摘要：本文聚焦于 3D 打印技术在动车组转向架轻量化工装工件试制中的应用。通过对传统转向架工装制造工艺的分析，阐述了 3D 打印技术在轮对支撑工装、阻挡块等关键部件上的改进与创新应用。详细探讨了 3D 打印技术如何实现工装的轻量化设计，提升工装性能，同时降低生产成本和制造周期。研究表明，3D 打印技术为动车组转向架工装制造带来了新的发展机遇，对推动轨道交通行业的技术进步具有重要意义。

关键词：3D 打印；动车组转向架；轻量化；工装工件试制

随着轨道交通行业的快速发展，对动车组性能的要求日益提高。轻量化作为提升动车组运行效率、降低能耗的关键途径，受到广泛关注。工装工件作为动车组生产制造过程中的重要辅助工具，其轻量化设计与制造对于提高生产效率、降低成本同样具有重要意义。3D 打印技术，作为一种新兴的增材制造技术，以其独特的制造方式和优势，为动车组转向架轻量化工装工件的试制带来了新的机遇。

1.动车组转向架工装概述

1.1 转向架的重要性

转向架是动车组的走行部件，它承载着车体的重量，传递牵引力和制动力，同时保证列车在运行过程中的平稳性和灵活性。转向架的性能直接关系到列车的运行品质和安全可靠性，因此对转向架的制造和维护要求极高。

1.2 工装工件的作用

工装工件是指在转向架制造、检修和维护过程中使用的各种专用工具和设备，如轮对支撑工装、阻挡块、定位夹具等。这些工装工件的主要作用是保证转向架各部件的加工精度、装配精度和检修质量，提高生产效率和工作安全性。

1.3 传统工装制造工艺的局限性

传统的工装制造工艺主要包括机械加工、铸造、锻造等。这些工艺在制造简单结构的工装工件时具有较高的效率和精度，但在面对复杂结构和轻量化要求时，存在以下局限性：

1.3.1设计灵活性受限：传统工艺难以制造具有复杂内部结构和异形外观的工装工件，限制了工装的设计创新和性能优化。

1.3.2材料浪费严重：传统加工工艺通常需要对原材料进行大量的切削和加工，导致材料利用率低，成本增加。

1.3.3制造周期长：复杂工装的制造需要经过多个工序和长时间的加工，制造周期长，难以满足快速生产和紧急维修的需求。

1.3.4轻量化实现困难：传统工艺在实现工装的轻量化设计方面存在较大困难，难以满足动车组对轻量化的要求。

2.3D 打印在动车组转向架轻量化工装工件试制中的优势

2.1轻量化设计实现

动车组转向架装配件的轻量化设计对于提升其整体性能具有重要意义。采用传统的制造方法在实现复杂且重量优化的设计上面临诸多挑战，相比之下，3D打印技术因其能够创建出结构复杂的部件而显得尤为突出。它能够基于对装配件受力情况的具体分析，开发出最优化的轻量级设计方案。比如，运用拓扑优化策略，在不影响功能性的前提下，减少非关键承重区域的材料使用，并增强重要支撑点的坚固性，从而确保在维持必要强度与刚度的同时达到显著减重的效果。

2.2缩短试制周期

在传统的工装工件试制流程中，涵盖了从模具设计到制造再到工装工件生产的多个阶段，每个步骤均需投入大量时间和资源。相比之下，3D打印技术能够直接依据数字模型完成生产，省去了对模具的需求，极大地简化了整个开发过程。这使得设计师能够在较短的时间内反复调整和完善设计方案，并迅速通过3D打印技术制作出实物样本来进行测试验证，有效缩短了新产品从概念到成品的周期，加速了产品迭代与创新的步伐。

2.3降低成本

尽管3D打印技术在初期需要较大的资金投入，但从长远角度来看，在工装零件试制过程中展现了显著的成本效益。该技术免去了模具的制作过程，从而省略了与之相关的高昂设计、生产和维护成本。同时，3D打印还能够精确控制材料用量，有效减少资源浪费，进一步降低物料成本。更重要的是，它大大缩短了产品开发周期，使企业能够更快地将创新成果推向市场，把握住市场机遇，进而实现更高的经济效益。

3.3D 打印在动车组转向架轻量化工装工件试制中的应用实例

3.1 轮对支撑工装的改进

轮对是转向架的核心部件之一，在轮对的加工、装配和检修过程中，需要使用轮对支撑工装来保证轮对的稳定性和精度。传统的轮对支撑工装通常采用铸铁或钢材制造，结构较为笨重，且在支撑方式和调节功能上存在一定的局限性。

利用 3D 打印技术，设计并制造了新型的轮对支撑工装。新型工装采用了轻量化的设计理念，通过优化结构，在保证支撑强度和稳定性的前提下，大幅减轻了工装的重量。例如，采用了蜂窝状的内部结构和镂空设计，既减少了材料的使用量，又提高了工装的强度和刚度。同时，3D 打印技术还可以根据不同型号轮对的尺寸和形状，快速定制个性化的支撑工装，实现了支撑工装的通用性和灵活性。在实际应用中，新型轮对支撑工装不仅提高了轮对加工和检修的效率，还降低了劳动强度和设备能耗。

3.2 阻挡块的创新设计与制造

阻挡块是转向架工装中的一种常用部件，主要用于在转向架组装和检修过程中对零部件进行定位和阻挡，防止其移动或脱落。传统的阻挡块通常采用简单的块状结构，制造工艺简单，但在实际使用中存在一些问题，如定位精度不高、容易磨损等。

采用 3D 打印技术，对阻挡块进行了创新设计和制造。通过对阻挡块的工作原理和受力情况进行分析，设计了具有特殊形状和结构的阻挡块。例如，在阻挡块的接触面上设计了防滑齿和缓冲结构，提高了阻挡块的定位精度和防滑性能，同时减少了对零部件表面的损伤。在材料选择上，采用了高强度、耐磨的 3D 打印材料，提高了阻挡块的使用寿命。3D 打印技术的快速成型和个性化定制优势，使得阻挡块的制造周期大大缩短，能够快速满足生产和维修的需求。

3.3 其他工装工件的 3D 打印应用

除了轮对支撑工装和阻挡块外，3D 打印技术还在动车组转向架的其他工装工件制造中得到了应用，如定位夹具、测量工具等。通过 3D 打印技术，可以制造出具有高精度、复杂结构的定位夹具，提高了转向架零部件的装配精度和质量。同时，3D 打印的测量工具可以根据不同的测量需求进行定制，实现了对转向架复杂结构的精确测量。

4.结论

随着 3D 打印技术的不断发展和完善，其在动车组转向架工装制造中的应用前景将更加广阔。未来，可以进一步探索 3D 打印技术在转向架其他关键部件制造中的应用，如构架、制动装置等。同时，加强与其他先进技术的融合，如人工智能、大数据、物联网等，实现 3D 打印工装的智能化设计、制造和管理。相信在不久的将来，3D 打印技术将为轨道交通行业的发展带来新的变革和机遇。

参考文献：

[1]田丛.基于3D打印的车辆转向架三维建模及装配研究[J].机电产品开发与创新， 2023， 36（4）：79-82.

[2]王凯，马超，马明志，等.基于3D打印砂型的转向架套筒零件快速制造[J].轨道交通材料， 2023， 2（6）：14-18.