四個案例了解3D打印在塑造零件性能和緊湊性方面的表現(xiàn)

2018-09-07

3D打印技術(shù)在最終零部件生產(chǎn)中的應(yīng)用日益豐富，但稍加了解就會發(fā)現(xiàn)，3D打印零件的設(shè)計并不是照搬傳統(tǒng)設(shè)計思路，而是利用增材制造設(shè)計規(guī)則尋求設(shè)計優(yōu)化方案，使產(chǎn)品變得更加高效、緊湊。

-- 熱交換器

熱交換器通常由焊接在一起的薄片材料制成，由于制造難度較高，熱交換器制造技術(shù)在過去20年里發(fā)展緩慢，但是3D打印技術(shù)為熱交換器輕量化和性能提升注入了新的活力。

增材制造設(shè)計使熱交換器結(jié)構(gòu)更為緊湊，但同時具有更高的表面積密度效率，經(jīng)過優(yōu)化的熱交換和流體通路，能夠在泵氣損失和熱交換之間的實現(xiàn)很好的妥協(xié)。

在熱交換性能相同的情況下，3D打印熱交換器的壓降降低了90%，3D打印緊湊型熱交換器在交換同等熱量的情況下，所需要的能耗更少。延伸閱讀：金屬3D打印熱交換器解決方案

--注塑模具隨形冷卻水路

模具的冷卻效果、冷卻效率影響著注塑生產(chǎn)塑料產(chǎn)品的質(zhì)量和效率。傳統(tǒng)注塑模具冷卻水路制造技術(shù)是通過交叉鉆孔制造出直線型的冷卻水路，并通過安裝內(nèi)置流體插頭來調(diào)整冷卻液體的流速和方向，這種設(shè)計方式存在冷卻時間較長，冷卻不均勻的現(xiàn)象。

通過粉末床選區(qū)熔融3D打印技術(shù)制造冷卻水路，則可以實現(xiàn)“任意”形狀的冷卻水路，這些3D打印的隨形冷卻水路，為模具帶來更加優(yōu)化、均勻的冷卻效果，提高注塑效率，降低廢品率。延伸閱讀：隨形冷卻模具-3D打印價值的傳遞

當(dāng)然，3D打印隨形冷卻水路也并非完全可以隨心所欲的進行設(shè)計，傳統(tǒng)冷卻水路的部分設(shè)計規(guī)則是值得增材制造設(shè)計師借鑒的。參考延伸閱讀：3D打印模具隨形冷卻水路在設(shè)計時需要注意哪些細節(jié)？

在上圖的案例中，Quadrant公司為注塑模具安裝了帶有3D打印隨形冷卻水路的鑲件，在保持尺寸公差和質(zhì)量的前提下，注塑節(jié)拍從50秒，下降為28秒，注塑生產(chǎn)變得更加高效。

--冷卻液噴嘴

圖中是Innogrind公司為磨削設(shè)備提供的鈦金屬冷卻液噴嘴。設(shè)計師利用3D打印自由造型方面的優(yōu)勢，將噴嘴設(shè)計為一個功能集成的一體化結(jié)構(gòu)。

噴嘴通道的幾何形狀根據(jù)專業(yè)知識、經(jīng)驗和流動模擬進行了優(yōu)化設(shè)計，在保證功能的前提下，噴嘴由幾個獨立組件組裝而成的結(jié)構(gòu)，變?yōu)橐粋€緊湊的一體式零件。

根據(jù)Innogrind公司，3D打印噴嘴為不同的磨削或機加工設(shè)備提供了精準(zhǔn)的冷卻液噴射解決方案。

--液壓閥塊

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。延伸閱讀：3D打印液壓閥塊進入生產(chǎn)領(lǐng)域

在這個案例中，設(shè)計師采用金屬3D打印技術(shù)來制造閥塊，為閥塊設(shè)計獲得了優(yōu)化空間。傳統(tǒng)閥塊有超過100個鉆孔（如左圖），但是這些鉆孔沒有被“復(fù)制”到3D打印閥塊中，而是被圓形彎曲，無縫銜接的緊湊管路所代替（如右圖）。

得益于這樣的設(shè)計，在3D打印閥塊中，液體流動壓降得以降低，液壓系統(tǒng)所需能耗降低，所需的液壓泵尺寸也減小了。