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12台金属3D打印设备助力穆格实现液压元件性能升级

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12台金属3D打印设备助力穆格实现液压元件性能升级

作者:
发布时间:
2019/09/29
【摘要】:
3D打印在流体动力部件制造中的应用日益广泛,液压元件是其中一个应用方向。工程和制造公司穆格(Moog)是设计、制造和销售高性能液压阀产品的领导者,在航空航天领域尤其活跃。穆格建立了内部增材制造中心,中心拥有12台粉末床选区激光熔化金属3D打印设备,以及近10台非金属3D打印设备。
  3D打印在流体动力部件制造中的应用日益广泛,液压元件是其中一个应用方向。
  工程和制造公司穆格(Moog)是设计、制造和销售高性能液压阀产品的领导者,在航空航天领域尤其活跃。穆格建立了内部增材制造中心,中心拥有12台粉末床选区激光熔化金属3D打印设备,以及近10台非金属3D打印设备。在过去的十年中,穆格一直通过研发中心、计量与材料分析实验室、应力消除热处理炉来开展增材制造液压元件的设计、生产、后处理以及检测工作。
 
 
穆格增材制造中心的金属3D打印设备。
来源:Fluid Power World
  制造与传统产品不同的液压元件
  穆格自2013年成立第一个研发中心以来就一直积极从事金属增材制造业务。后来穆格决定将两处增材制造设施进行合并,在2018年成立了新的增材制造中心,从而提高利用增材制造技术进行创新的能力。
  穆格的产品组合中有大量的液压产品,因此增材制造中心开展了金属3D打印技术在液压元件制造中的应用。
 
 
穆格开发的金属3D打印液压元件。来源:穆格
  例如,穆格通过金属3D打印设备直接制造集成流体通道的液压歧管,这是传统制造方法无法实现的。穆格专为增材制造而设计的液压歧管,将多个组件集成为一个整体设计,具有显著的重量减轻与紧凑的尺寸,并具有更高的流动性能。在制造过程中,功能集成的设计,消除了零件焊接需求。
  另一个典型应用案例是通过金属3D打印技术制造扰流板伺服控制制动器中的液压油缸,材料为15-5PH不锈钢。穆格基于一个不锈钢锻造件进行重新设计,3D打印液压油缸的制造时间缩短至一周内。
  穆格还与意大利理工学院(IIT)合作,为HyqReal机器人开发了集成智能执行器(ISA ),增材制造的智能执行器满足了机器人制造的轻量化和紧凑设计的需求。
  穆格在应用探索中发现,目前金属3D打印技术最适合在需要成本和交货时间优势的应用中使用,此外,该技术在产品性能优化方面也起到了积极作用。穆格在设计增材制造液压元件时优化了散热性能,创建具有更好散热性能或隔离热量的产品。
  在掌握增材制造优势的同时,穆格发现液压零部件制造所用的粉末床金属3D打印技术仍存在难以满足液压件制造需求之处。比如说在表面光洁度方面无法直接满足制造需求,穆格在增材制造完成后将进行表面加工。而对于后处理的需求,穆格通常会在产品设计时就进行权衡,尽量通过增材制造设计原则减少对后加工的需求。
  穆格看到了增材制造技术在交货时间、减轻重量、性能优化和复杂液压组件制造成本方面所具有的优势,他们将金属增材制造视为一种正在增长的液压元件制造方式,并投入很多时间完善液压元件的增材制造工艺,生产质量可重复、能够承受流体高压应用的增材制造液压产品。
  3D科学谷Review
  正如穆格在实践中所体会到的那样,增材制造技术在实现液压元件轻量化、提高流动效率、无模具、可快速迭代等方面具有优势。
 
 
3D打印在液压领域应用的五大优势
来源:3D科学谷《3D打印与液压行业白皮书1.0》
  这一切看似简单,但实践过程并不容易。液压制造商必须考虑流体、压力所带来的设计复杂性,考虑如何在系统内部定位歧管,内部支撑的放置位置等众多因素。对于液压制造商而言,应用增材制造技术的更大难处在于,如何制造根据“增材制造设计思维”开发液压元件。
  传统液压元件与3D打印液压元件在设计上有着显著的不同。以液压阀为例,传统液压阀块为规则的长方块状结构,而3D打印液压歧管带给人的最直观印象是不再是规则的阀块,而是一组具有不规则形状的“管道”。
  传统加工方法的制约某种程度上使得流体与结构拓扑优化后的液压零部件加工制造遭遇一定的难度,而仿真技术与3D打印-增材制造技术结合,正在突破着传统液压元件设计思维与制造的局限性,并推动液压元件设计优化与性能升级。
  3D科学谷曾在谷.专栏《仿真技术与3D打印推动液压元件性能升级》中,介绍过仿真技术如何在3D打印驱动液压元件性能升级的道路上发挥“助推器”的作用。随着3D打印-增材制造技术的不断成熟和应用,通过CFD和FEM在制造前预测性能、优化设计并验证产品行为,泵、阀等零件经过结构流体特性拓扑优化、结构拓扑轻量化以及尺寸优化设计之后通过增材制造技术加工出来。CFD、FEM技术与增材制造技术相得益彰,互相成就,共同推动液压零件实现性能升级。