Renishaw e Talgo redesenham componente ferroviário crítico com fabrico aditivo metálico

Através do seu modelo Solutions Center, a Renishaw Ibérica colabora com a Talgo na adaptação de projetos às tecnologias de impressão 3D metálica por fusão a laser em leito de pó (LPBF), com vista ao desenvolvimento de componentes mais leves e eficientes, com recurso a materiais avançados, como a fibra de carbono.

A indústria ferroviária encontra-se num ponto de viragem, em que a eficiência operacional, a redução de peso e a sustentabilidade definem a agenda de inovação de empresas como a Talgo, empresa espanhola de referência na conceção, fabrico e manutenção de comboios de alta velocidade e material circulante. Com sede em Vitoria-Gasteiz (Álava), a empresa opera no mercado há mais de 80 anos.

Entre as suas principais linhas de inovação destacam-se o desenvolvimento de comboios híbridos a hidrogénio e baterias, com o objetivo de eliminar emissões em linhas não eletrificadas; a conceção de comboios de alta velocidade com tração distribuída, para reduzir o consumo energético; e a evolução dos sistemas de rodagem de bitola variável, facilitando a interoperabilidade entre redes ferroviárias. A estas iniciativas soma-se uma aposta consistente na redução de peso, através do desenvolvimento de componentes estruturais mais leves, da incorporação de materiais avançados, como a fibra de carbono, e da adoção de novos processos produtivos, nomeadamente o fabrico aditivo.

É neste contexto que surge a colaboração com a Renishaw Ibérica, filial da Renishaw especializada em sistemas de fabrico inteligente, metrologia e fabrico aditivo. Através do seu modelo Solutions Center, a empresa contribui com a sua experiência na adaptação de projetos à tecnologia LPBF. “A tecnologia LPBF permite fabricar geometrias complexas com tolerâncias muito apertadas, difíceis ou impossíveis de alcançar com métodos convencionais. Além disso, facilita a introdução de alterações de forma ágil”, explica Alex Garcia, engenheiro de design e aplicações de fabrico aditivo na Renishaw Ibérica.

O projeto centra-se num componente de elevada responsabilidade: o suporte de transmissão das cargas verticais entre carruagens, sujeito a esforços até 11 toneladas. A solução original consistia em duas chapas metálicas soldadas, com limitações ao nível da adaptabilidade, além de depender de processos de soldadura que dificultavam a manutenção e substituição.

Ao recorrer ao fabrico aditivo metálico, a equipa da Talgo definiu um duplo objetivo: otimizar o design, integrando várias peças num único componente funcional que eliminasse soldaduras e simplificasse a montagem; e flexibilizar a cadeia de abastecimento, permitindo a produção de peças personalizadas sob pedido, mantendo níveis de segurança equivalentes, mas com melhor desempenho em termos de peso e durabilidade.

O redesenho foi conduzido em colaboração entre as equipas de engenharia da Talgo e da Renishaw. Segundo Alex Garcia, “o principal desafio foi a correta definição das condições de contorno no software de simulação, dado que a peça está sujeita a esforços de tração e compressão em múltiplas direções”. Para o efeito, recorreu-se ao software Ansys, com base num processo de otimização topológica destinado a reduzir peso e preservar a integridade estrutural.

A Addimen, empresa de Biscaia especializada na conceção e fabrico de componentes de elevado valor acrescentado através de impressão 3D, foi responsável pela produção e pós-processamento de seis unidades, incluindo remoção de suportes, acabamento superficial e maquinagem de zonas críticas, utilizando o sistema RenAM 500S da Renishaw.

O resultado é um componente que integra três peças originais numa única geometria, capaz de suportar as mesmas cargas da solução convencional. Após ensaios de fadiga de dez milhões de ciclos, a peça demonstrou cumprir os requisitos de durabilidade exigidos no setor ferroviário. “Não procuramos superar funcionalmente a solução existente, mas assegurar desempenho equivalente com as mesmas garantias”, afirma Francisco José García, engenheiro de inovação de produto da Talgo.

Segue-se agora a conclusão da fase de ensaios em diferentes configurações de fixação e a validação da repetibilidade dos resultados. Após esta etapa, o componente vai poder ser integrado em novas plataformas ferroviárias ou aplicado em material circulante existente, mediante aprovação das autoridades competentes.

Para além da produção, a Renishaw assegurou a verificação dimensional através da máquina de medição por coordenadas (MMC) de 5 eixos CMM AGILITY. Numa peça com elevada complexidade geométrica e múltiplos diâmetros, esta tecnologia permite a medição integral com um único sistema de apalpação, reduzindo tempos de programação e calibração.

Além disso, a medição em cinco eixos possibilita o acesso a praticamente todas as zonas da peça, incluindo áreas de difícil alcance, simplificando os dispositivos de fixação e reduzindo os tempos de preparação.

“A medição em cinco eixos é intrinsecamente mais rápida do que a convencional de 3 eixos, sendo esta vantagem particularmente evidente na medição de diâmetros. Neste caso, o tempo total pode ser reduzido até 50%”, refere Marcos Digón, engenheiro de aplicações da Renishaw Ibérica. “Ao minimizar os movimentos da máquina e otimizar a orientação do sensor, melhora-se a exatidão e a fiabilidade dos resultados.”

Desta forma, a Renishaw assegura um ecossistema completo, desde o fabrico aditivo até à inspeção dimensional, garantindo os padrões de qualidade exigidos pelo setor ferroviário.

A colaboração entre a Talgo e a Renishaw demonstra o potencial do fabrico aditivo metálico aliado à metrologia na transformação da produção e manutenção ferroviária. Entre os principais benefícios destacam-se a aceleração dos ciclos de desenvolvimento, a personalização de componentes e a redução significativa de peso.

Adicionalmente, a eliminação de processos como a soldadura contribui para ganhos de eficiência energética, simplificação da montagem e manutenção, redução de inventário e otimização logística.

“Estamos a avaliar a aplicação do fabrico aditivo a outros componentes, sobretudo em peças de menor dimensão compatíveis com os equipamentos atuais. A tecnologia revela-se particularmente relevante na prototipagem e substituição de componentes específicos, onde a redução dos prazos de fornecimento e dos custos não recorrentes representa uma vantagem competitiva”, acrescenta Francisco José García.