液壓系統(tǒng)可以作為動力傳動方式，也可用作控制方式，在工業(yè)領(lǐng)域中的應(yīng)用非常廣泛，例如機床、工程機械、農(nóng)業(yè)機械、汽車、飛機等機械，水利工程用的堤壩裝置，發(fā)電廠發(fā)電廠渦輪機調(diào)速裝置，以及軍事工業(yè)中火炮操縱裝置等領(lǐng)域都會應(yīng)用到液壓系統(tǒng)。

   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，而在業(yè)界人士看來，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。

   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16年的探索經(jīng)驗，2017年另一家液壓傳動和控制領(lǐng)域的著名制造商派克漢尼汾（Parker Hannifin）在總部附近開設(shè)了“先進制造學(xué)習(xí)和開發(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。2017年，雷尼紹還幫助路虎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�率�?

   可以說金屬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。

   3D打印液壓件積極的探索者

   如果選擇金屬3D打印技術(shù)來制造液壓閥塊，在進行產(chǎn)品設(shè)計時無需考慮交叉鉆孔的設(shè)計約束，并且可以將鋒利的角換成圓形彎曲的設(shè)計從而減少湍流現(xiàn)象。這種通過傳統(tǒng)液壓閥塊制造技術(shù)無法實現(xiàn)的設(shè)計方案，通過金屬3D打印是可以實現(xiàn)的，Aidro hydraulics 公司也正是通過3D打印技術(shù)獲得了更高的設(shè)計自由度。

   Aidro Hydraulic公司1982年成立，成立以來一直專注于設(shè)計和生產(chǎn)液壓系統(tǒng)中的零部件，所推出的液壓閥體產(chǎn)品包括方向閥、止回閥、流量閥、壓力閥和比例閥。2017年，Aidro Hydraulic 在35年液壓零部件傳統(tǒng)制造經(jīng)驗的基礎(chǔ)上正式推出了金屬3D打印的液壓產(chǎn)品，其中包括3D打印的液壓閥體。

   完整的液壓系統(tǒng)包括動力元件、執(zhí)行元件、控制元件、輔助元件和工作介質(zhì)�？刂圃�件（即各種液壓閥）在液壓系統(tǒng)中起到控制和調(diào)節(jié)液體的壓力、流量和方向的作用。Aidro hydraulics成功開發(fā)的*3D打印液壓閥塊，制造材料是不銹鋼，作用是控制單作用氣缸。Aidro hydraulics 在設(shè)計3D打印閥塊時進行了創(chuàng)新，液壓閥塊的內(nèi)部管道經(jīng)過了設(shè)計優(yōu)化，使內(nèi)部管路中的液流得到改善，整個閥塊的體積也比傳統(tǒng)設(shè)計的閥塊更小了，潛在的液體泄漏問題也得以避免。在商業(yè)化方面，Aidro hydraulics 使用金屬3D打印技術(shù)為一些有特殊需求的客戶定制化生產(chǎn)小批量的液壓閥塊，作為其現(xiàn)有液壓零部件生產(chǎn)能力的一種補充。目前，不銹鋼（從AISI 304 到 316L）、鋁、鈦，以及部分新材料的閥塊都能夠通過3D打印設(shè)備進行小批量生產(chǎn)。

   國際上，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制定了新的流體動力產(chǎn)品“穩(wěn)定”設(shè)計的戰(zhàn)略，這個戰(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公司對一些多年來都沒有什么明顯改變的液壓流體動力零部件進行了重新設(shè)計與制造，包括直接驅(qū)動伺服液壓閥。

   Domin Fluid Power重新設(shè)計與制造的3D打印直接驅(qū)動伺服液壓閥，經(jīng)歷了上千小時的設(shè)計、分析、測試和評估。Domin Fluid Power表示重新設(shè)計的3D打印閥體在重量、體積上都得以降低，由于液壓閥體壓力損失的減少，閥體效率也得以提升。

   機加工、檢測技術(shù)一個都不能少

   不過金屬3D打印在液壓零件方面的應(yīng)用還需要與機加工以及熱處理等后處理工藝相結(jié)合才能真正達到零件的性能要求。賓夕法尼亞大學(xué)的Timothy Simpson教授曾制造了一個帶復(fù)雜內(nèi)腔結(jié)構(gòu)的液壓零件，這個零件是用Inconel 718合金制造而成的，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，這個特殊零件需要*的外徑，以確保跟其他零件能成功安裝在一起， 為了正常運轉(zhuǎn)，表面光潔度也是另外一個重要的關(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，這都需要通過機加工來實現(xiàn)。 *后，流體端口必須承受10,000psi的壓力，這需要進行精密的螺紋磨削操作。

   先進的檢測技術(shù)也同樣不可或缺，拿賓夕法尼亞大學(xué)的Timothy Simpson教授所完成的這個液壓零件來說，為了確保內(nèi)部結(jié)構(gòu)的正確性，賓夕法尼亞大學(xué)和Imperial機床工具公司通過計算機斷層掃描系統(tǒng)和其他先進的設(shè)備來完成零件內(nèi)部的檢測。*后獲得的零件比原來的設(shè)計減輕重量超過40％，同時提高了流體流動性能。

   此外，很多液壓零件需要鍛造件的致密度，雖然熱處理可能會帶來一定的幾何變形，但是熱處理對于獲得更加致密的液壓零件是不可或缺的，3D科學(xué)谷認為如何將3D打印技術(shù)與熱處理技術(shù)結(jié)合起來，這對于液壓零件的制造非常重要。

在3D打印液壓零件實現(xiàn)量產(chǎn)方面，根據(jù)3D科學(xué)谷的市場研究空客可謂是個野心勃勃的實踐家，2017年3月30日，空客裝載了*3D打印液壓件的A380飛機已試飛成功，這讓空客看到了通過3D打印提高液壓零件性能的機會。不過這個零件的制造過程是充滿探索與曲折的，擾流板液壓件是一個關(guān)系到飛機安全的關(guān)鍵部件，它的作用是控制空氣斷路或者擾流板。

   在七年的研發(fā)過程中，這個項目組一直針對金屬3D打印這一增材制造技術(shù)而進行擾流板液壓件的優(yōu)化設(shè)計。3D打印的材料是Ti64鈦合金，3D打印液壓件的明顯優(yōu)勢是輕量化，其重量相比原來液壓件減輕35%。在性能方面，3D打印的液壓件使液壓系統(tǒng)的效率得以優(yōu)化，產(chǎn)生更少的熱量，降低噪音，同時對液壓動力的要求更少。而液壓系統(tǒng)效率的提升，將為飛行帶來附加效益，例如減少空氣阻力以及優(yōu)化飛機的燃油效率。

   3D打印液壓件的研發(fā)和測試過程是漫長的，通常為了保證飛行安全，即使是由傳統(tǒng)制造方式制造的液壓零部件也需要經(jīng)過1200萬個測試周期，3D打印液壓件也同樣需要經(jīng)歷這樣一段測試周期之后，才能夠進行飛行測試。

   對于這個3D打印擾流板液壓件，空客的*終目標(biāo)是實現(xiàn)量產(chǎn)。參與項目的成員德國利勃海爾集團是空客的一級供應(yīng)商，該公司與2016年年底向空客交付了3D打印液壓件。利勃海爾的專家曾表示，對于航空3D打印液壓件他們還有更多的設(shè)計思路，接下來他們將會進行首輪測試。未來，他們將建立一個增材制造工廠，量產(chǎn)這些液壓件。

   當(dāng)前的可操作性

   當(dāng)然，實現(xiàn)量產(chǎn)的路或許還很長，意大利Aidro Hydraulic給出了當(dāng)前3D打印應(yīng)用到液壓零件的參考因素。

   生產(chǎn)數(shù)量：傳統(tǒng)制造技術(shù)適合大規(guī)模生產(chǎn)，對于小批量的復(fù)雜液壓件3D打印技術(shù)則更經(jīng)濟。

   交期：用CNC機床加工金屬棒料，制造周期為30-60天；如果是對液壓鑄造件進行加工，那么從鑄造到完成加工的周期為6-12個月；用金屬3D打印技術(shù)制造復(fù)雜液壓件的周期可以縮短至幾天之內(nèi)，如果打印件需要進行機加工，則周期需要增加1-2周。

   材料選擇：液壓零部件的制造材料必須具有足夠的強度和耐腐蝕性，才能安全地應(yīng)對液壓系統(tǒng)的高壓，傳統(tǒng)液壓技術(shù)中*常用的材料是碳鋼，不銹鋼和鋁。 金屬3D打印設(shè)備可加工的材料包括：不銹鋼（AISI316L）、鋁、鈦（Ti6Al4V）、鉻鎳鐵合金（625或718）、馬氏鋼…

   原型設(shè)計：如果客戶要制造的液壓件是用于設(shè)計驗證的原型，那么，金屬3D打印技術(shù)則更具靈活性，它的價值在于可以短時間內(nèi)同時打印出不同型號的設(shè)計原型。

   當(dāng)前3D打印在國內(nèi)的液壓領(lǐng)域的應(yīng)用還處于*，在3D科學(xué)谷看來，這主要源自于兩方面原因。

   一是我國不少關(guān)鍵的液壓零件制造水平落后于國際水平，長期以來我國在打破關(guān)鍵液壓零件依賴進口方面做出了不斷的努力，但是追趕這個差距的本身就消耗了大量的精力和財力，這使得企業(yè)很難顧及像國外企業(yè)這樣花費長達十幾年的時間探索3D打印技術(shù)與液壓零件的制造技術(shù)的結(jié)合。

   二是對于成熟的液壓產(chǎn)品來說，尤其是航空航天和國防軍工領(lǐng)域，不僅僅缺乏對3D打印技術(shù)的掌握，國內(nèi)企業(yè)還缺乏整套的思路如何通過3D打印技術(shù)來制造出滿足復(fù)雜且嚴苛的軍標(biāo)液壓產(chǎn)品。根據(jù)3D科學(xué)谷的市場研究，在這方面，制造型企業(yè)呼喚3D打印企業(yè)的全套培訓(xùn)與打印服務(wù)體系，只有雙方攜手，才能探索出切實可行的方案。

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