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

2018-09-07

3D打印技術在最終零部件生產中的應用日益豐富，但稍加了解就會發現，3D打印零件的設計并不是照搬傳統設計思路，而是利用增材制造設計規則尋求設計優化方案，使產品變得更加高效、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，熱交換器制造技術在過去20年里發展緩慢，但是3D打印技術為熱交換器輕量化和性能提升注入了新的活力。

增材制造設計使熱交換器結構更為緊湊，但同時具有更高的表面積密度效率，經過優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很好的妥協。

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塑料產品的質量和效率。傳統注塑模具冷卻水路制造技術是通過交叉鉆孔制造出直線型的冷卻水路，并通過安裝內置流體插頭來調整冷卻液體的流速和方向，這種設計方式存在冷卻時間較長，冷卻不均勻的現象。

通過粉末床選區熔融3D打印技術制造冷卻水路，則可以實現“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計，傳統冷卻水路的部分設計規則是值得增材制造設計師借鑒的。參考延伸閱讀：3D打印模具隨形冷卻水路在設計時需要注意哪些細節？

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量的前提下，注塑節拍從50秒，下降為28秒，注塑生產變得更加高效。

--冷卻液噴嘴

圖中是Innogrind公司為磨削設備提供的鈦金屬冷卻液噴嘴。設計師利用3D打印自由造型方面的優勢，將噴嘴設計為一個功能集成的一體化結構。

噴嘴通道的幾何形狀根據專業知識、經驗和流動模擬進行了優化設計，在保證功能的前提下，噴嘴由幾個獨立組件組裝而成的結構，變為一個緊湊的一體式零件。

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

--液壓閥塊

采用傳統方式制造閥塊時，首先要從一個金屬塊開始，通過傳統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確交匯，但在一些“盲”鉆位置上，管路時常無法精確對準。此外，鉆洞時需要開工藝孔并在最后加以密封，這就導致組件有可能在工藝孔的位置發生泄漏。延伸閱讀：3D打印液壓閥塊進入生產領域

在這個案例中，設計師采用金屬3D打印技術來制造閥塊，為閥塊設計獲得了優化空間。傳統閥塊有超過100個鉆孔（如左圖），但是這些鉆孔沒有被“復制”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）。

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