先临三维:金属3D打印推动阀体制造新变革

国际金属加工网 2020年04月27日

“阀”是用来控制流体(液体、气体、粉末)的方向、压力、流量的装置,是流体动力系统中重要的控制部件,广泛应用于石化、开采、电力医疗电子机器人等行业的机械产品中。

随着我国经济的快速发展和工业自动化程度的提高,我国装备制造业转型和升级,流体动力装置的产品设计趋于数字化、智能化、轻量化、节能化,国内制造商与国外制造商之间在生产工艺方面的差距在不断缩小。

金属3D打印技术的出现与成熟应用,正在推动和引领着阀体制造业的新变革。

   —新一代的轻量化液压集成块  

液压阀集成块是复杂的阀体组件,内部通路交叉纵横,进出口排布复杂。
加工传统液压阀集成块,为了制造出内部交叉歧管,需要通过机械加工钻孔,然后把不需要的钻孔再用螺堵堵塞。

但是这种方式,无疑埋下了泄漏的可能性。再加上钻孔制造的内部通路都是直进直出,多为90度直角拐弯,CFD计算机流体动力学(Computational Fluid Dynamics)分析显示,有些区域会面临流量小的问题,而有些部位则会面临湍流现象。

(90度直角的流体模拟)

浙江大学金属增材制造实验室的祝毅博士(浙江大学机械工程学院流体动力与机电系统国家重点实验室副教授),主要研究金属3D打印(粉床技术)在液压元件上的创新设计,与先临三维公司在该专业应用方向上开展合作。
他带领的实验室团队,基于增材制造过程,对传统液压集成块的流道结构和接口布置形式进行重新设计,并不断测试优化。

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(传统方式制造的液压集成块 / 直角流道的流体动力分析)

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(优化流道结构特征后的液压集成块 / 弯曲流道的流体动力分析)

(金属3D打印的液压集成块)

– 效 益 1- 
轻量化,更紧凑

该液压集成块的重量从一开始的1.5KG减少到了0.98KG,减重约35%; 体积从535cm3缩小到了116cm3减少78%

– 效 益 2- 
改善流动性

通过将直角交汇的流道优化改为顺畅的圆弧过渡,改善了流动特性,减小了油液经过流道的局部压力损失。

– 效 益 3- 
提高性能与稳定性

与此同时,因为金属增材制造可以一体成型液压集成块的复杂结构,不再需要额外的工艺钻孔,降低了泄露的风险,提高了阀体性能和稳定性。

浙江大学流体动力与机电系统国家重点实验室目前有科研人员及研究生共近10名,已经在金属增材制造的液压元件创新设计和工艺调控方向发表高水平SCI期刊论文近10篇,申请(授权)发明专利4项。

“我希望大家能真正认识到,3D打印是一套从数字化的信息采集到面向性能的数字设计,最后到柔性的数字制造业全链条的技术系统。掌握好这套工具,就能突破想象力的束缚,真正带来效率、性能和品质的提升。 ”

关于先临三维

先临三维专注3D数字化及3D打印技术十余年,总部位于杭州,在德国斯图加特,美国旧金山设有子公司,是全球为数不多的拥有自主研发的“从3D数字化数据设计到3D打印直接制造”的软硬件一体化完整技术链的科技创新企业,提供“3D数字化-智能设计-3D打印”系统解决方案,应用于高端制造,精准医疗,定制消费等领域。公司致力于实现复杂结构产品的柔性生产,助力制造业高质量发展,让个性化产品走进亿万家庭,引领中高端消费。

公司官网:www.shining3d.com

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(先临三维公司CEO 李涛)

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