Das Hyperloop-Konzept aus der Ideenschmiede der Technischen Universität Delft

3D-Druckerhersteller voxeljet unterstützt Hyperloop-Projekt mit 3D-gedruckten PMMA-Gussformen zum Feingießen von Aluminiumteilen 

Wenn es nach Visionär Elon Musk geht, soll der Hyperloop das Verkehrsmittel der Zukunft werden. Er soll so schnell sein wie ein Flugzeug und so viel Komfort bieten wie ein Zug. Seine Vision für das futuristische Transportsystem: Kapseln, die mit einer Geschwindigkeit von bis zu 1.225 Stundenkilometern durch eine Röhre geschossen werden. Für die Entwicklung lobte Tesla-Gründer Musk einen weltweiten Wettbewerb für Universitäten und freie Techniker-Teams aus. voxeljet unterstützte RP2, den Prototypenhersteller und Partner der Technischen Universität Delft, bei diesem Zukunftsprojekt. Als führender Anbieter von großformatigen 3D-Druckern und On-Demand-Teile-Dienstleistungen lieferte voxeljet dem Team der TU Delft PMMA-Modelle (Polymethylmethacrylat) für den Guss von Bauteilen der Transportkapsel.

Zuvor holte das niederländische Team von über einhundert Teams mit seiner Idee den zweiten Platz in der ersten Wettbewerbsrunde. Nur dem US-amerikanischen MIT (Massachusetts Institute of Technology) musste es sich geschlagen geben. Dritter wurden die Teilnehmer der US-Universitäten in Wisconsin, Virginia und Kalifornien. Die drei besten Teams aus diesem Wettbewerb durften in der zweiten Phase ihren Entwurf der Hyperloop-Kapsel maßstabsgetreu als Modell im Verhältnis 1:2 nachbauen.

 

voxeljet liefert präzise PMMA-Gussformen

Für die komplex geformten Aluminiumteile der Kapselaufhängung suchte das Delfter Team nach einem Partner, um sie im Feingussverfahren herzustellen. Dazu wählte das Uni-Team Prototypenbauer RP2 aus, mit dem seit Jahren eine Projektpartnerschaft besteht. RP2 holte zur Unterstützung den 3D-Druckexperten voxeljet mit ins Boot.

Die PMMA-Modelle (Polymethylmethacrylat) für den Guss wurden auf einer VX1000 im voxeljet Dienstleistungszentrum in Friedberg gedruckt. Der universelle 3D-Drucker eignet sich für unterschiedliche industrielle Anwendungen und ermöglicht eine wirtschaftliche Produktion von Einzelteilen bis zur Kleinserie. Mit einem Bauvolumen von 300 Litern (1000 x 600 x 500 Kubikmillimeter) wurden alle 25 benötigten Gussmodelle in nur einem Druckvorgang in weniger als 24 Stunden produziert. Der hohe Detailgrad der Bauteile wurde dabei durch eine Druckauflösung von 600 dpi in Kombination mit einer Schichtstärke von nur 150 Mikrometern realisiert.

Optimale Materialwahl für geringen Aschegehalt

Für den Guss wurden die 25 verschiedenen Bauteile an RP2 versandt. Es wurde das Vakuum-Guss-Verfahren gewählt. Dazu Mike de Winter, CEO von RP2: „Das PMMA-Material funktionierte für unseren Zweck optimal, weil es mit einem sehr niedrigen Aschegehalt ausbrennt. Es weitet sich beim Ausbrennen nicht aus, was das Risiko von Rissen in der Keramikschale verhindert. Außerdem bietet es eine hervorragende Gussqualität.“

 

Komplexe Feingussmodelle günstig und schnell hergestellt

Die gedruckten Muster wurden für den Guss auf einem Wachsbaum aufgebracht. Der Baum wurde in Keramik eingebettet, die dann zum Aushärten in den Ofen kam. Nach dem Ausbrennen des Wachses und der PMMA-Gussformen konnte das Aluminium gegossen werden. Am Ende erhielt das Aluminium eine T6-Wärmebehandlung, die die Festigkeit verbesserte und die weitere Bearbeitung erleichterte. „Trotz der geringen Stückzahl war es dank der 3D-Drucktechnologie möglich, die komplexen Feingussmodelle kostengünstig und in kürzester Zeit herzustellen“, erläutert Florian Rauscher, Projektverantwortlicher des Customer Services bei voxeljet.

Delfter Hyperloop-Kapsel setzt auf Aerodynamik

Das Ergebnis kann sich sehen lassen: Die Delfter Hyperloop-Kapsel ist sicher, schnell, zuverlässig und effizient. Das Modell im Maßstab 1:2 kann Geschwindigkeiten von mehr als 400 Kilometer/Stunde erreichen und ist in der Lage, sowohl Passagiere als auch Gepäck zu transportieren. Mit einer Masse von nur 149 Kilogramm wurde die Kapsel in Leichtbauweise konstruiert.

Auch wenn fast kein Luftdruck innerhalb der Röhre herrscht, gibt es aufgrund des hohen Tempos, das fast der Schallgeschwindigkeit entspricht, trotzdem noch einen Rest-Luftwiderstand. Dies war auch der Grund, warum die Delfter Hyperloop-Kapsel eine aerodynamische Form erhielt. Wie in den Abbildungen zu sehen ist, ähnelt die Kapsel einem Wassertropfen, da dies die optimale Form ist, um den Luftwiderstand so gering wie möglich zu halten. Allerdings bedeutete dies eine weitere Herausforderung: Die Aufhängung musste aerodynamisch mit dieser organischen Form verbunden werden, zumal es fast unmöglich ist, eine gekrümmte oder doppelt gekrümmte Oberfläche zu fräsen. Dank seiner umfangreichen Gestaltungsoptionen fand das Delfter Team im Guss-Verfahren die Lösung.

Kapseln schießen fast in Schallgeschwindigkeit durch Röhren

Kurz zur Vision des Verkehrsmittels der Zukunft: Auf Stahlbetonstützen sollen zwei parallel laufende Röhren gebaut werden, in denen sich Kapseln mit 20 bis 30 Menschen an Bord in einem Teilvakuum bewegen. Um hohe Geschwindigkeiten erreichen zu können soll der Druck in den Röhren bei etwa 100 Pascal gehalten werden, einem Tausendstel des Normaldrucks.

So wäre für dieses Transportsystem nur ein Bruchteil der Energie notwendig, die herkömmliche Verkehrsmittel verbrauchen. Denn aufgrund des sehr geringen Luftwiderstands ist fast keine Antriebskraft nötig, um die magnetisch angetriebenen Fahrzeuge zu beschleunigen. Dies würde die Kosten für den Aufbau und die Erhaltung der Infrastruktur drastisch reduzieren. Der Hyperloop ist eine Technologie, die auf umweltfreundliche Art und Weise hohe Geschwindigkeit realisieren könnte.


 

Das Delfter Hyperloop Team: die Besten der Besten

Das Delfter Hyperloop Team besteht aus 30 Mitgliedern aus allen Fakultäten der Technischen Universität Delft, die als die Besten aus fast 200 Bewerbern ausgewählt wurden. Dieses Team nahm am „SpaceX Hyperloop Pod-Wettbewerb“ teil, der von Elon Musk 2013 ins Leben gerufen wurde, weil er das Hyperloop-Projekt nicht alleine umsetzen wollte. Mit einem einzigartigen Design und Schwebemechanismus erstellten die Niederländer ein sicheres, schnelles und kostengünstiges Fahrzeug-Modell. Die Transportkapsel in halber Maßstabsgröße wurde im Januar 2017 durch die Teströhre von SpaceX in Kalifornien geschickt.

 

Ein Stück Hyperloop-Zukunft mitgestaltet

RP² bezieht bereits seit mehreren Jahren Feingussmodelle vom voxeljet 3D-Druck-Dienstleistungszentrum. Um das Hyperloop-Projekt mit den nötigen Feingussmodellen zu unterstützen, war voxeljet auch diesmal die erste Wahl. „Dies ist sicherlich kein alltägliches Projekt. Wir freuen uns sehr, ein Teil dieses Transport-Konzepts zu sein, das uns vielleicht schon in wenigen Jahren in nur 30 Minuten von München nach Berlin bringen wird“, so der voxeljet Projektverantwortliche Rauscher.

Auch wenn die Delfter in der ersten Runde des Hyperloop-Wettbewerbs mit dem zweiten Platz knapp am Sieg „vorbeigedüst“ ist, hat das niederländische Team in der zweiten Entscheidungsrunde im Januar 2017 auf der kalifonischen Testtrecke überzeugen können. Sie gingen als Gesamtsieger hervor, die in allen Wettbewerbskriterien jeweils mit den höchsten Durchschnittswerten punkten konnten.

Über RP2

RP2 spezialisiert sich für die Produktion von Prototypen und kleinere Serienproduktion in Kunststoff und Metall. Die Kombination von modernen Technologien zur additiven Herstellung und Handwerkskunst ermöglicht die Herstellung von Produkten mit bemerkenswerter Qualität. Wir haben verschiedene Highend-3D-Drucker zur Verfügung, welche detailtreue Teile mit einer exzellenten Oberflächenqualität drucken können. Darüber hinaus bieten wir einen Modelshop und Spritzlack Einrichtungen in denen die Teile ihren finalen Schliff bekommen. Das Einzigartige ist der 3D-Druck, welcher ermöglicht Gussformen schnell in Polyurethane Kunststoffen, Silikongummis und verschiedenen Metalegierungen zu erstellen. Das ermöglicht die Herstellung von kleineren Serien zum Testen oder für den Endbenutzer, ohne dass hohe Kosten für die Werkzeugerstellung anfallen.

Für mehr Informationen über RP2: www.rp2.nl