transport.

Un rendu de ce à quoi pourrait ressembler le HS2 . (Crédits photo : HS2 Ltd)

NS se lance dans le monde des technologies 3D

Aux Pays-Bas, Nederlandse Spoorwegen (NS) a annoncé imprimé en 3D 20 pièces pour ses trains. Et pour les concevoir, NS n’a pas eu seulement recours à l’impression 3D, l’entreprise a également adopté d’autres technologies 3D comme la numérisation. Selon NS, ces méthodes de conception ont permis de fabriquer des pièces complexes et difficiles à reproduire, comme les cadres de tableaux de bord. Pour y parvenir, ils ont scanné d’anciens modèles, puis ils les ont imprimés en 3D à partir de nouveaux matériaux. L’intégration des technologies 3D a permis à NS de réduire considérablement les temps de fabrication et d’améliorer le processus de maintenance. 

Un exemple de pièce imprimée en 3D. (Crédits photo : Nederlandse Spoorwegen)

Bombardier Transport et le partenariat avec Stratasys

Dans le domaine de l’industrie ferroviaire, Bombardier Transport fait figure de leader. Afin d’accroître ses capacités de production, l’entreprise basée en Allemagne collabore avec Stratasys, le géant de l’impression 3D. Connu pour ses solutions permettant la fabrication à grande échelle, Stratasys permet à Bombardier Transport de concevoir différents prototypes, outils et pièces finales pour les trains et les tramways, et ce à l’aide d’une imprimante 3D. Plus précisément, la société allemande utilise l’imprimante 3D Stratasys F900, qui offre un volume d’impression de 914 x 610 x 914 mm. Bombardier Transport explique que la machine permet de fabriquer des conduits d’air, des boîtiers de protection et des goulottes de câbles.

Mobility Goes Additive démocratise l’impression 3D

Basée à Berlin, Mobility Goes Additive (MGA) mise depuis plusieurs années sur la fabrication additive. L’objectif de MGA est clair : démocratiser l’utilisation de l’impression 3D dans le secteur ferroviaire et, plus généralement, dans le secteur de la mobilité. En 2019, l’entreprise a par exemple imprimé en 3D une suspension de frein en métal, autorisée par le secteur ferroviaire, qui est désormais intégrée au métro de Hambourg. Selon MGA, qui a été fondée en 2017, l’homologation du composant de freinage a été rendue possible grâce à la collaboration de plusieurs partenaires : Siemens Mobility, Deutsche Bahn AG et l’Institut Fraunhofer. Enfin, avant l’homologation finale de la pièce imprimée en 3D, l’assurance qualité nécessaire a été effectuée par le TÜV.

Union Pacific intègre l’impression 3D

Contrairement à d’autres continents, notamment en Europe et en Asie, les trains sont peu utilisés aux États-Unis. Ceci dit, les chemins de fer traversent toujours le pays et sont utilisés principalement pour le transport de marchandises, jouant ainsi un rôle essentiel dans l’économie américaine. L’Union Pacific (UP) est le deuxième plus long chemin de fer avec 8300 locomotives étalées sur 51 800 km et couvrant 23 États. En 2013, la société a commencé à se tourner vers la fabrication additive afin de rendre les trains plus sûres et plus efficaces. Bien qu’elle n’ait pas révélé quelles sont les technologies d’impression 3D utilisées, il semble que l’entreprise a recours à l’impression à des fins de prototypage. 

Crédits photo : Union Pacific Railroad Company

CAF et la fabrication de composants de train

RL Components est la filiale de CAF Manufacturing, une entreprise espagnole spécialisée dans la fabrication de trains et d’équipements ferroviaires. Il y a quelques années, ils ont développé le premier véhicule léger sur rail à intégrer une série de composants imprimés en 3D. Le projet, réalisé en collaboration avec la ville de Saragosse, a permis de concevoir et de fabriquer des pièces pour le véhicule Urbos de CAF. À l’aide d’une imprimante 3D capable de prendre en charge des polymères techniques, ils ont conçu des pièces conformes aux réglementations les plus strictes du secteur ferroviaire en matière d’incendie et de fumée. Enfin, il convient de mentionner que RL Components a également été en mesure d’effectuer une rétroconception des pièces détachées grâce à la numérisation 3D. 

L’équipe derrière le projet. (Crédits photo : CAF Manufacturing / Zaragoza Tramway)

Siemens Mobility Services et la Fortus 450mc

Depuis 2020, Siemens Mobility Services s’appuie sur les avantages offerts de l’impression 3D. L’entreprise utilise notamment l’imprimante 3D Fortus 450mc, développée par Stratasys. Si l’entreprise a opté pour la fabrication additive ce n’est pas un hasard. Grâce à la technologie, Siemens Mobility Service se montre plus agile et efficace en ce qui concerne la production de pièces majeures. L’impression 3D a par exemple permis de réparer des pièces qui ne sont aujourd’hui plus fabriquées. La fabrication additive permet également à l’entreprise de produire des pièces localement et en petite série, de sorte à éviter les commandes à grande échelle et les problèmes de stockage.

Deutsche Bahn opte pour la fabrication additive

Deutsche Bahn, l’entreprise ferroviaire publique allemande, a recours à la fabrication additive pour entretenir ses trains, et pouvoir répondre aux nécessités de production de manière rapide et efficace. Grâce à l’impression 3D, la société fabrique actuellement des outils destinés à la réparation des trains, mais aussi des pièces détachées et des pièces de rechange. En 2021, la Deutsche Bahn confiait que les technologies 3D permettaient de résoudre les problèmes de chaîne d’approvisionnement et de pénurie. De plus, l’entreprise précise que l’usage de l’impression 3D dans le secteur ferroviaire offre une production plus rapide et moins chère que celle proposée par les méthodes de fabrication traditionnelles.

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