四個(gè)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(huì)發(fā)現(xiàn)，3D打印零件的設(shè)計(jì)并不是照搬傳統(tǒng)設(shè)計(jì)思路，而是利用增材制造設(shè)計(jì)規(guī)則尋求設(shè)計(jì)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(jì)使熱交換器結(jié)構(gòu)更為緊湊，但同時(shí)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(shí)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(jì)方式存在冷卻時(shí)間較長(zhǎng)，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(shí)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(jià)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(jìn)行設(shè)計(jì)，傳統(tǒng)冷卻水路的部分設(shè)計(jì)規(guī)則是值得增材制造設(shè)計(jì)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(jì)時(shí)需要注意哪些細(xì)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(jì)師利用3D打印自由造型方面的優(yōu)勢(shì)，將噴嘴設(shè)計(jì)為一個(gè)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(shí)、經(jīng)驗(yàn)和流動(dòng)模擬進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)，在保證功能的前提下，噴嘴由幾個(gè)獨(dú)立組件組裝而成的結(jié)構(gòu)，變?yōu)橐粋€(gè)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(jī)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(shí)，首先要從一個(gè)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(diǎn)準(zhǔn)確交匯，但在一些“盲”鉆位置上，管路時(shí)常無(wú)法精確對(duì)準(zhǔn)。此外，鉆洞時(shí)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(jìn)入生產(chǎn)領(lǐng)域

在這個(gè)案例中，設(shè)計(jì)師采用金屬3D打印技術(shù)來制造閥塊，為閥塊設(shè)計(jì)獲得了優(yōu)化空間。傳統(tǒng)閥塊有超過100個(gè)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(wú)縫銜接的緊湊管路所代替（如右圖）。

得益于這樣的設(shè)計(jì)，在3D打印閥塊中，液體流動(dòng)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。