金屬3D打印如何實(shí)現(xiàn)徑向柱塞泵的創(chuàng)新？

金屬增材制造（AM）技術(shù)為流體動(dòng)力行業(yè)的設(shè)計(jì)開創(chuàng)了許多新機(jī)遇，使得重新設(shè)計(jì)這些產(chǎn)品成為可能，從而創(chuàng)造出最新的“最先進(jìn)”的產(chǎn)品。 不僅滿足航空航天領(lǐng)域輕量化的需求，還滿足其他工業(yè)領(lǐng)域更高的經(jīng)濟(jì)性的需求。

實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)制造所不能及
傳統(tǒng)上，流體動(dòng)力行業(yè)的產(chǎn)品應(yīng)用可以按照不同的市場(chǎng)領(lǐng)域來(lái)看，粗略的分類包括航空航天和其他工業(yè)，而不同的市場(chǎng)應(yīng)用，對(duì)流體動(dòng)力的產(chǎn)品功能訴求也有差異。為了達(dá)到輕量化的目的，航空航天領(lǐng)域的產(chǎn)品必須使用高成本的原材料，如鈦和如球頭銑削這樣昂貴的表面加工， 這樣做的結(jié)果是更昂貴的產(chǎn)品。

可以說(shuō)航空航天對(duì)輕量化的產(chǎn)品更加青睞，而其他工業(yè)則對(duì)輕量化的敏感程度要低很多。 不過(guò)在流體動(dòng)力產(chǎn)品方面，還是有很多共同的要求，如性能、效率和可靠性。

很多時(shí)候，我們關(guān)注3D打印技術(shù)是因?yàn)檫@種技術(shù)可以為重要的行業(yè)尤其是航空航天行業(yè)提供潛在的價(jià)值優(yōu)勢(shì)，所以我們的視線圍繞著航空、航天和國(guó)防領(lǐng)域的需求來(lái)挖掘3D打印的潛力，從而我們?nèi)菀缀雎阅切��?duì)制造成本比較敏感的應(yīng)用市場(chǎng)（如汽車、工程機(jī)械等行業(yè)）的潛在利益。

不過(guò)有時(shí)候3D打印不僅僅可以滿足航空航天行業(yè)的需求，也可以滿足其他工業(yè)領(lǐng)域的需求。3D科學(xué)谷以電液伺服閥（EHSV）為例，電液伺服閥既是電液轉(zhuǎn)換元件，又是功率放大元件，它能夠把微小的電氣信號(hào)轉(zhuǎn)換成大功率的液壓能輸出。包括Moog和博世力士樂(lè)都通過(guò)各種方法將伺服閥的重量減到最低。但是傳統(tǒng)的減材制造有一個(gè)特點(diǎn)，那就是當(dāng)設(shè)計(jì)優(yōu)化到極限的時(shí)候，重量就不能再被減少。

英國(guó)的Domin公司專注于通過(guò)金屬3D打印來(lái)開發(fā)流體動(dòng)力零件。Domin公司設(shè)計(jì)并測(cè)試了一臺(tái)輕型高功率和高扭矩定量泵。這是臺(tái)要求高效率、低轉(zhuǎn)速（4,000 rpm）和高扭矩正排量泵。Domin通過(guò)金屬增材制造（AM）技術(shù)優(yōu)化了固定容積泵的設(shè)計(jì)。

通過(guò)結(jié)合設(shè)計(jì)軟件、有限元分析軟件和計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)軟件，Domin能夠設(shè)計(jì)和制造功率密度為23 kW / kg，扭矩為40 Nm，排量為14 cc / rev的泵。

柱塞泵是液壓系統(tǒng)的一個(gè)重要裝置。它依靠柱塞在缸體中往復(fù)運(yùn)動(dòng)，使密封工作容腔的容積發(fā)生變化來(lái)實(shí)現(xiàn)吸油、壓油。柱塞泵具有額定壓力高、結(jié)構(gòu)緊湊、效率高和流量調(diào)節(jié)方便等優(yōu)點(diǎn)。徑向柱塞泵可分為閥配流與軸配流兩大類。徑向結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)克服了如軸向柱塞泵滑靴偏磨的問(wèn)題。使其抗沖擊能力大幅度提高。

在上個(gè)世紀(jì)，雖然在徑向柱塞泵的開發(fā)方面進(jìn)行了大量的工作，但是現(xiàn)有的制造技術(shù)卻無(wú)法實(shí)現(xiàn)十分復(fù)雜的細(xì)節(jié)。金屬3D打印技術(shù)允許Domin從最初的流體原理來(lái)提升泵的性能，通過(guò)3D打印的創(chuàng)新應(yīng)用來(lái)制造泵高效輕便的換向元件。

為了能夠設(shè)計(jì)具有可靠使用壽命的高效泵，需要對(duì)徑向柱塞泵內(nèi)的設(shè)計(jì)提煉出一套復(fù)雜的折衷方案。最有效的方法就是使用一個(gè)由沿長(zhǎng)度方向壓力平衡的樞軸組成的泵。然而，為了做到這一點(diǎn)，樞軸需要一個(gè)非常復(fù)雜的液壓換向，這些復(fù)雜的結(jié)構(gòu)只能通過(guò)金屬3D打印技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)。

Domin公司的項(xiàng)目通過(guò)金屬3D打印證明了徑向柱塞泵設(shè)計(jì)的創(chuàng)新應(yīng)用。 以金屬3D打印作為關(guān)鍵制造技術(shù)和設(shè)計(jì)驅(qū)動(dòng)創(chuàng)新的原則正在為液壓行業(yè)帶來(lái)全新的面貌。

來(lái)源：3D科學(xué)谷
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