3D打印如何助力Hyperloop超級(jí)高鐵？

Hyperloop-“超級(jí)高鐵”具有長(zhǎng)距離、超高速、低能耗等特點(diǎn)。據(jù)悉，世界首條商業(yè)運(yùn)營(yíng)的超級(jí)高鐵有望修建在迪拜，但并不是拉人，而是用于港口間的超高速貨物運(yùn)輸�？梢哉f(shuō)無(wú)論是倡導(dǎo)超級(jí)高鐵，還是制造載人龍飛船，ElonMusk都在進(jìn)行著顛覆性的創(chuàng)新，而這些創(chuàng)新的嘗試中就不乏新興的制造技術(shù)，如3D打印技術(shù)。voxeljet（維捷）通過(guò)位于德國(guó)Friedberg服務(wù)中心的VX1000系統(tǒng)，為Hyperloop超級(jí)高鐵項(xiàng)目在不到24小時(shí)內(nèi)一個(gè)批次打印完成25個(gè)熔模鑄造模具。隨后這25種不同的組件被送到RP2鑄造環(huán)節(jié)，制造商采用真空鑄造工藝將其鑄造成金屬零件。

本期，小編和大家一起來(lái)領(lǐng)略，3D打印熔模鑄造技術(shù)將如何使Hyperloop超級(jí)高鐵項(xiàng)目受益。處理復(fù)雜設(shè)計(jì)與快速制造在ElonMusk的設(shè)想中，Hyperloop超級(jí)高鐵將成為未來(lái)的交通工具。它將像飛機(jī)一樣快，像火車一樣舒適。這是一個(gè)極其大膽的設(shè)想：在管道內(nèi)，以每小時(shí)1225公里的速度發(fā)射吊艙。

為此，SpaceX還舉辦了超級(jí)高鐵車廂設(shè)計(jì)大賽（HyperloopPodRace），著名的大學(xué)和工程團(tuán)隊(duì)被邀請(qǐng)參加比賽。麻省理工學(xué)院拿走了最高獎(jiǎng)項(xiàng)，來(lái)自荷蘭的Delft科技大學(xué)和Auburn大學(xué)分列二三位。

荷蘭Delft科技大學(xué)制造的1:2縮尺HyperloopPOD在比賽中證明是安全、可靠、高效的。這個(gè)模型能達(dá)到每小時(shí)400公里的速度，能夠運(yùn)輸乘客和行李。并且只有149公斤的重量。

為了達(dá)到高速，Hyperloop的設(shè)計(jì)理念是全靠接近真空的管道來(lái)實(shí)現(xiàn)，沒(méi)有發(fā)動(dòng)機(jī)的噪音。最接近發(fā)動(dòng)機(jī)的東西就是管道，一條可以測(cè)量速度和位置的智能管道。車廂通過(guò)增壓將重力加速度最小化，使得乘坐的舒適感達(dá)到最佳。

雖然管內(nèi)幾乎沒(méi)有氣壓，但由于吊艙的高速度接近于聲速，外形的優(yōu)化還是必要的，Delft科技大學(xué)的HyperloopPOD外觀是一個(gè)氣動(dòng)外形。從下圖中可以看出，吊艙類外觀似于水滴，因?yàn)檫@是最小化阻力的最佳形狀。小編了解到正是這一特殊形狀的設(shè)計(jì)帶來(lái)了新的挑戰(zhàn)：懸掛的設(shè)計(jì)。由于幾乎不可能通過(guò)銑削來(lái)完成設(shè)計(jì)里面的曲面或雙曲面的加工，Delft科技大學(xué)采用精密鑄造的方法解決了這一問(wèn)題，這為他們帶來(lái)更寬泛的設(shè)計(jì)自由度。

荷蘭Delft科技大學(xué)此次參賽的合作伙伴是RP2公司，這其中頗為引人注目的是3D打印機(jī)制造商voxeljet（維捷）為RP2提供了3D打印的PMMA熔模鑄造模具用于鑄造鋁件。

    圖片：熔模，來(lái)源voxeljet

    圖片：鋁件，來(lái)源voxeljet

Delft科技大學(xué)設(shè)計(jì)了一個(gè)形狀十分復(fù)雜的鋁制吊艙懸掛系統(tǒng)，這樣的產(chǎn)品需要采用熔模鑄造工藝來(lái)完成。為此RP2邀請(qǐng)了3D打印機(jī)專家voxeljet（維捷）加入制造團(tuán)隊(duì)來(lái)迎接這一挑戰(zhàn)。

    圖片：熔模，來(lái)源voxeljet

    圖片：鋁件，來(lái)源voxeljet

通過(guò)voxeljet（維捷）位于德國(guó)Friedberg服務(wù)中心的VX1000系統(tǒng)，工程師將這些零件的熔模鑄造模具打印出來(lái)，通過(guò)1000×600×500mm的制造空間，所有的25個(gè)熔模鑄造模具在不到24小時(shí)內(nèi)一個(gè)批次打印完成。這些組件達(dá)到600dpi的打印分辨率精度，打印層厚度僅為150微米，使得組件達(dá)到了細(xì)致的工業(yè)級(jí)精度要求。VX1000適合于各種工業(yè)應(yīng)用，使小批量生產(chǎn)變得經(jīng)濟(jì)且輕松。

    圖片：熔模，來(lái)源voxeljet

圖片：鋁件，來(lái)源voxeljet

隨后這25種不同的組件被送到RP2鑄造環(huán)節(jié)，制造商采用真空鑄造工藝。他們發(fā)現(xiàn)voxeljet（維捷）的PMMA材料帶來(lái)非常出色的燃燒結(jié)果，達(dá)到非常低的灰分含量，并且膨脹系數(shù)低，所以陶瓷殼沒(méi)有形成裂紋的風(fēng)險(xiǎn)，打印技術(shù)與材料技術(shù)的結(jié)合帶來(lái)了優(yōu)秀的鑄造質(zhì)量。

這些組件被安裝在鑄造工藝的蠟樹(shù)上，蠟樹(shù)被陶瓷包裹，然后放在爐子里淬火，當(dāng)PMMA材料被燃燒后，熔化的鋁材料就被澆注進(jìn)陶瓷空腔里。最后，工程師對(duì)鋁件進(jìn)行了T6熱處理，提高了強(qiáng)度。在這個(gè)過(guò)程中，3D打印技術(shù)使得RP2能夠生產(chǎn)復(fù)雜鑄件模具，不僅經(jīng)濟(jì)、高效而且還滿足了復(fù)雜零件的細(xì)節(jié)要求。

RP2公司與voxeljet（維捷）3D打印服務(wù)中心的合作要追溯到幾年前，這也是為什么RP2公司會(huì)在第一時(shí)間想到與voxeljet（維捷）合作Hyperloop的參賽項(xiàng)目。voxeljet（維捷）為參與這一項(xiàng)目感到很興奮，當(dāng)意識(shí)到這些技術(shù)可以將慕尼黑到柏林的旅行時(shí)間縮短到30分鐘的時(shí)候，并且耗費(fèi)很少的能源，voxeljet（維捷）認(rèn)為這是一件極其有意義的事情。

來(lái)源：3d科學(xué)谷