透视!3D打印如何助力Hyperloop超级高铁?

在Elon Musk的设想中,Hyperloop超级高铁将成为未来的交通工具。它将像飞机一样快速,像火车一样舒适。这是一个极其大胆的设想:在管道内,以每小时1225公里的速度发射吊舱。

为此,SpaceX还举办了超级高铁车厢设计大赛(Hyperloop Pod Race),著名的大学和工程团队被邀请参加比赛。最终麻省理工学院拿走了最高奖项,来自荷兰的Delft科技大学和Auburn大学分列二三位。

荷兰Delft科技大学制造的1:2缩尺Hyperloop POD在比赛中证明是安全、可靠、高效的。这个模型能达到每小时400公里的速度,能够运输乘客和行李。并且只有149公斤的重量。

 

为了达到高速,Hyperloop的设计理念是全靠接近真空的管道来实现,没有发动机的噪音。最接近发动机的东西就是管道,一条可以测量速度和位置的智能管道。车厢通过增压将重力加速度最小化,使得乘坐的舒适感达到最佳。

虽然管内几乎没有气压,但由于吊舱的高速度接近于声速,外形的优化还是必要的,Delft科技大学的Hyperloop POD外观是一个气动外形。从下图中可以看出,吊舱类外观似于水滴,因为这是最小化阻力的最佳形状。这一特殊形状的设计带来了新的挑战:悬挂的设计。由于几乎不可能通过铣削来完成设计里面的曲面或双曲面的加工,Delft科技大学采用精密铸造的方法解决了这一问题,这为他们带来更宽泛的设计自由度。

荷兰Delft科技大学此次参赛的合作伙伴是RP2公司,这其中颇为引人注目的是3D打印机制造商voxeljet(维捷)为RP2提供了3D打印的PMMA熔模铸造模具用于铸造铝件。

Delft科技大学设计了一个形状十分复杂的铝制吊舱悬挂系统,这样的产品需要采用熔模铸造工艺来完成。为此RP2邀请了3D打印机专家voxeljet(维捷)加入制造团队来迎接这一挑战。

通过voxeljet(维捷)位于德国Friedberg服务中心的VX1000系统,工程师将这些零件的熔模铸造模具打印出来,通过1000×600×500mm的打印空间,所有的25个熔模铸造模具在不到24小时内全部一批次打印完成。这些组件达到600dpi的打印分辨率精度,打印层厚度仅为150微米,使得组件达到了细致的工业级精度要求。VX1000适合于各种工业应用,可以使小批量生产变得经济快速。

Delft Hyperloop pod relies on aerodynamics

随后这25种不同的组件被送到RP2铸造环节,制造商采用真空铸造工艺。他们发现voxeljet(维捷)的PMMA材料燃烧充分,几乎没有灰分残留,并且模壳不会开裂。打印技术与材料技术的结合成就了出色的铸造质量。

这些组件被安装在铸造工艺的蜡树上,蜡树被陶瓷包裹,然后放在炉子里淬火,当PMMA材料被燃烧后,熔化的铝材料就被浇注进陶瓷空腔里。最后,工程师对铝件进行了T6热处理,提高了强度。在这个过程中,3D打印技术使得RP2能够生产复杂铸件模具,不仅经济、高效而且还满足了复杂零件的细节要求。

RP2公司与voxeljet (维捷)3D打印服务中心的合作要追溯到几年前,这也是为什么RP2公司会在第一时间想到与voxeljet(维捷)合作Hyperloop的参赛项目。voxeljet(维捷)为参与这一项目感到很兴奋,当意识到这些技术可以将慕尼黑到柏林的旅行时间缩短到30分钟的时候,并且减少能源消耗,voxeljet(维捷)认为这是一件极其有意义的事情。

About RP2

RP2 specializes in the production of prototypes and small production series in plastic and metal. The combination of modern "Additive Manufacturing technologies“ and craftsmanship enables us to make products of exceptional quality. We have several high-end 3D-Printing machines available, which we use to make accurate parts with excellent surface finish. We have a model-shop and spray-paint facilities at our disposal to finish the parts as needed. Unique is the use of 3D-Printing for making master patterns and molds for casting parts in Poly-Urethane plastics, silicone rubbers and several metal alloys. This makes it possible to produce small series for testing or as end-user parts, without the need of high investments in production tooling.

For more info on RP2: www.rp2.nl