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案例:便攜式液壓動(dòng)力裝置制造商3D打印輕量級(jí)液壓歧管

對(duì)于高壓便攜式液壓動(dòng)力工具的制造商來(lái)說(shuō),設(shè)計(jì)師希望盡可能讓液壓功率單元變得輕盈,而3D打印可以將部件數(shù)量減少到最少,并且使流體管線(xiàn)盡可能短。Jaws of Life便攜式液壓動(dòng)力裝置制造商就發(fā)現(xiàn)了應(yīng)用金屬3D打印的優(yōu)勢(shì)。


block 重量減輕74%


從小型輕型包裝中傳遞高功率是便攜式液壓系統(tǒng)的主要優(yōu)勢(shì)之一。這些高功率的工具依賴(lài)于在高壓下運(yùn)行的液壓系統(tǒng),在緊湊的液壓?jiǎn)卧獌?nèi)產(chǎn)生以噸為單位的力,用于剪切,破碎或釋放扭矩。對(duì)于制造商來(lái)說(shuō),制造高性能的液壓系統(tǒng)是產(chǎn)品立足市場(chǎng)的一大競(jìng)爭(zhēng)焦點(diǎn)。

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Jaws of Life便攜式液壓動(dòng)力裝置制造商通過(guò)金屬3D打印技術(shù)制造了液壓歧管,該歧管具有緊湊、輕質(zhì)的特點(diǎn),重量約為傳統(tǒng)制造液壓歧管的四分之一 。

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3D打印液壓歧管的內(nèi)部通道為圓形彎曲形狀,與傳統(tǒng)歧管中通過(guò)交叉鉆孔加工方式而形成的尖銳彎角相比能夠減少湍流現(xiàn)象,這使得3D打印液壓歧管性能可與傳統(tǒng)歧管相媲美,甚至超越傳統(tǒng)產(chǎn)品。此外,通過(guò)金屬3D打印制造的部件更小,比通過(guò)傳統(tǒng)方法制造的部件更輕。


左邊是一個(gè)用于便攜式裝置的歧管,右邊是3D打印的歧管,重量減輕了74%。 (圖片來(lái)源Aidro )


金屬3D打印與機(jī)加工部件形成增材與減材兩種不同工藝的鮮明對(duì)比,歧管部件的加工通常以固體金屬塊開(kāi)始,通過(guò)機(jī)加工的方式將多余的材料切除。這項(xiàng)技術(shù)的局限性在于,如果要去除大部分多余的金屬以減輕重量,這樣做會(huì)增加相當(dāng)大的加工成本,并且由于干涉的原因,有些部位的金屬材料是無(wú)法通過(guò)機(jī)加工來(lái)去除的。



機(jī)加工的局限性不僅僅體現(xiàn)在干涉因素,機(jī)加工無(wú)法實(shí)現(xiàn)隨形的橢圓形或自由形狀流體通道。常規(guī)歧管中的通道通常必須定位以防止交叉鉆,并且還需要留出通道間足夠的壁厚以提供足夠的強(qiáng)度,通常需插入用于連接內(nèi)部通道的輔助孔,以防止跨通道流動(dòng)。

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粉末床金屬熔融3D打印制造液壓組件的優(yōu)勢(shì)包括:可以通過(guò)對(duì)加工工藝的控制提升晶體結(jié)構(gòu)的性能,從而實(shí)現(xiàn)高強(qiáng)度的液壓組件;通道設(shè)計(jì)可以在更小的空間內(nèi)實(shí)現(xiàn)更大的流量;連接內(nèi)部通道的通道不必從歧管外部加工,無(wú)需使用孔塞。

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金屬3D打印在液壓領(lǐng)域的應(yīng)用正在像其在隨形冷卻模具領(lǐng)域的應(yīng)用一樣不斷的深化。在3D打印液壓零件實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)方面,根據(jù)魔猴網(wǎng)的市場(chǎng)研究,空客在液壓件3D打印領(lǐng)域可謂是個(gè)野心勃勃的實(shí)踐家,2017年3月30日,空客裝載了首個(gè)3D打印液壓件的A380飛機(jī)已試飛成功,這讓空客看到了通過(guò)3D打印提高液壓零件性能的機(jī)會(huì)。不過(guò)這個(gè)零件的制造過(guò)程是充滿(mǎn)探索與曲折的,擾流板液壓件是一個(gè)關(guān)系到飛機(jī)安全的關(guān)鍵部件,它的作用是控制空氣斷路或者擾流板。

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除了空客這樣以實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)為目標(biāo)的,3D打印技術(shù)已成為多家液壓系統(tǒng)制造商制造復(fù)雜液壓零部件的選擇,例如,工程和制造公司穆格MOOG,在金屬3D打印液壓零件領(lǐng)域的有著超過(guò)16年的探索經(jīng)驗(yàn),2017年另一家液壓傳動(dòng)和控制領(lǐng)域的著名制造商派克漢尼汾(Parker Hannifin)在總部附近開(kāi)設(shè)了“先進(jìn)制造學(xué)習(xí)和開(kāi)發(fā)中心”,工程師可以在該中心探索增材制造/3D打印的應(yīng)用。

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2017年,雷尼紹還幫助路虎BAR帆船通過(guò)金屬3D打印的液壓系統(tǒng)零件提升性能,加工出內(nèi)含光滑圓角的零件,大大提高流體傳輸?shù)男?。另外一家公司,Domin Fluid Power也是3D打印液壓領(lǐng)域的積極探索者。Domin Fluid Power制定了新的流體動(dòng)力產(chǎn)品“穩(wěn)定”設(shè)計(jì)的戰(zhàn)略,這個(gè)戰(zhàn)略建立在以金屬3D打印技術(shù)作為制造方式的基礎(chǔ)上。在此基礎(chǔ)上,Domin公司對(duì)一些多年來(lái)都沒(méi)有什么明顯改變的液壓流體動(dòng)力零部件進(jìn)行了重新設(shè)計(jì)與制造,包括直接驅(qū)動(dòng)伺服液壓閥。

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不過(guò)金屬3D打印在液壓零件方面的應(yīng)用還需要與機(jī)加工以及熱處理等后處理工藝相結(jié)合才能真正達(dá)到零件的性能要求。在3D打印完成后,多軸CNC加工中心為精加工關(guān)鍵特性提供了高度的精度,為了正常運(yùn)轉(zhuǎn),表面光潔度也是另外一個(gè)重要的關(guān)鍵質(zhì)量要求。圓柱體的頂面和底面存在臨界平面度和平行度的精度要求,這都需要通過(guò)機(jī)加工來(lái)實(shí)現(xiàn),在連接部位,還需要精密的螺紋磨削來(lái)進(jìn)行加工操作。

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來(lái)源:http://www.51shape.com/