3D プリントは Hyperloop にどのように役立つのでしょうか?

ハイパーループ-「超高速鉄道」は、長距離、超高速、低エネルギー消費という特徴を備えています。ドバイに世界初となる商業運行の超高速鉄道が建設される見込みと報じられているが、これは人の輸送ではなく、港湾間の超高速貨物輸送に利用される予定だ。超高速鉄道の提唱にしろ、有人ドラゴン宇宙船の製造にしろ、イーロン・マスクは破壊的イノベーションを起こしていると言えるが、こうした革新的な試みには、3Dプリント技術など、多くの新興製造技術も含まれている。 voxeljet は、ドイツのフリードベルクサービスセンターで VX1000 システムを使用し、ハイパーループプロジェクト用の精密鋳造金型 25 個を 24 時間以内に印刷しました。その後、25 種類の異なる部品は RP2 鋳造プロセスに送られ、製造業者は真空鋳造プロセスを使用してそれらを金属部品に鋳造しました。

今号では、編集者が3D プリントのインベストメント鋳造技術がハイパーループ超高速鉄道プロジェクトにどのように役立つかをお伝えします。複雑な設計と迅速な製造に対応イーロン・マスクのビジョンでは、ハイパーループが将来の交通手段となるでしょう。飛行機と同じくらい速く、電車と同じくらい快適です。これは極めて大胆なアイデアです。チューブ内のポッドを時速 1,225 キロメートルの速度で打ち上げるのです。

この目的のため、SpaceXはハイパーループ・ポッド・レースも開催し、有名な大学やエンジニアリング・チームがこの競争に参加するよう招待されました。マサチューセッツ工科大学が最優秀賞を受賞し、オランダのデルフト工科大学とオーバーン大学がそれぞれ2位と3位となった。

オランダのデルフト工科大学が製造した1:2スケールのHyperloopPODは、競技会で安全性、信頼性、効率性が証明されました。このモデルは時速400キロメートルの速度に達することができ、乗客や荷物を輸送することができます。重さはわずか149kgです。

高速化を実現するために、ハイパーループの設計コンセプトは、エンジンの騒音なしでほぼ真空のパイプに完全に依存することです。エンジンに最も近いのはパイプです。これは速度と位置を測定できるスマートパイプです。キャビンは加圧されており、重力加速度を最小限に抑えて乗り心地を最適化します。

チューブ内の空気圧はほとんどありませんが、ポッドの速度は音速に近いため、形状の最適化は依然として必要です。デルフト工科大学のHyperloopPODは空気力学的な外観をしています。下の画像からわかるように、ポッドは水滴に似ています。これは、抗力を最小限に抑えるのに最適な形状だからです。編集者は、この特殊な形状の設計がサスペンション設計という新たな課題をもたらすことを知りました。設計上の曲面や二重曲面の加工をフライス加工で完了することはほぼ不可能であるため、デルフト工科大学は精密鋳造を使用してこの問題を解決し、より広い設計の自由度を実現しました。

このコンテストにおけるデルフト工科大学のパートナーは RP2 です。特に注目すべきは、3D プリンターメーカーの voxeljet が RP2 にアルミニウム部品の鋳造用に 3D プリントされた PMMA インベストメント鋳造金型を提供したことです。

画像: 鋳型、出典: voxeljet

画像: アルミニウム部品、出典: voxeljet

デルフト工科大学は、完成までに精密鋳造プロセスを必要とする、非常に複雑な形状のアルミニウム製ポッドサスペンションシステムを設計しました。このため、RP2 は 3D プリンターの専門家である voxeljet を製造チームに招き、この課題に取り組みました。

画像: 鋳型、出典: voxeljet

画像: アルミニウム部品、出典: voxeljet

エンジニアは、ドイツの voxeljet フリードベルクサービスセンターで VX1000 システムを使用して、これらの部品の精密鋳造用金型を印刷しました。1000×600×500 mm の製造スペースを使用して、25 個の精密鋳造用金型すべてを 24 時間以内に 1 回のバッチで印刷しました。これらのコンポーネントは、600dpi の印刷解像度とわずか 150 ミクロンの印刷層の厚さを実現し、厳しい工業グレードの精度要件を満たすことができます。 VX1000 はさまざまな産業用途に適しており、小ロット生産を経済的かつ容易にします。

画像: 鋳型、出典: voxeljet

画像: アルミニウム部品、出典: voxeljet

その後、25 種類の異なる部品が鋳造のために RP2 に送られ、製造業者は真空鋳造プロセスを使用します。彼らは、voxeljet の PMMA 材料が優れた燃焼結果をもたらし、灰分含有量が非常に低く、膨張係数が低いため、セラミックシェルに亀裂が生じるリスクがないことを突き止めました。印刷技術と材料技術の組み合わせにより、優れた鋳造品質が実現しました。

鋳造工程では、部品をワックスツリーに取り付け、次にセラミックで覆い、炉で急冷します。PMMA が燃焼したら、溶融アルミニウムをセラミックの空洞に注ぎます。最後に、エンジニアはアルミニウム部品に T6 熱処理を施して強度を高めました。このプロセスでは、3D プリント技術により、RP2 は経済的で効率的であるだけでなく、複雑な部品の詳細な要件も満たす複雑な鋳造金型を製造できます。

RP2 と voxeljet 3D プリントサービスセンターの協力は数年前にさかのぼります。これが、RP2 が Hyperloop プロジェクトで voxeljet と協力することを最初に考えた理由です。 voxeljet はこのプロジェクトに参加できることを大変嬉しく思っており、これらの技術によりミュンヘンからベルリンまでの移動時間が 30 分に短縮され、エネルギー消費もほとんどかからないことがわかったとき、非常に有意義なことだと考えています。

出典: 3Dサイエンスバレー