增材制造/金屬3D打印技術(shù)為液壓閥體設(shè)計帶來了優(yōu)化空間，尤其是在優(yōu)化閥體流體通道方面，金屬3D打印技術(shù)具有特殊的優(yōu)勢。

     盡管金屬3D打印技術(shù)在液壓閥體產(chǎn)品開發(fā)中表現(xiàn)出的靈活性和生產(chǎn)復(fù)雜零件的能力是傳統(tǒng)方法不可能達到的，但如果進一步拓展金屬3D打印技術(shù)在閥體生產(chǎn)中的應(yīng)用，閥體設(shè)計師還需要了解如何通過表面處理工藝來降低金屬3D打印零件的表面粗糙度，以滿足實際生產(chǎn)需要。

設(shè)計之初即將表面后處理規(guī)劃在內(nèi)

     表面粗糙度對于金屬3D打印技術(shù)來說究竟有多大影響主要取決于其應(yīng)用領(lǐng)域。有時，粗糙度可能不重要，在某些情況下它甚至可能是一件好事。但是，大多數(shù)零件都對表面粗糙度有一定要求。閥體是液壓系統(tǒng)中的一個組成部分，它將最終與整個系統(tǒng)相集成，因此對于閥體的粗糙度有一定的要求，以保證流體流量能夠得到精準(zhǔn)的控制。

在零件加工時，設(shè)計師需要量化權(quán)衡以確定使用何種加工工藝，例如：金屬打印，鑄造或金屬粉末注射成型。

金屬3D打印鈦合金支架表面處理前后對比，圖片來源：NASA & valve magazine

      典型的金屬粉末注射成型具有很好的表面質(zhì)量（一般Ra為30-50），而鑄造相對粗糙（Ra在100到500微米之間）。金屬3D打印的表面粗糙度則較高，通常在Ra 250-400 +。值得設(shè)計師注意的是，金屬3D打印的工藝有多種，例如：定向能量沉積、粉末床選區(qū)激光熔融，而每種工藝加工的金屬零件具有的表面粗糙度不同。此外，使用的打印機類型、工件的復(fù)雜程度，打印材料以及增材制造零件的設(shè)計方式、打印時零件擺放方向等因素都有可能影響3D打印零件的最終粗糙度。

       通過表面后處理工藝可以提升金屬3D打印閥體的最終光潔度，但表面后處理會產(chǎn)生成本并增加一定的制造時間，因此，在設(shè)計師決定采用金屬3D打印作為閥體的制造手段之初，需要將這些因素考慮進去，納入閥體制造的總成本和周期中，在設(shè)計3D打印零件時，也需要留出后處理加工余量。

     通常，在進行后處理之前，3D打印零件越接近所需的最終光潔度，精加工的消耗就越低，反之則會產(chǎn)生較高的消耗，比如說，如果3D打印零件的表面粗糙度是800 Ra，但是最終需要達到<50 Ra，則需要很大耗費才能達到目標(biāo)。

      許多常見的拋光后處理技術(shù)可以使3D打印零件達到表面粗糙度的要求。然而，這些工藝不一定是制造商獨立完成的，當(dāng)需要外包加工時，就會產(chǎn)生運輸和管理費用等額外的成本。當(dāng)需要多方參與時，質(zhì)量問題的風(fēng)險也會增加。

     傳統(tǒng)制造方式給閥體設(shè)計，尤其是流體通道的設(shè)計優(yōu)化帶來的局限性是顯而易見的。然而，金屬3D打印技術(shù)卻可以制造出帶有復(fù)雜流體通道的一體化閥體。隨著越來越多的工業(yè)設(shè)計師開始在設(shè)計階段選擇增材制造，金屬3D打印技術(shù)的真正潛力將被開發(fā)，并創(chuàng)造出其他任何方式都無法實現(xiàn)的新型閥體。

Review

    市場研究機構(gòu)Infinium Global Research預(yù)測從2017到2023，3D打印市場將保持33%左右的年復(fù)合增長率，而液壓零件的3D打印將成為一個不可忽視的3D打印應(yīng)用增長領(lǐng)域。

   就閥體加工而言，采用傳統(tǒng)方式制造閥塊時，首先要從一個金屬塊開始，通過傳統(tǒng)制造方法將金屬塊修整為所需外形，然后鉆出供液壓流體流通的內(nèi)部管路。而想要精確地鉆出這些管路非常困難，管路需要在特定點準(zhǔn)確交匯，但在一些“盲”鉆位置上，管路時常無法精確對準(zhǔn)。此外，鉆洞時需要開工藝孔并在最后加以密封，這就導(dǎo)致組件有可能在工藝孔的位置發(fā)生泄漏。

      采用3D打印技術(shù)，可以提高內(nèi)部設(shè)計的靈活性，降低零件的重量和體積，提升功能性。根據(jù)3D科學(xué)谷的市場觀察，3D打印技術(shù)已成為多家制造商制造復(fù)雜液壓零件的選擇。例如Domin Fluid Power公司重新設(shè)計與制造的3D打印閥，重量輕，體積小，閥體效率高；Aidro hydraulics使用3D打印技術(shù)為客戶定制化生產(chǎn)小批量的液壓閥塊；雷尼紹幫助路虎BAR帆船通過金屬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?；空客裝載了首個3D打印液壓件的A380飛機已試飛成功……

不過，金屬3D打印這種增材制造技術(shù)在閥體制造領(lǐng)域的發(fā)展，并不意味著將與傳統(tǒng)減材制造技術(shù)成為競爭關(guān)系。相反，增材與減材是具有互補性的技術(shù)，其實在大多數(shù)情況下，通過機械加工等減材后處理技術(shù)與金屬3D打印的組合才能加工出符合要求的閥體。

來源：3d打印網(wǎng)

編輯：董強