透视！3D打印如何助力Hyperloop超级高铁？

| 3DScienceValley · 2017/02/16

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，3D科学谷与谷友一起来领略，3D打印熔模铸造技术将如何使Hyperloop超级高铁项目受益。

Hyperloop-“超级高铁”具有长距离、超高速、低能耗等特点。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，3D科学谷与谷友一起来领略，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。3D科学谷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。