什么時(shí)候使用金屬3D打印合適,？

數(shù)量——傳統(tǒng)制造更適合大規(guī)模生產(chǎn),，而3D打印對于小型復(fù)雜或特殊的液壓元件可能更經(jīng)濟(jì)或更實(shí)用,。

節(jié)省時(shí)間——削減工序,，如CNC加工,，可能需要30到60天的生產(chǎn)時(shí)間，從金屬棒料中生產(chǎn)一個(gè)部件,，或者需要6到12個(gè)月,。對于3D打印，液壓元件可以在幾天內(nèi)按需打印,。如果打印的零件需要加工,，交貨時(shí)間可能會增加到一到兩周,。

原型——3D打印的原型設(shè)計(jì)可以同時(shí)產(chǎn)生不同的原型變體,，從而使設(shè)計(jì)方案的評估成為可能。

材料選擇——液壓元件必須具有足夠的強(qiáng)度和耐腐蝕性,，以安全地處理液壓系統(tǒng)中通常存在的高壓,。3D打印技術(shù)可以提供更廣泛的選擇的材料，包括不銹鋼(AISI316L),，鋁,，鈦，鉻鎳鐵合金(Ti6Al4V)(625或718),，和馬氏體鋼,。

圖1：3D打印不銹鋼的液壓閥塊縮小了尺寸,，改進(jìn)了流量。(Aidro公司提供)

材料性能如何?

由于金屬3D打印在液壓系統(tǒng)領(lǐng)域的應(yīng)用是相對較新的,，它提出了一個(gè)問題,，即3D打印件的材料特性如何與傳統(tǒng)工藝相比。雖然典型的機(jī)械性能,，如抗拉強(qiáng)度,，屈服強(qiáng)度和彈性模量似乎是可比的，根據(jù)材料的選擇,，液壓系統(tǒng)中經(jīng)常遇到的高壓值得額外考慮,。

通過適當(dāng)?shù)牟牧线x擇和設(shè)計(jì)，部件可以承受這些壓力,，但也可能遇到很難適應(yīng)的沖擊和壓力脈沖,。例如，歧管通常由球墨鑄鐵或其他韌性材料制成,，以處理這些脈沖,，但這些材料不利于3D打印的制造過程,。鐵和碳鋼材料也屬于這一類,，因?yàn)樵�料材料必須以粉末形式存在�?br />
復(fù)雜的液壓元件，通過金屬3D打印可以納入細(xì)節(jié),，重量和尺寸減少,，而不影響性能。這對于傳統(tǒng)加工工業(yè)來說是極其困難,，甚至是不可能實(shí)現(xiàn)的。

圖2：左邊的液壓閥是由鋼加工,，然后鋅鍍層的耐蝕性,。重新設(shè)計(jì)的閥門(右)是由不銹鋼的3D打印制作的。3D打印重量減少了60%,，但保持與機(jī)加工零件相同的強(qiáng)度,。傳統(tǒng)生產(chǎn)零件可使用機(jī)加工切削掉不必要的部分，但也有了更高的生產(chǎn)成本,。(Aidro公司提供)

典型應(yīng)用
許多類型的液壓元件已經(jīng)用金屬進(jìn)行3D打印生產(chǎn),。例如，Aidro使用不銹鋼打印液壓閥塊以控制單作用氣缸 (圖1),。該公司能夠做到節(jié)省空間和優(yōu)化其內(nèi)部通道，與傳統(tǒng)組件比較，擁有更高的流量與較低的壓力損失,。由于不需要輔助鉆孔,，也消除了外部泄漏的可能性。

此外,，使用3D打印設(shè)計(jì)與改進(jìn)生產(chǎn)了一個(gè)可堆疊的液壓閥(圖2),。直接操作減壓閥是由鋼和鍍鋅制成的，以防腐蝕,。當(dāng)Aidro的客戶有小數(shù)額的閥門需求時(shí),，數(shù)控加工對于交貨時(shí)間和成本來說是不可控的,。相反,，閥門使用3D不銹鋼重新設(shè)計(jì)生產(chǎn)，重量減輕了60%,。其結(jié)構(gòu)墻和原來相比一樣結(jié)實(shí)，在250bar壓力測試下新的設(shè)計(jì)結(jié)果具有可比性,。

圖3所示產(chǎn)品預(yù)計(jì)將在今年晚些時(shí)候推出，這種直接驅(qū)動伺服閥和板載電子產(chǎn)品相比目前的設(shè)計(jì),，以具有競爭力的價(jià)格持有相當(dāng)?shù)膬?yōu)勢。(由Domin流體動力有限公司提供)

Domin的總經(jīng)理Marcus Pont說,，新的伺服閥在尺寸上、效率以及質(zhì)量上相比目前設(shè)計(jì)有了很大的提高,，同時(shí)保持了從簡化制造中獲得的有競爭力的價(jià)格,。這些性能改進(jìn)是基于與當(dāng)前最先進(jìn)的伺服閥的比較。

相比具有顯著的競爭產(chǎn)品,，Pont表示Domin伺服閥提供了25%的額定流量改進(jìn),，并減少20%的泄漏量,。它也減少了25%的體積、15%的重量，并且減少了40%的零件,，簡化了制造,。

圖4：為農(nóng)機(jī)打印的歧管,。相比常規(guī)生產(chǎn),，體積只有一半大小,，重量只有原來的25%。(Aidro公司提供)

Aidro提供的另一個(gè)例子是一個(gè)應(yīng)用于農(nóng)業(yè)機(jī)械的液壓集成件 (圖4),。這個(gè)歧管控制雙作用氣缸，有兩個(gè)電磁閥和兩個(gè)先導(dǎo)式止回閥,。3D打印歧管的功能與它所取代的單元完全相同，但尺寸比以前的歧管少一半,，輕75%。該部分包括 AlSi10Mg6000系列的鋁合金,，將良好的強(qiáng)度和熱性能以及輕量化和潛在的靈活后期處理有效的融合在一起。它通常用于薄壁和復(fù)雜幾何形狀的零件生產(chǎn)中,。

Aidro的tacconelli的報(bào)道,，壓力測試顯示的力學(xué)性能——如拉伸強(qiáng)度,、伸長率,、沖擊韌性等，相比傳統(tǒng)材料制成的歧管甚至要更好,。由于內(nèi)部通道在十字角中彎曲形狀沒有90轉(zhuǎn)角，操作性能相當(dāng)于甚至超過傳統(tǒng)的部分,。

圖5：此液壓歧管使用3D打印技術(shù),，將原來的17件組件集成為1件,，重量比原來減少了70%,，但卻承受相同的壓力和疲勞試驗(yàn)。(賓夕法尼亞CIMP-3D)

賓州州立大學(xué)的CIMP-3D,，用3D打印將液壓歧管打印成一塊 (圖5)。它的重量比它更換的17個(gè)組件少了70%,，但經(jīng)受住了同樣的壓力和疲勞測試,。

Aidro重新設(shè)計(jì)的閥芯是3D打印新的孔的形式,，與方孔代替圓形孔(圖6),。這增加了閥芯內(nèi)部油路的面積，降低了壓降,。

圖6：原閥芯(左)有圓孔，需要使用CNC加工,。3D打印重新設(shè)計(jì)的閥芯有較大面積的方孔,，作用是減少壓降,。(Aidro公司提供)

這些只是一些金屬3D打印擴(kuò)展了在液壓領(lǐng)域改進(jìn)組件設(shè)計(jì)和生產(chǎn)的潛力的方法,。據(jù) Infinium全球研究報(bào)告稱,，2017-2023年,，全球金屬3D打印市場將以33%的年復(fù)合增長率高速發(fā)展,，液壓應(yīng)用有望成為這一擴(kuò)展領(lǐng)域的重要組成部分,。

來源：清飛科技