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3D打印让液压阀减重50% 变革流体流动优化

2015-12-29 09:41
林契于宸
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  “液压阀块集成块是复杂的组件,其中许多管道走到一起并相交。传统的加工方式,液压集成块的交叉歧管是通过机械加工交叉钻孔完成的。然而由于机加工的角度限制,一方面流体效率不能得到最高效的优化,经常需要在流道内部添加插头来调整流量,另一方面加工过程中还面对着同位精度的挑战。而3D打印带来了流体流动优化的新领域…”

3D打印让液压阀减重50% 变革流体流动优化

  图像显示了流体通道内部90度垂直交叉的结构,而流体方向发生了90度的弯曲,其加工方式通过交叉钻孔,并在流体块的一段有终端插头。

3D打印让液压阀减重50% 变革流体流动优化

  图:流体90度的急转弯

  计算机流体动力学(VFD)分析,显示有些区域会面临流量小的问题,而有些部位则会面临湍流现象。为了调整流形则需要进一步的内部插头,但增加了复杂性,而且并没有改变流体必须通过急转弯的局面。从流体力学的角度来看,传统方式加工的液压集成块设计存在许多有待改进的空间,只是当时我们没有3D打印技术这么灵活的手腕。

 3D打印让液压阀减重50% 变革流体流动优化

 图:为解决左图流体的通畅性,右图增加了内置插头

  选择性激光融化增材制造技术,通过一层一层融化金属粉末来制造产品,使得我们能够预先优化设计流体内部的流动路径,同时减少不必要的阀体重量。

  第一步:提取流体路径

  第一步是提取流体路径,包括那些交叉钻孔设计,这跟传统机械加工从一个坚实的金属块开始不同,这一步需要把传统加工流体并不通过,而只是为了加工需求而钻的孔的这部分设计去掉。留下那些流体会经过的管道,和功能歧管。最后提取的设计如右图。

 3D打印让液压阀减重50% 变革流体流动优化

 图:提取左图流体经过的路径,获得右图设计

  第二步:优化流形

  现在,我们开始减少和简化流体流动路径,无需交叉钻孔的设计约束,并且可以将锋利的角换成圆形弯曲的设计而减少湍流现象,图像显示了一个流动路径概念,确定流动分离和停滞区。

3D打印让液压阀减重50% 变革流体流动优化

  图:局部优化流形

  第三步:确定壁厚和支撑结构

  一旦流体路径进行了优化,我们需要确定壁厚和支撑结构,使用有限元分析(FEA)应力模型来计算和分析流体力学压力。

3D打印让液压阀减重50% 变革流体流动优化

  图:为增材制造而进一步优化

  最后,支撑结构作为一个支架来保持组件一起,并且在构建过程中起到构建支持和锚的作用。

3D打印让液压阀减重50% 变革流体流动优化

  图:减重50%

  这个伟大的例子不仅仅将液压阀体减重50%,而且还改进流体流动的效率,避免了进一步组装需要,提高了阀体性能和稳定性。

声明: 本文由入驻维科号的作者撰写,观点仅代表作者本人,不代表OFweek立场。如有侵权或其他问题,请联系举报。

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