什么時候使用金屬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)省時間——削減工序，如CNC加工，可能需要30到60天的生產(chǎn)時間，從金屬棒料中生產(chǎn)一個部件，或者需要6到12個月。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，交貨時間可能會增加到一到兩周。

原型——3D打印的原型設(shè)計可以同時產(chǎn)生不同的原型變體，從而使設(shè)計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，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)計與改進(jìn)生產(chǎn)了一個可堆疊的液壓閥(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，數(shù)控加工對于交貨時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)計結(jié)果具有可比性。

圖3所示產(chǎn)品預(yù)計將在今年晚些時候推出，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，以具有競爭力的價格持有相當(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)計有了很大的提高，同時保持了從簡化制造中獲得的有競爭力的價格。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提供的另一個例子是一個應(yīng)用于農(nóng)業(yè)機(jī)械的液壓集成件 (圖4)。這個歧管控制雙作用氣缸，有兩個電磁閥和兩個先導(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)計和生產(chǎn)的潛力的方法。據(jù) Infinium全球研究報告稱，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