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Das Hyperloop-Konzept

Das Hyperloop-Konzept

Thema des Monats


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 Technischen Universität 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

Wie ein Wassertropfen geformt: Die Delfter Hyperloop-Kapsel erhielt eine aerodynamische Form und ähnelt einem Wassertropfen – die optimale Form für einen geringen Luftwiderstand/ © Voxeljet

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 Mikrometer realisiert.

 
 
© Voxeljet

Die 3D-gedruckten PMMA-Modelle wurden mit Wachs infiltriert / © Voxeljet

Optimale Materialwahl für geringen Aschegehalt

Für den Guss wurden die 25 verschiedenen Bauteile an RP2 versendet. 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.

 
 

Die PMMA Modelle werden zu einem Wachsbaum zusammengefügt, gegossen und nach der Wärmebehandlung in die finale Einzelteile zerlegt/ © Voxeljet
Quelle: © Voxeljet

Die PMMA Modelle werden zu einem Wachsbaum zusammengefügt, gegossen und nach der Wärmebehandlung in die finale Einzelteile zerlegt/ © Voxeljet
Quelle: © Voxeljet

Quelle: © Voxeljet

Quelle: © Voxeljet

Quelle: © Voxeljet

Quelle: © 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.

 
 

Die gegossenen Aluminiumteile können an der Hyperloop Kapsel montiert werden/ © Voxeljet

 
 

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.

 
 

Die gegossenen Aluminiumteile können an der Hyperloop Kapsel montiert werden/ © Voxeljet

 
 

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 eine hohe Geschwindigkeit erreichen zu können, sollen die Kapseln auf Luftpolstern gleiten. Dafür soll der Druck in den Röhren bei etwa 100 Pascal gehalten werden, einem Tausendstel des Normaldrucks.

Die Uridee von Elon Musk war dass die Kapseln auf Luftpolstern gleiten. Nach ausführlichen evaluieren hat sich das Delfter Hyperloop Team dazu entschlossen ein Magnetschwebesystem zu benutzen. Der Grund dafür ist der größere Luftspalt zwischen der Wand der Röhre und der Transportkapsel. Zwischenzeitlich haben sich alle Teams für ein Magnetschwebesystem entschlossen.

So wäre für dieses Transportsystem nur ein Bruchteil der Energie notwendig, die herkömmliche Verkehrsmittel verbrauchen. 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 wird 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 Florian Rauscher, der Projektverantwortliche des Customer Services bei voxeljet.

Auch wenn die Delfter in der ersten Runde des Hyperloop-Wettbewerbs knapp am Sieg „vorbeigedüst“ sind, haben sie im Januar 2017 auf der Teststrecke in Kalifornien die nächste Chance, mit ihrer Hyperloop-Kapsel zu überzeugen. Ganz gleich, wer letztlich das Rennen macht: Für voxeljet ist es eine Auszeichnung, Teil des Hyperloop-Projekts zu sein.

 
 

Redaktion: Behnam Abbaszadeh

 
 

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