長期以來，激光技術(shù)在汽車工業(yè)中都發(fā)揮著重要的作用，軌道車輛制造商也在越來越多地應(yīng)用這一技術(shù)。Photon AG及其子公司已經(jīng)成功使用激光達數(shù)年之久。如今他們已開始嘗試將激光應(yīng)用于知名的大型項目之中。
大約10-15年前，汽車工業(yè)的鋼鐵時代似乎走到了盡頭，專家預(yù)測鋁的新紀(jì)元即將來臨。但之后出現(xiàn)了激光焊接、拼焊板、3D激光切割、高強度鋼，生產(chǎn)力大幅上升，輕型鋼結(jié)構(gòu)被廣泛應(yīng)用。將這些新技術(shù)應(yīng)用于軌道車輛制造是位于德國柏林的企業(yè)Photon AG的成功秘訣之一，也是其技術(shù)總監(jiān)Holger Alder的個人使命。“事實證明，激光使汽車工業(yè)變得更快、更便宜、更高效，他們創(chuàng)造了全新的制造方法”，在加入 Photon AG之前曾從事汽車制造的 Alder說道。“過去幾年中，我們不斷證明用于制造汽車的技術(shù)也可以用于制造軌道車輛。但顯然并不是直接復(fù)制過來，而是需要大家集思廣益，重新思考最有效的方法”。
知名大型項目
根據(jù) Photon AG以往的經(jīng)驗，事情并沒有那么簡單。事實上，汽車和軌道車輛的制造差異巨大。汽車工業(yè)的生產(chǎn)量通常都是成千上萬，而鐵路工業(yè)的訂單要小得多，可能只有幾百。不僅如此，軌道車輛制造的安全標(biāo)準(zhǔn)有時要高于汽車工業(yè)，特別是高速火車，因此相應(yīng)的流程也就更加復(fù)雜了。企業(yè)在獲得所有的生產(chǎn)批準(zhǔn)和認(rèn)證之后，一般會傾向于遵循原有的工藝和方法，而不是從頭開始重新設(shè)計。“復(fù)制粘貼是風(fēng)險最低的方法”，Alder微笑著說。
但與此同時，鐵路工業(yè)面臨著與汽車制造商相似的問題。例如，制造商開始更多地關(guān)注車輛的重量。因為很多軌道車輛的使用壽命長達 30年，所以多余的重量最終會行駛數(shù)百萬公里，年復(fù)一年地拉低車輛的總體能量效率。隨著企業(yè)努力使軌道車輛制造流程更加快速經(jīng)濟，效率也成為了生產(chǎn)上一個更大的問題。
軌道車輛制造商選擇激光技術(shù)的原因與汽車工業(yè)相類似，因為他們幾乎面臨著相同的困難。Photon AG憑借激光加工的優(yōu)勢在近年來解決了數(shù)百個難題。“激光能幫助我們在組件焊接上節(jié)省時間、成本和材料，同時還提高了質(zhì)量”，Alder說道。該行業(yè)正在越來越多地采用這種工藝方式。2014年，Photon AG獲得了一個知名的大型項目，讓西門子/龐巴迪為德國聯(lián)邦鐵路公司制造的約1,600輛新型軌道列車 ICE 4生產(chǎn)側(cè)壁、車身頂蓋和底盤組件。
通快碟片激光器：TruDisk 6001
在裝配原型之前，Photon AG與客戶共同確定了側(cè)壁的生產(chǎn)戰(zhàn)略。它們將由5個模塊組成，每個長5米，幾乎完全由Photon AG預(yù)制，然后由龐巴迪在自己的工廠裝配。在材料方面，ICE 4回歸了鋼鐵。ICE 之前的車身是鋁制的，以盡可能減輕重量。“很多輕型設(shè)計都采用了鋁，這是一個科學(xué)的選擇，”Alder說道。“但是鋁的抗拉強度不如鋼鐵。所以為滿足載重要求，就必須采用更厚的材料和大量的型面。”因為列車的寬度被限制在軌距內(nèi)，所以大量的型面擠占了車體空間。ICE 4計劃通過輕型鋼鐵外殼恢復(fù)減少的車體空間，當(dāng)然還不能增加重量或影響剛性或安全性。
Photon AG熟知汽車工業(yè)的這些要求，并能夠采用激光技術(shù)加以滿足。“為保持在重量限度內(nèi)，大多數(shù)鋼鐵外殼的厚度不能超過2毫米。但是，如果采用傳統(tǒng)方法焊接薄金屬，產(chǎn)生的熱量就會讓外殼看起來像過山車的軌道一樣。”Alder解釋道。“不過有了非常優(yōu)質(zhì)的激光焊縫，我們就可以焊接這樣的薄鋼鐵了，不會產(chǎn)生變形，而且完全無需焊后加工。”使用拼焊板又進一步減輕了重量，可保證外殼的所有部分都只需具有所需要的厚度。
批量生產(chǎn)后，公司每天將生產(chǎn)10節(jié)，相當(dāng)于一輛完整列車的外殼。這么多大型組件的物流是 Photon AG多年來克服的另一大難題。事實上，在過去3年中，公司為地區(qū)火車生產(chǎn)了約3,000個側(cè)壁，其中一部分長達16米。相比之下，5米的長度顯得很容易管理。“該項目的巨大挑戰(zhàn)在于尋找最省時高效的自動化方案生產(chǎn)外殼部分”，Alder說道。Photon AG想出了用2個激光房進行生產(chǎn)的方法，可以從兩側(cè)裝載。每個激光房都包含一個機器人，負(fù)責(zé)將鈑金件焊接在一起，并與縱向和橫向支桿連接以保持穩(wěn)定。當(dāng)一臺焊接組件完工后，自動化的夾具平臺會帶著工件離開該激光房，另一臺就會上來接替，同時一臺通快TruDisk 碟片式激光器則在另一個艙體為組件進行焊接。這便保證了始終最高效地利用激光。
航空產(chǎn)業(yè)的召喚
在解決了汽車和鐵路工業(yè)的難題之后，Photon AG對于打入新市場有了些許心得，并已經(jīng)有了下一步計劃：“我們擁有設(shè)計和生產(chǎn)安全性相關(guān)組件的經(jīng)驗，并專注于中小批量的生產(chǎn)，這使我們成為航空業(yè)的絕佳選擇。我們希望在未來幾年中能在該行業(yè)獲得更多的訂單。”該公司一直以來都努力保證為客戶提供符合他們期待的具有競爭力的價格。“沒人會再僅僅為了‘激光制造’的標(biāo)簽而買單！客戶最終需要的是高品質(zhì)和與傳統(tǒng)焊接類似、甚至還更低的價格。”
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