長(zhǎng)期以來(lái)，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(lái)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(dá)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(xiàng)目之中。
大約10-15年前，汽車工業(yè)的鋼鐵時(shí)代似乎走到了盡頭，專家預(yù)測(cè)鋁的新紀(jì)元即將來(lái)臨。但之后出現(xiàn)了激光焊接、拼焊板、3D激光切割、高強(qiáng)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(guó)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(gè)人使命。“事實(shí)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(shuō)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(lái)，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(xiàng)目
根據(jù) Photon AG以往的經(jīng)驗(yàn)，事情并沒有那么簡(jiǎn)單。事實(shí)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(wàn)，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(shí)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(huì)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(jì)。“復(fù)制粘貼是風(fēng)險(xiǎn)最低的方法”，Alder微笑著說(shuō)。
但與此同時(shí)，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?yàn)楹芏嘬壍儡囕v的使用壽命長(zhǎng)達(dá) 30年，所以多余的重量最終會(huì)行駛數(shù)百萬(wàn)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(jì)，效率也成為了生產(chǎn)上一個(gè)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?yàn)樗麄儙缀趺媾R著相同的困難。Photon AG憑借激光加工的優(yōu)勢(shì)在近年來(lái)解決了數(shù)百個(gè)難題。“激光能幫助我們?cè)诮M件焊接上節(jié)省時(shí)間、成本和材料，同時(shí)還提高了質(zhì)量”，Alder說(shuō)道。該行業(yè)正在越來(lái)越多地采用這種工藝方式。2014年，Photon AG獲得了一個(gè)知名的大型項(xiàng)目，讓西門子/龐巴迪為德國(guó)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(gè)模塊組成，每個(gè)長(zhǎng)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(jì)都采用了鋁，這是一個(gè)科學(xué)的選擇，”Alder說(shuō)道。“但是鋁的抗拉強(qiáng)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?yàn)榱熊嚨膶挾缺幌拗圃谲壘鄡?nèi)，所以大量的型面擠占了車體空間。ICE 4計(jì)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(huì)讓外殼看起來(lái)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(huì)產(chǎn)生變形，而且完全無(wú)需焊后加工。”使用拼焊板又進(jìn)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(lái)克服的另一大難題。事實(shí)上，在過去3年中，公司為地區(qū)火車生產(chǎn)了約3,000個(gè)側(cè)壁，其中一部分長(zhǎng)達(dá)16米。相比之下，5米的長(zhǎng)度顯得很容易管理。“該項(xiàng)目的巨大挑戰(zhàn)在于尋找最省時(shí)高效的自動(dòng)化方案生產(chǎn)外殼部分”，Alder說(shuō)道。Photon AG想出了用2個(gè)激光房進(jìn)行生產(chǎn)的方法，可以從兩側(cè)裝載。每個(gè)激光房都包含一個(gè)機(jī)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(tái)焊接組件完工后，自動(dòng)化的夾具平臺(tái)會(huì)帶著工件離開該激光房，另一臺(tái)就會(huì)上來(lái)接替，同時(shí)一臺(tái)通快TruDisk 碟片式激光器則在另一個(gè)艙體為組件進(jìn)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(duì)于打入新市場(chǎng)有了些許心得，并已經(jīng)有了下一步計(jì)劃：“我們擁有設(shè)計(jì)和生產(chǎn)安全性相關(guān)組件的經(jīng)驗(yàn)，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(lái)幾年中能在該行業(yè)獲得更多的訂單。”該公司一直以來(lái)都努力保證為客戶提供符合他們期待的具有競(jìng)爭(zhēng)力的價(jià)格。“沒人會(huì)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(jià)格。”
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