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3D打印如何助力Hyperloop超级高铁?

导读: Hyperloop-“超级高铁”具有长距离、超高速、低能耗等特点。无论是倡导超级高铁,还是制造载人龙飞船,Elon Musk都在进行着颠覆性的创新,而这些创新的尝试中就不乏新兴的制造技术,如3D打印技术。

Hyperloop-“超级高铁”具有长距离、超高速、低能耗等特点。据悉,世界首条商业运营的超级高铁有望修建在迪拜,但并不是拉人,而是用于港口间的超高速货物运输。可以说无论是倡导超级高铁,还是制造载人龙飞船,Elon Musk都在进行着颠覆性的创新,而这些创新的尝试中就不乏新兴的制造技术,如3D打印技术

本期,小编和大家一起来领略,3D打印熔模铸造技术将如何使Hyperloop超级高铁项目受益。处理复杂设计与快速制造在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,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。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。小编了解到正是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。

图片:熔模,来源voxeljet

图片:铝件,来源voxeljet

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。

图片:熔模,来源voxeljet

图片:铝件,来源voxeljet

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的制造空间,所有的25个熔模铸造模具在不到24小时内一个批次打印完成。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,使小批量生产变得经济且轻松。

图片:熔模,来源voxeljet

图片:铝件,来源voxeljet

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材料带来非常出色的燃烧结果,达到非常低的灰分含量,并且膨胀系数低,所以陶瓷壳没有形成裂纹的风险,打印技术与材料技术的结合带来了优秀的铸造质量。

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,并且耗费很少的能源,voxeljet(维捷)认为这是一件极其有意义的事情。

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