TUM Boring — это студенческая организация из Технического университета Мюнхена, в которую входят более 60 студентов из более чем 16 стран. Группа объединилась в 2020 году для участия в конкурсе Not-a-Boring Competition 2021 от The Boring Company (TBC) Илона Маска.
Эта студенческая команда посвятила себя будущему мобильности и стремится создать один из самых быстрых микротоннелепроходческих комплексов (ТПМК) в мире, чтобы стимулировать инновации в тоннелестроительной отрасли. Конкурс стал идеальной площадкой, чтобы сравнить свой проект с инновациями со всего мира.
После победы в конкурсе в 2021 году команда TUM Boring получила стереолитографический (SLA) принтер Form 3+, а также возможность работать с деталями, напечатанными на принтере для селективного лазерного спекания (SLS) Fuse 1+ 30W. Новые технологии 3D-печати значительно улучшили рабочие процессы команды. От быстрого прототипирования до деталей конечного использования — Form 3+ преобразил повседневную работу TUM Boring и помог команде выиграть второй этап конкурса Not-a-Boring Competition в апреле 2023 года.
Узнайте, как TUM Boring использовала 3D-печать для создания прочных, долговечных деталей для своего тоннелепроходческого комплекса и опередила конкурентов, забрав главный приз второй год подряд.
Ускорение итераций дизайна с помощью SLA 3D-печати
Приобретение Form 3+ позволило команде TUM Boring значительно улучшить свои итерационные возможности. Чтобы понять, как соединить различные трубы внутри ТПМК, команда использовала Form 3+ для печати миниатюрных прототипов различных концепций с использованием Grey Resin. Это позволило им визуализировать механику вблизи, не работая сразу с машиной в натуральную величину, что повысило эффективность и сэкономило время.
«Мы могли что-то быстро собрать, и к вечеру у нас уже был готовый прототип для изучения. И на его основе мы могли вносить изменения».
Том Лука Рейнхардт, член правления TUM Boring и соруководитель команды машиностроения.
Студенты также смогли провести несколько раундов функционального тестирования напечатанного на 3D-принтере компонента режущего колеса. Печать миниатюр режущего колеса со слегка отличающимися структурами из гибкой смолы Flexible 80A Resin позволила команде визуализировать продукт гораздо лучше, чем просто с помощью программы CAD. Том Лука Рейнхардт подтверждает: «У нас есть CAD-программа, но она показывает лишь определенную часть. Всегда намного лучше иметь физический продукт в руках и рассматривать его с разных ракурсов».
SLA 3D-печать позволила команде быстро и плавно визуализировать различные концепции и вносить итерации.
Изготовление деталей конечного использования с помощью SLA: эффективно и экономично
Помимо прототипирования, TUM Boring также использовала SLA-технологию для печати деталей конечного использования, таких как заглушки для винтовых отверстий и крепления датчиков.
На внешнем корпусе ТПМК есть несколько винтовых отверстий, которые должны быть легко доступны на случай разборки режущей головки, но также и закрыты для защиты машины от грязи и глины. 3D-печать заглушек для винтовых отверстий позволяет с экономической эффективностью производить нестандартные детали малыми сериями, которые легко снимаются и при этом защищают машину от мусора.
Рейнхардт отметил, что это стало «довольно большим улучшением эффективности». Испробовав различные инженерные материалы, команда решила использовать Grey Resin, которая не требует дополнительной постобработки и характеризуется превосходным качеством поверхности.
Заглушки, напечатанные из Grey Resin, обеспечивают легкий доступ к винтам, экономя время команды на обслуживании.
Рабочий процесс для малых серий, универсальность материалов и превосходное качество поверхности SLA 3D-печати также позволяют реализовать другие типы конечных применений. На ТПМК установлено большое количество датчиков, и крайне важно, чтобы они не смещались во время работы. Это означает, что для каждого датчика требовалось индивидуальное крепление, достаточно прочное, чтобы выдерживать давление и не ломаться при ударе.
Ранее производимые из нержавеющей стали сторонним производителем, команда оптимизировала этот процесс, печатая крепления для датчиков на Form 3+ из Tough 2000 Resin. Аутсорсинг деталей часто занимал несколько дней, если не недель, а затраты были намного выше, чем при собственном производстве. Благодаря использованию 3D-печати команда теперь может просто отправить файл на Form 3+ и напечатать крепления примерно за четыре с половиной часа.
*«С помощью 3D-печати мы могли просто загрузить STL-файл, и через пару часов готовый кронштейн был у нас, и мы могли устанавливать датчик».*
Том Лука Рейнхардт, член правления TUM Boring и соруководитель команды машиностроения.
Среди испробованных смол Tough 2000 Resin стала явным победителем для этого конкретного применения благодаря своей прочности и надежности. Действительно, проведя несколько тестов, команда TUM Boring установила, что она «может выдерживать некоторую нагрузку» и не сломается при ударе.
Инструменты для резки, напечатанные методом SLS, протестированы под высоким давлением
Помимо SLA-деталей, TUM Boring также тестировала различные структуры режущего колеса с помощью напечатанных по SLS режущих инструментов. Fuse 1+ 30W позволил команде создавать различные итерации, прежде чем определить оптимальную геометрию для конкурса. Выбранный дизайн включал режущие инструменты с более острыми кромками для плавного прорезания грунта и инструменты с плоскими кромками, чтобы выдерживать большее сопротивление в процессе бурения. Окончательная геометрия затем была отправлена стороннему производителю и изготовлена из нержавеющей стали.
Порошок Nylon 11 CF оказался намного прочнее, чем ожидала команда, и позволил им протестировать различные версии режущих инструментов на машине до прибытия стальных деталей.
Среди различных SLS-порошков от Formlabs они нашли, что Nylon 11 CF Powder — лучший материал для этого применения, поскольку ключевыми требованиями были долговечность, жесткость и ударопрочность. Во время функциональных испытаний детали подвергаются высокому давлению и ударным нагрузкам. «Мы приложили такую силу к грунту с помощью этих деталей, что смогли сдвинуть наш 15-тонный контейнер, и мы не увидели на них никаких повреждений», — добавляет Рейнхардт. На самом деле команда была приятно удивлена, когда эти очень легкие детали выдержали испытание силой; не было никаких признаков трещин или поломок.
Проведя несколько тестов, команда заметила незначительные признаки износа на напечатанных из углеродного волокна режущих инструментах, но гораздо меньше, чем ожидалось. Кроме того, после конкурса они отметили, что прототипы из углеродного волокна и детали конечного использования из нержавеющей стали имели примерно одинаковые признаки износа и повреждений, что демонстрирует прочность и долговечность Nylon 11 CF Powder. «Это удивило многих членов команды, особенно тех, кто не верил в 3D-печать или не очень доверял этому процессу. Было приятно доказать их неправоту», — говорит Рейнхардт.
Напечатанные на 3D-принтере режущие инструменты показали очень мало повреждений
Прототипы из углеродного волокна (на фото) и детали конечного использования из нержавеющей стали имели примерно одинаковые признаки износа и повреждений.
В тоннелестроительной отрасли глина, которую извлекают, может создавать серьезную проблему, прилипая к режущему колесу проходческого комплекса. Глина затвердевает и полностью блокирует колесо, что приводит к значительным задержкам в процессе проходки. Кроме того, если режущие инструменты подвержены коррозии, это повлияет на качество и точность работы машины. В таких жестких условиях коррозионная стойкость и антипригарные свойства Nylon 11 CF Powder стали неожиданным и значительным преимуществом.
Переосмысление эффективности в тоннелестроительной отрасли
*«[Этот опыт] дал нам немало уверенности, чтобы пробовать разные вещи в будущем и больше полагаться на 3D-печать».*
Том Лука Рейнхардт, член правления TUM Boring и соруководитель команды машиностроения.
После двух побед подряд еще не подтверждено, будет ли команда участвовать в следующем этапе конкурса Not-a-Boring Competition от The Boring Company. Если что и можно сказать наверняка, так это то, что команда будет стремиться продолжать развивать использование 3D-печати и внедрять ее в свои будущие проекты.
О нашей компании
TITAN 3D - поставщик и системный интегратор оборудования для 3D-печати, 3D-сканирования и автоматизированного контроля в промышленности, машиностроении, медицине.
Готовы ответить на все Ваши вопросы, проконсультировать по оборудованию, и подобрать лучшее оборудование для решения Ваших задач.
Каталог 3D-принтеров мировых производителей - проработку технологии, подбор оборудования, внедрение, пусконаладку и обучение берем на себя!
+7 (952) 243-77-75 I 01@titan-3d.ru I www.titan-3d.ru