測試通過金屬3D打印能制造更好的液壓零件(2)
-- 機加工、檢測技術一個都不能少
不過金屬3D打印在液壓零件方面的應用還需要與機加工以及熱處理等后處理工藝相結合才能真正達到零件的性能要求。賓夕法尼亞大學的Timothy Simpson教授曾制造了一個帶復雜內腔結構的液壓零件，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鍵特性提供了高度的精度，這個特殊零件需要精確的外徑，以確保跟其他零件能成功安裝在一起， 為了正常運轉，表面光潔度也是另外一個重要的關鍵質量要求。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。 最后，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。
先進的檢測技術也同樣不可或缺，拿賓夕法尼亞大學的Timothy Simpson教授所完成的這個液壓零件來說，為了確保內部結構的正確性，賓夕法尼亞大學和Imperial機床工具公司通過計算機斷層掃描系統和其他先進的設備來完成零件內部的檢測。最后獲得的零件比原來的設計減輕重量超過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科學谷認為如何將3D打印技術與熱處理技術結合起來，這對于液壓零件的制造非常重要。
-- 目標：量產
在3D打印液壓零件實現量產方面，根據3D科學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，空客裝載了首個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系到飛機安全的關鍵部件，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而進行擾流板液壓件的優化設計。3D打印的材料是Ti64鈦合金，3D打印液壓件的明顯優勢是輕量化，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的效率得以優化，產生更少的熱量，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化飛機的燃油效率。
3D打印液壓件的研發和測試過程是漫長的，通常為了保證飛行安全，即使是由傳統制造方式制造的液壓零部件也需要經過1200萬個測試周期，3D打印液壓件也同樣需要經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，空客的最終目標是實現量產。參與項目的成員德國利勃海爾集團是空客的一級供應商，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，量產這些液壓件。
-- 當前的可操作性
當然，實現量產的路或許還很長，意大利Aidro Hydraulic給出了當前3D打印應用到液壓零件的參考因素。生產數量：傳統制造技術適合大規模生產，對于小批量的復雜液壓件3D打印技術則更經濟。
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打印技術制造復雜液壓件的周期可以縮短至幾天之內，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，才能安全地應對液壓系統的高壓，傳統液壓技術中最常用的材料是碳鋼，不銹鋼和鋁。 金屬3D打印設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…
原型設計：如果客戶要制造的液壓件是用于設計驗證的原型，那么，金屬3D打印技術則更具靈活性，它的價值在于可以短時間內同時打印出不同型號的設計原型。
–—- Review
當前3D打印在國內的液壓領域的應用還處于空白，這主要源自于兩方面原因。
一是我國不少關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，這使得企業很難顧及像國外企業這樣花費長達十幾年的時間探索3D打印技術與液壓零件的制造技術的結合。
二是對于成熟的液壓產品來說，尤其是航空航天和國防軍工領域，不僅僅缺乏對3D打印技術的掌握，國內企業還缺乏整套的思路如何通過3D打印技術來制造出滿足復雜且嚴苛的軍標液壓產品。根據3D科學谷的市場研究，在這方面，制造型企業呼喚3D打印企業的全套培訓與打印服務體系，只有雙方攜手，才能探索出切實可行的方案。
(責任編輯：admin)
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