การพิมพ์โลหะ 3D สามารถปรับโครงสร้างของร่างกายวาล์วแรงดันได้อย่างไร

1. การทำลายขีด จำกัด ของการผลิตแบบดั้งเดิม: สร้างความแตกต่างอย่างมากในจำนวนองศาเรขาคณิตอิสระ
การตีและการตัดเฉือนเป็นวิธีหลักที่ใช้ในการสร้างร่างกายวาล์วแรงดันสูงแบบดั้งเดิม แต่วิธีการเหล่านี้มีข้อ จำกัด หลายประการเช่นความง่ายในการใช้เครื่องมือและวิธีการกำจัดวัสดุอย่างรวดเร็ว เมื่อออกแบบช่องสัญญาณที่ซับซ้อนคุณมักจะต้องทำการค้า - ตัวอย่างเช่น Cross - ทางเดินเจาะในร่างกายวาล์วไฮดรอลิกจำเป็นต้องได้รับการกลึง แต่ถูกต้อง - มุมบิดสามารถทำให้ของเหลวปั่นป่วนและทำให้การสูญเสียความดันแย่ลงการพิมพ์ 3D โลหะในทางกลับกันสามารถสร้างรูปร่างที่ซับซ้อนได้โดยตรงโดยการเพิ่มเลเยอร์
ในกรณีส่วนใหญ่:
SPACEX ออกซิเดชั่นวาล์วร่างกาย: ร่างกายวาล์วนี้เป็นส่วนสำคัญของระบบพลังงานจรวด มันจะต้องสามารถจัดการอุณหภูมิสูงและแรงกดดันสูง ทีมออกแบบใช้เทคโนโลยี SLM (การละลายเลเซอร์ที่เลือก) เพื่อรวมการประกอบส่วนประกอบหลายมัลติ - แบบดั้งเดิมของช่องไหลเข้าเป็นชิ้นเดียว สิ่งนี้ทำให้ความหนาของผนังช่องไหลเริ่มจาก 8 มม. ถึง 5 มม. ในเวลาเดียวกันการเพิ่มประสิทธิภาพโทโพโลยีถูกนำมาใช้เพื่อลดการโหลดวัสดุในพื้นที่ที่ไม่ใช่ - - พื้นที่แบริ่ง สิ่งนี้ทำให้ร่างกายวาล์วเบากว่า 40% และ 15MPa แข็งแกร่งขึ้นในการบีบอัด
บริษัท อิตาลี Aidro ได้ออกแบบบล็อกวาล์วไฮดรอลิกใหม่โดยใช้เทคโนโลยีการพิมพ์ 3 มิติ พวกเขาแทนที่ช่องทางการขุดเจาะข้ามแบบดั้งเดิม - ช่องการขุดเจาะด้วยช่องสัญญาณโค้งการเปลี่ยนแปลงที่ราบรื่นซึ่งช่วยลดการสูญเสียความดันของของไหลลง 25%ลดปริมาตรบล็อกวาล์วลง 30%และบรรลุการดูดซับแรงกระแทกและการลดเสียงรบกวนผ่านโครงสร้างตาข่ายภายใน
ประเด็นทางเทคนิคที่สำคัญ:
การออกแบบโครงสร้างที่สามารถรองรับตัวเองได้: การออกแบบตัวเอง - มุมรองรับ 45 องศาถึง 55 องศาทำให้มีโอกาสน้อยที่โครงสร้างการสนับสนุนจะเข้ามาในช่องทางของการไหล ตัวอย่างเช่นร่างกายวาล์วอัลลอยไทเทเนียมมีช่องสัญญาณไหลที่เอียงที่ 45 องศาเพื่อให้การสนับสนุนสารตกค้างไม่ได้เกิดขึ้นเมื่อติดตั้งในแนวนอน
เพิ่มประสิทธิภาพหลายช่องทาง - ช่องแกน: การใช้การจำลอง CFD (Dynamics ของเหลวในการคำนวณ) เพื่อค้นหารัศมีความโค้งที่ดีที่สุดสำหรับช่องเพื่อให้ของเหลวไหลอย่างราบรื่นรอบมุม ผ่านการวิจัย CFD บริษัท แซมสันของเยอรมันปรับปรุงรัศมีความโค้งของช่องวาล์วไหลจาก 3 มม. เป็น 6 มม. ซึ่งลดการสูญเสียความดันลง 18%
การออกแบบที่ทำงานร่วมกัน: การรวมร่างกายวาล์วทั่วไปที่จำเป็นต้องรวมเข้าด้วยกันจากหลายส่วนเป็นโครงสร้างชิ้นเดียวซึ่งลดจำนวนพื้นผิวการปิดผนึก . 3 d การพิมพ์รวม 10 ส่วนที่ทำงานลงใน Airbus A380 สปอยเลอร์ไฮดรอลิก
2. ความแข็งแรงที่มีน้ำหนักเบาและสูงอาจอยู่ร่วมกันได้: การเพิ่มประสิทธิภาพโทโพโลยีนำไปสู่การปฏิวัติโครงสร้าง
ร่างกายวาล์วแรงดันสูง - ต้องมีแสง แต่แข็งแรงพอที่จะต้านทานความดันเพื่อให้ระบบไม่ใช้พลังงานมากนัก การออกแบบแบบดั้งเดิมใช้สูตรเชิงประจักษ์เพื่อให้แน่ใจว่าทุกส่วนมีความแข็งแรงเท่าเทียมกัน อัลกอริธึมการพิมพ์โลหะ 3 มิติและโทโพโลยีในทางกลับกันสามารถจัดการการกระจายของวัสดุได้อย่างแม่นยำ
ในกรณีส่วนใหญ่:
Liebherr Aviation Hydraulic Valve Body: Liebherr สร้างร่างกายวาล์วไฮดรอลิกไทเทเนียมสำหรับ Airbus A380 ด้วยการใช้การเพิ่มประสิทธิภาพโทโพโลยีพวกเขาจะกำจัด 35% ของการโหลดที่ไม่ใช่ - - วัสดุแบริ่งซึ่งทำให้ร่างกายวาล์วเบาลง (จาก 2.8 กก. ถึง 1.8 กก.) และแข็งแกร่งขึ้น (จาก 25 MPa ถึง 25 MPa) ตัววาล์วทำด้วยเทคโนโลยี SLM ซึ่งให้ความหนาของชั้น 30 μmและความขรุขระของพื้นผิวของ RA น้อยกว่าหรือเท่ากับ 6.3 μm สิ่งนี้เป็นไปตามมาตรฐานความแม่นยำสำหรับเกรดการบิน
ร่างกายวาล์วพลังงานนิวเคลียร์ CGN ทำจากสแตนเลส 316L และมีการออกแบบโครงสร้างเครือข่ายความหนาแน่นของความหนาแน่น สิ่งนี้ทำให้เบาลง 28% ในขณะที่ยังสามารถทนต่อแรงกดดันได้ 15MPa ความขรุขระของพื้นผิวของช่องไหลภายในก็ดีกว่ากระบวนการตัดเฉือนแบบดั้งเดิม
ประเด็นทางเทคนิคที่สำคัญ:
Multi - การเพิ่มประสิทธิภาพโทโพโลยีวัตถุประสงค์: อัลกอริทึมทางพันธุกรรมหรืออัลกอริทึมการหลอมแบบจำลองพบการกระจายวัสดุที่ดีที่สุดโดยใช้ความแข็งแรงความแข็งและชีวิตที่เหนื่อยล้าเป็นข้อ จำกัด ตัวอย่างเช่น Platinum blt - S400 สามารถค้นหาโหนดที่เหมาะสม 20,000 โหนดต่อเลเยอร์และสร้างรูปร่างร่างกายวาล์วที่ตรงตามข้อกำหนดของ ASME BPVC
การประยุกต์ใช้วัสดุการไล่ระดับสี: คุณสามารถเปลี่ยนพลังงานเลเซอร์หรือความเร็วในการสแกนเพื่อเปลี่ยนวิธีการทำงานของวัสดุในส่วนต่าง ๆ ของส่วนประกอบเดียวกัน ตัวอย่างเช่นการสแกนพลังงานสูง - ใช้ในพื้นที่ผิวการปิดผนึกของร่างกายวาล์วเพื่อให้ยากขึ้นในขณะที่ต่ำ - การสแกนพลังงานถูกนำมาใช้ในส่วนที่ไม่มีน้ำหนักเพื่อลดความเครียดที่เหลือ
การควบคุมความเครียดจากความร้อน: สูง - ร่างกายวาล์วความดันสามารถเปลี่ยนรูปร่างได้ตลอดกระบวนการผลิตเนื่องจากความเครียดจากความร้อนดังนั้นการเพิ่มประสิทธิภาพกระบวนการจึงจำเป็นต้องลดความล้มเหลว EOS M 400-4 ใช้เทคโนโลยีการควบคุมพลังงานเลเซอร์แบบไดนามิกซึ่งลดขนาดของโซนที่ได้รับผลกระทบจากความร้อน (HAZ) ของร่างกายวาล์วโลหะผสมไทเทเนียมจาก 0.5 มม. เป็น 0.2 มม. และลดความเครียดที่เหลือลง 40%
3. การกระโดดประสิทธิภาพของช่อง: การเปลี่ยนแปลงจาก "ช่อง" เป็น "ระบบควบคุมของเหลว"
เป็นการยากที่จะควบคุมประสิทธิภาพของพลวัตของเหลวด้วยการออกแบบช่องสัญญาณวาล์วแบบดั้งเดิมเนื่องจากใช้สูตรเชิงประจักษ์ การออกแบบที่เป็นนวัตกรรมเช่น microchannels และช่องทางการไหลของชีวมวลชีวภาพจะเปลี่ยนร่างกายวาล์วจาก "ช่องสัญญาณพาสซีฟ" เป็น "ระบบควบคุมของเหลวที่ใช้งานอยู่"
ในกรณีส่วนใหญ่:
Domin Fluid Power Valve วาล์วเป็น 3D - วาล์วเซอร์โวที่พิมพ์ออกมาซึ่งได้รับการออกแบบใหม่โดย บริษัท Domin Corporation ของสหราชอาณาจักร การออกแบบช่องสัญญาณการไหลของผิวหนังของฉลาม biomimetic ทำให้ของเหลวเป็นผนังที่มีความเสถียร - การไหลที่แนบมาภายในตัววาล์ว สิ่งนี้จะลดเสียงรบกวนที่ปั่นป่วนโดย 12dB และการสูญเสียความดันจาก 0.8MPA เป็น 0.5MPA
Renishaw Sailboat Hydraulic Valve: Renishaw ทำวาล์วไฮดรอลิกสำหรับเรือแล่นเรือใบแลนด์โรเวอร์ที่ใช้การพิมพ์ 3 มิติเพื่อให้ช่องไหลแบบโค้งมนที่ราบรื่น สิ่งนี้ทำให้การส่งของเหลวมีประสิทธิภาพมากขึ้น 15% และช่วยให้เรือใบไปได้เร็วขึ้น 0.3 นอตในโคปาอเมริกา
ประเด็นทางเทคนิคที่สำคัญ:
การทำ microchannels: microchannels ที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางน้อยกว่า 0.5 มม. สามารถทำได้ด้วยการสแกนเลเซอร์ที่แม่นยำ - สูงเช่นความเร็วในการสแกน 20000mm/s ของอุปกรณ์ Huashu High Tech FS121M-8 ตัวอย่างเช่นร่างกายวาล์วทางการแพทย์มี microchannels 3D พิมพ์ 0.3 มม. ที่ทำให้การกระจายยามีความแม่นยำมากขึ้นโดย± 2%
การออกแบบช่องทางการไหลทางชีวภาพ: การใช้โครงสร้างที่เห็นในธรรมชาติที่ช่วยให้การไหลของของไหลดีขึ้นเส้นเลือดใบและการแตกแขนงของเส้นเลือดเพื่อให้ช่องไหลมีความต้านทานต่ำ University of Pennsylvania ผลิตวาล์วไฮดรอลิกอัลลอยด์อินซีเนล 718 ซึ่งใช้การออกแบบช่องทางการไหลของเศษส่วนทางชีวภาพเพื่อลดแรงดันลดลง 30%
Multi - การเพิ่มประสิทธิภาพการมีเพศสัมพันธ์ทางฟิสิกส์: นี่คือกระบวนการของการใช้พลวัตของของเหลวเทอร์โมไดนามิกและกลไกโครงสร้างร่วมกันเพื่อวิเคราะห์ว่าเขตข้อมูลต่างกันมีปฏิสัมพันธ์กันอย่างไร ตัวอย่างเช่นแซมซั่นใช้แพลตฟอร์ม ANSYS Workbench เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพการกระจายความดันในช่องสัญญาณการไหลและความเครียดจากความร้อนในตัววาล์วในเวลาเดียวกัน
4. นวัตกรรมวัสดุ: การเลือกวัสดุที่ดีที่สุดแทนสิ่งที่มีให้มากที่สุด
เมื่อทำสูง - ร่างกายวาล์วความดันคุณต้องคิดถึงสิ่งต่าง ๆ มากมายเช่นความแข็งแรงของพวกเขาพวกเขาต้านทานการกัดกร่อนได้ดีเพียงใดและพวกเขามีอุณหภูมิสูงเพียงใด เทคโนโลยีการประมวลผล จำกัด ความหลากหลายของวัสดุดั้งเดิม แต่การพิมพ์ 3 มิติโลหะสามารถตรวจสอบและใช้วัสดุใหม่ได้อย่างรวดเร็ว
ในกรณีทั่วไป:
นิกเกิล - สูงขึ้นไป - อุณหภูมิอัลลอยวาล์ว: GE Aviation ทำให้ Inconel 718 Alloy Valve Bodies โดยใช้เทคโนโลยีเลเซอร์แนวคิด M2 โดยการปรับความหนาแน่นของพลังงานเลเซอร์ (80–120J/mm³) ความหนาแน่นของวัสดุเข้าใกล้ 99.9% และอยู่ที่ความแข็งแรงของผลผลิต 1200mpa แม้ที่อุณหภูมิสูง 650 องศาซึ่งเป็นสิ่งที่เครื่องยนต์การบินต้องการ
อัลลอยอลูมิเนียมไทเทเนียม (Tial) วาล์วไฮดรอลิกที่ Platinum Lite และผู้ผลิตรถยนต์บางคันทำงานร่วมกันควบคุมและเฟสอย่างแม่นยำผ่านการพิมพ์ 3 มิติ สิ่งนี้จะช่วยลดความหนาแน่นของร่างกายวาล์วจาก 4.5G/cm³เป็น 3.8G/cm³ในขณะที่รักษาความแข็งแรงไว้ที่ 450MPA สิ่งนี้ช่วยให้ยานพาหนะพลังงานใหม่มีน้ำหนักเบา
ประเด็นทางเทคนิคที่สำคัญ:
การสร้างวัสดุใหม่: การทำวัสดุโลหะผสมประสิทธิภาพสูง - โดยการเปลี่ยนองค์ประกอบของผง (เช่นโดยการเพิ่ม SC, ZR และองค์ประกอบอื่น ๆ ) ตัวอย่างเช่น บริษัท บางแห่งได้ทำการพิมพ์ 3 มิติ - โลหะผสมไทเทเนียมเฉพาะ (Ti-6AL-4V-0.1B) ซึ่งใช้เวลานานกว่าวัสดุปกติ 20% เมื่อเหนื่อย
เทคโนโลยีสำหรับการพิมพ์ที่มีวัสดุมากกว่าหนึ่งวัสดุ: การใช้หัวเลเซอร์มากกว่าหนึ่งหัวหรือหัวฉีดสามารถทำให้การเปลี่ยนแปลงการไล่ระดับสีระหว่างวัสดุที่แตกต่างกัน ตัวอย่างเช่นการพิมพ์อัลลอยด์ที่แข็งแกร่ง (เช่น Stellite 6) บนพื้นผิวการปิดผนึกของร่างกายวาล์วและโลหะผสมอลูมิเนียมน้ำหนักเบาบนร่างกายหลักทำให้เกิดการประนีประนอมระหว่างประสิทธิภาพและค่าใช้จ่าย
การสร้างฐานข้อมูลวัสดุ: ตั้งค่าฐานข้อมูลของการพิมพ์ 3 มิติ - ประสิทธิภาพของวัสดุเฉพาะเพื่อช่วยในการออกแบบ ตัวอย่างเช่นฐานข้อมูลวัสดุ EOS มีข้อมูลเกี่ยวกับกระบวนการพิมพ์ 3 มิติและประสิทธิภาพสำหรับวัสดุโลหะมากกว่า 200 ชนิด