Renishaw y Talgo impulsan la fabricación aditiva en componentes críticos del sector ferroviario

A través de su modelo de Solutions Center, Renishaw Ibérica colabora con Talgo aportando su experiencia en la adaptación de diseños a tecnologías de impresión 3D metálica mediante fusión láser por lecho de polvo a fin de desarrollar piezas y componentes de menor peso, estructuralmente más ligeros y apostando por materiales avanzados como la fibra de carbono.

La industria ferroviaria se encuentra en un punto de inflexión donde la eficiencia operativa, la reducción de peso y la sostenibilidad están dictando la agenda de innovación de compañías como Talgo, empresa española líder en el diseño, fabricación y mantenimiento de trenes de alta velocidad y material ferroviario. Con sede central en Vitoria-Gasteiz (Álava-Araba), lleva más de 80 años operando en el mercado.

Entre sus principales líneas de innovación, destacan la creación de trenes híbridos con hidrógeno y baterías para eliminar emisiones en líneas no electrificadas; el diseño de trenes de alta velocidad con tracción distribuida para reducir el consumo energético, y la mejora del sistema de rodadura desplazable para facilitar la interoperabilidad entre redes. A ello se suma una apuesta decidida por la reducción de peso como seña de identidad, impulsando el diseño de componentes estructurales más ligeros, la incorporación de materiales avanzados como la fibra de carbono y la adopción de nuevos procesos productivos, como la fabricación aditiva.

Es en este último ámbito donde nace la colaboración con Renishaw Ibérica, filial española de la compañía Renishaw, especializada en sistemas de fabricación inteligente, medición y fabricación aditiva. A través de su modelo de Solutions Center, Renishaw aporta experiencia en la adaptación de diseños a tecnologías de impresión 3D metálica mediante fusión láser por lecho de polvo (LPBF). “La tecnología LPBF permite fabricar geometrías complejas y tolerancias muy ajustadas, difíciles o imposibles de lograr con métodos convencionales. Además, posibilita hacer modificaciones en la pieza de forma sencilla”, valora Alex Garcia, ingeniero de diseño y aplicaciones de fabricación aditiva en Renishaw Ibérica.

Con este proyecto, ambas compañías han explorado el potencial de la fabricación aditiva metálica en una pieza de alta exigencia estructural, sentando las bases para una nueva generación de componentes ferroviarios que combinen seguridad con ligereza, alineados con una movilidad global más eficiente y sostenible. Además, han estudiado la adaptación del diseño a materiales aún más ligeros, como el aluminio, abriendo la puerta a futuras evoluciones que reduzcan más el peso.

El proyecto se centra en un componente de alta responsabilidad: el soporte de transmisión de las barras de transmisión de carga vertical entre coches del tren, un elemento sometido a cargas de hasta 11 toneladas. La pieza original consistía en dos chapas metálicas soldadas, con una funcionalidad limitada ante la dificultad de realizar adaptaciones individualizadas y debido a la dependencia de las soldaduras, lo que complicaba su sustitución y mantenimiento.

Al explorar la fabricación aditiva metálica para este componente, el equipo de Talgo se propuso un doble desafío: por un lado, optimizar el diseño mediante la integración de múltiples piezas en un único componente funcional que eliminara soldaduras y simplificara el montaje. Por el otro, flexibilizar la cadena de suministro al permitir piezas personalizadas bajo demanda, garantizando siempre una seguridad idéntica a la original, pero con una ligereza y durabilidad superiores.

El rediseño del componente fue liderado conjuntamente por el equipo de ingeniería de Talgo y Renishaw. Según Alex Garcia, “el principal desafío fue definir correctamente las condiciones de contorno en el software de simulación, debido a que la pieza está sometida a cargas de tracción y compresión aplicadas en múltiples orientaciones”. Para ello, se empleó el software ANSYS, realizando un rediseño topológico con el propósito de optimizar la geometría, reducir el peso y mantener la resistencia estructural necesaria.

Por su parte, la compañía vizcaína Addimen, especializada en el diseño y la fabricación de piezas metálicas y plásticas de alto valor añadido mediante tecnologías de impresión 3D, se encargó de la producción y el postprocesado de seis unidades del componente, incluyendo la eliminación de soportes, el pulido de las superficies con mayor rugosidad y el mecanizado de las zonas críticas. Para ello, utilizó el sistema de fabricación RenAM 500S de Renishaw.

El resultado es un componente que integra tres piezas originales en una única geometría, capaz de soportar las mismas cargas que la versión convencional. Tras someterse a exigentes ensayos de fatiga de 10.000.000 de ciclos, la pieza ha demostrado la durabilidad requerida para el entorno ferroviario. “No buscamos una comparativa funcional frente a la solución existente, sino garantizar que el componente mantenga la misma funcionalidad con garantías equivalentes”, asegura Francisco José García, ingeniero de innovación de producto de Talgo.

Ahora queda pendiente la finalización de la fase de ensayos en diferentes configuraciones de amarre y repetitividad de resultados. Una vez concluidos, Talgo podrá introducir el componente tanto en nuevas series de trenes como en las series existentes, previa aprobación de la autoridad ferroviaria correspondiente.

Además de fabricar la pieza, Renishaw ha participado en su verificación dimensional mediante la máquina tridimensional de 5 ejes CMM AGILITY®. En una pieza como esta, con abundancia de diámetros, la medición en 5 ejes permite verificar todas las cotas con un único palpador, lo que agiliza la programación y reduce el tiempo dedicado a calibraciones. Además, esta tecnología posibilita acceder a cualquier zona de la pieza desde prácticamente cualquier ángulo, incluso por debajo de la base, simplificando el diseño del utillaje y reduciendo los tiempos de preparación.

“La medición en 5 ejes es intrínsecamente más rápida que la tecnología convencional de 3 ejes, y esta ventaja es especialmente relevante cuando se miden diámetros. En esta pieza, el tiempo total de medición puede reducirse hasta en un 50% en comparación con una CMM convencional”, valora Marcos Digón, ingeniero de aplicaciones de Renishaw Ibérica. “Al minimizar los movimientos de la máquina y mantener orientado el palpador de forma óptima, la tecnología de 5 ejes mejora la exactitud de las medidas y aumenta la fiabilidad de los resultados”.

De este modo, Renishaw ha aportado un ecosistema completo que abarca desde la fabricación aditiva hasta la inspección dimensional, cerrando el ciclo de producción con las mismas garantías de calidad que exige el sector ferroviario.

Esta colaboración entre Talgo y Renishaw ilustra cómo la fabricación aditiva metálica y la metrología pueden transformar la producción y el mantenimiento ferroviario, acelerando los ciclos de desarrollo mediante un prototipado rápido y con la implementación de ajustes de diseño altamente personalizados. Por otra parte, al facilitar una reducción significativa del peso en los componentes y eliminar procesos como la soldadura, la fabricación aditiva se alinea con los objetivos de eficiencia energética y reducción de emisiones de carbono: consumo energético optimizado, montaje y mantenimiento simplificados, menos inventario de piezas ensambladas y logística de repuestos también optimizada.

“Estamos considerando la fabricación aditiva metálica para la producción de otros componentes, especialmente en soportes de dimensiones reducidas que se ajusten a la capacidad de los equipos actuales. Esta tecnología resulta particularmente valiosa tanto en el prototipado como en la sustitución de elementos existentes para aplicaciones singulares. Casos en los que la reducción de los plazos de abastecimiento y la optimización de los costes no recurrentes marcan una diferencia competitiva fundamental”, valora Francisco José García, de Talgo.

La colaboración entre Talgo y Renishaw Ibérica demuestra que la fabricación aditiva metálica y la metrología avanzada pueden trabajar de forma integrada en componentes críticos ferroviarios, cubriendo todo el ciclo, desde el diseño topológico hasta la verificación dimensional final. Más allá de este proyecto, la experiencia adquirida abre la puerta a la expansión de estas tecnologías dentro del sector, consolidando la innovación, la eficiencia y la sostenibilidad de la nueva generación de trenes.

Para más información del proyecto, consultar este enlace: https://bit.ly/4czHKsR