Getriebegehäuse BR29x im Fahrzeuginstandhaltungswerk (FZI) Dessau, gefertigt im indirekten 3D-Druck mittels Rapid Casting. Rapid Casting ist die ökonomische 3D-Druck-Antwort für große Metallbauteile und behebt Obsoleszenzen. Eine Negativform wurde im Sanddruck erstellt, in die das fast 1 m3 große, über eine halbe Tonne schwere Bauteil abgegossen wurde. Lieferzeiten für Ersatzteile können so deutlich reduziert werden.
Foto: Deutsche Bahn AG / Dominic Dupont
Mittels Binder Jetting wird ein pulverförmiges Ausgangsmaterial mit einem flüssigen Bindemittel zu einer Gussform verbunden. Zusammengeführt und fest verschraubt wird dann das Stahlgussbauteil darin abgegossen. Das nachhaltige Verfahren sorgt für kürzere Lieferwege, kleinere physische Lager und schont Ressourcen, denn im Vergleich zu spanenden Verfahren wird nur das tatsächlich benötigte Rohmaterial eingesetzt.
Mit knapp einem Kubikmeter Volumen und einem Gewicht von 570 Kilogramm ist es das größte und zugleich schwerste 3D-Druck-Teil, das der Konzern nutzt. Das Ersatzteil ist für den Betrieb der Rangierlok unverzichtbar – ohne das Getriebegehäuse steht das Fahrzeug still. So profitieren perspektivisch rund 370 Loks von der Geschwindigkeit des neuen Verfahrens, können schneller repariert und wieder im Rangierbetrieb eingesetzt werden.
Kurzfristige Verfügbarkeit von Ersatzteilen
Auf dem herkömmlichen Beschaffungsweg wäre das Teil vom Lok-Hersteller nur mit langen Lieferzeiten von durchschnittlich zehn Monaten erhältlich gewesen. Durch die Entscheidung für einen Nachbau mit 3D-Druck-Technik verkürzt die DB die Lieferzeit auf zwei Monate. Das neue Getriebegehäuse wird im indirekten 3D-Druckverfahren mittels Binder-Jetting hergestellt. Dabei wird ein pulverförmiges Ausgangsmaterial mit einem flüssigen Bindemittel zu der Form verbunden, in die das Getriebegehäuse später gegossen wird.
Schneller, günstiger, unabhängig
Das Getriebegehäuse ist Teil des digitalen Warenlagers, das die DB kontinuierlich ausbaut. In der Datenbank werden virtuelle technische Zeichnungen von Ersatzteilen gespeichert. Diese Teile können dann bei Bedarf schnell und unkompliziert per Mausklick mit 3D-Druckern hergestellt werden. Das spart Logistikfläche, Lagerkosten, verkürzt Lieferzeiten und Logistikketten und schafft damit Unabhängigkeit. Denn in den letzten Jahren offenbarten globale Krisen wie die Corona-Pandemie oder der Krieg in der Ukraine die Verwundbarkeit komplexer Lieferketten.
Nachhaltig, emissionsarm, ressourcenschonend, langlebig
Die DB sorgt damit auch für mehr Nachhaltigkeit. Kürzere Wege und kleinere physische Lager vermeiden CO2-Emmissionen und Ressourcenverschwendung durch überflüssige Bestände. Hinzu kommt, dass der 3D-Druck an sich schon Ressourcen spart. Denn bei der Herstellung wird nur das tatsächlich benötigte Rohmaterial eingesetzt. Das ist sparsamer als sogenannte spanende Verfahren, bei denen Teile aus einem Block herausgefräst werden. Zusätzlich verlängert der 3D-Druck die Lebenszyklen der Fahrzeuge. Denn damit kann die Deutsche Bahn Bauteile fertigen, die beim Hersteller nicht mehr erhältlich sind.
Digitales Warenlager – Ersatzteile auf Knopfdruck
Daniela Gerd tom Markotten, DB-Vorständin für Digitalisierung und Technik: „Der 3D-Druck transformiert die Instandhaltung. Er spart Zeit, Kosten und Ressourcen, weil wir durch ein „digitales Warenlager“ Ersatzteile quasi auf Knopfdruck produzieren können und keine großen Lagerbestände benötigen. In Zeiten von weltweiten Lieferengpässen und Rohstoffmangel ist der 3D-Druck wichtiger denn je.“
100.000 Ersatzteile für die Bahnindustrie
Die DB ist weltweit führend im 3D-Druck für die Bahnindustrie. Was 2015 mit einfacheren Ersatzteilen wie einem Mantelhaken aus Kunststoff begann, hat sich nun zu 100.000 Teilen für über 500 verschiedene Anwendungen entwickelt. Immer mehr davon sind betriebsrelevant. Darunter auch Stahlteile wie Radsatzlagerdeckel für Rangierlokomotiven, eine Kastenkulisse für ICE-Züge oder das Getriebegehäuse der Rangierloks. Aktuell sind etwa 1.000 virtuelle Modelle im Digitalen Warenlager gespeichert. Bis 2030 sollen rund 10.000 verschiedene Bauteile auf diese Art vorgehalten werden.
„Mobility goes Additive“
Bei der Herstellung greift die DB auf eigene Drucker und ihr Partnernetzwerk zurück. Ende 2016 hat der Konzern das Netzwerk “Mobility goes Additive” ins Leben gerufen. Mehr als 140 Unternehmen – von Anwendern, Druckmaschinenherstellern und Druckdienstleistern über Universitäten bis hin zu Start-ups – arbeiten hier mittlerweile zusammen, um Innovationen gemeinsam voranzutreiben. Zum Einsatz kommen verschiedene Druckverfahren, darunter unter anderem die Materialextrusion, das Pulverbett-Verfahren oder Binder-Jetting.