案例 l 3D打印制造的止回阀如何完成轻量化与性能提升

根据公开市场研究,中国阀门产业链众多,但非阀门强国。总体上去看我国已经迈入了世界阀门大国的行列,但从产品质量来看我国离阀门强国仍有很长的一段差距。行业的生产集中度低、高端产品相配套的阀门研发能力低、阀门行业制造技术水平低等现象仍然存在,进出口贸易逆差不断扩大。

未来几年将是阀门行业的高速震荡期,但阀门行业的这种高速震荡将带来巨大的机会,震荡的结果将会使市场运作更加理性。同时,高端阀门的国产化之路异常”坎坷”,基础件已经成为制约我国制造业向高端化发展的短板。而在3D科学谷看来,在高性能阀门零件的制造领域,3D打印正在打开一扇通往神奇的大门。

Vavle_Aidro_1来源:Aidro

block 更轻更好的性能

根据3D科学谷的市场研究,意大利液压元件制造商Aidro Hydraulics已运用增材制造技术,创造新一代液压解决方案。Aidro的目标是超越传统生产的极限,特别是针对类似于液压控制系统这样的复杂元件,同时实现更快的响应时间和更好的性能。

Vavle_Aidro_2来源:Aidro

最近,Aidro通过3D打印制造了一款止回阀产品:HD3-AMES,这款产品是316L不锈钢的,产品带有塑料封装线圈可以抵抗最恶劣的腐蚀环境,接口按照ISO 4401, DIN 2434 (CETOP 03)的规格制造。

Vavle_Aidro_3 Vavle_Aidro_4来源:Aidro

止回阀*是指启闭件为圆形阀瓣并靠自身重量及介质压力产生动作来阻断介质倒流的一种阀门。阀瓣运动方式分为升降式和旋启式。升降式止回阀与截止阀结构类似,仅缺少带动阀瓣的阀杆。介质从进口端(下侧)流入,从出口端(上侧)流出。当进口压力大于阀瓣重量及其流动阻力之和时,阀门被开启。反之,介质倒流时阀门则关闭。旋启式止回阀有一个斜置并能绕轴旋转的阀瓣,工作原理与升降式止回阀相似。

Vavle_Aidro_5来源:Aidro

3D打印的止回阀实现了传统制造工艺无法实现的几何形状,改进的内部腔室流道带来了更好的产品性能,轻巧的设计使得原来0.8千克重的产品减重至0.3千克。

block 3D科学谷Review

传统的生产方式从一块金属材料开始,通过传统制造方法加工去除外部多余部分以获得所需形状,然后钻出供液压流体流通的内部管路。想要精确地钻出这些管路非常困难,管路需要在特定点准确交汇,但在一些“盲”钻位置上,管路时常无法精确对准。此外,钻洞时需要开工艺孔并在最后加以密封,这就导致组件有可能在工艺孔的位置发生泄漏。

而利用增材制造的生产方式,通过液压阀块的内部管道经过了设计优化,内部管路中的液流得到改善,整个阀块的体积也比传统设计的阀块更小了,潜在的液体泄漏问题也得以避免。

另外,在整个加工流程下,利用传统制造方法从金属块加工到成品需要几个月(从6到12个月),然而使用3D打印技术,液压部件的打印基本上在几天内完成。如果部件需要印刷或喷涂加工,完成时间可能会增加1-2周。

液压产品的材料必须具有足够的强度和耐腐蚀性,才能安全地处理液压系统的高压力。最常见的材料是碳钢,不锈钢和铝。3D打印能够通过相同的生产流程提供更广泛的材料选择。因此,可以选择不锈钢(316L,17-4PH),铝合金(AlSi10Mg),钛合金(Ti6Al4V),高温镍基合金(IN625 或 IN718)或马氏体时效钢。

就成本而言,增材制造对于制造小批量、小体积的液压元件而言,制造成本明显更低。就原型而言,3D打印允许同时打印同一原型的不同型号。

不过在液压零件的3D打印制造过程中,除了设计与仿真能力十分关键,实现增材制造生产与传统制造工艺的衔接是另外一个重要环节。在这方面,例如乔治费歇尔集团的GF 加工方案,借助自身在传统减材制造和自动化方面的专业特长,打造了混合型生产解决方案,包括粉末床金属3D打印,以及铣削、电加工(EDM)、线切割(WEDM)、激光纹理加工等完成零件成品所需的全部工艺流程,GF 加工方案将这些技术进行集成,组建“未来工厂”,或许很快,市场上将3D打印当做一个对设计有着特殊要求的加工环节,这个环节与其他工艺的无缝融合成为“新常态”。

*参考百度百科

 

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