增材制造-3D打印技術(shù)在實(shí)現(xiàn)液壓元件輕量化、提高流動效率、無模具、可快速迭代等方面具有優(yōu)勢。
傳統(tǒng)液壓元件與3D打印液壓元件在設(shè)計上有著顯著的不同。以液壓閥為例，傳統(tǒng)液壓閥塊為規(guī)則的長方塊狀結(jié)構(gòu)，而3D打印液壓歧管帶給人的*直觀印象是不再是規(guī)則的閥塊，而是一組具有不規(guī)則形狀的“管道”。
本期，3D科學(xué)谷將分享一項(xiàng)增材制造液壓歧管的設(shè)計與優(yōu)化研究，與谷友共同了解3D打印液壓歧管與傳統(tǒng)液壓閥塊在設(shè)計和性能方面有哪些不同，并為廣大液壓元件制造企業(yè)在利用增材制造技術(shù)進(jìn)行液壓元件產(chǎn)品設(shè)計優(yōu)化升級提供參考。
更輕、更小、更長壽
液壓閥制造存在的挑戰(zhàn)
采用傳統(tǒng)方式制造液壓閥時，首先要從一個金屬塊開始，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，管路時常無法精確對準(zhǔn)。此外，鉆洞時需要開工藝孔并在*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。
液壓歧管設(shè)計優(yōu)化
l 目標(biāo)
使用有限元方法分析液壓歧管塊；
使用面向增材制造的設(shè)計，優(yōu)化結(jié)構(gòu)元素布局以及幾何參數(shù)，從而實(shí)現(xiàn)3D打印液壓歧管的結(jié)構(gòu)剛度*大化，質(zhì)量*小化；
使用增材制造技術(shù)進(jìn)行液壓歧管制造并驗(yàn)證結(jié)果；
傳統(tǒng)液壓閥塊與3D打印歧管比較。


傳統(tǒng)液壓閥塊設(shè)計模型。來源：JETIR
圖中顯示的傳統(tǒng)液壓閥塊是使用 Creo Parametric CAD 軟件設(shè)計的。材料為球墨鑄鐵GGG40。零件加工程序在CNC 工作站中自動生成。閥塊原材料為經(jīng)過熱處理的鑄造件。
優(yōu)化要求是在產(chǎn)生*小應(yīng)力和隨著結(jié)構(gòu)剛度增加而產(chǎn)生的應(yīng)變之處實(shí)現(xiàn)減重，并使設(shè)計*適合于增材制造。由于使用的制造工藝為增材制造，液壓歧管的優(yōu)化設(shè)計可以從頭開始進(jìn)行，也可以去除一些忽略應(yīng)力的區(qū)域。
l 增材制造液壓歧管優(yōu)化過程



有限元分析
l 基本步驟
-預(yù)處理：定義問題*
（i）定義元素類型和材料/幾何特性； （ii）所需的網(wǎng)格線/面積/體積。
-解決方案：分配負(fù)載、約束和解決方案**
-后處理：進(jìn)一步處理和查看結(jié)果。
（i）*大當(dāng)量應(yīng)力（ii）總變形
l 傳統(tǒng)液壓閥塊結(jié)構(gòu)分析
-預(yù)處理：首先準(zhǔn)備CAD 模型，檢查幾何的網(wǎng)格化
-為每個組件應(yīng)用材料
-創(chuàng)建網(wǎng)格

-定義邊界條件

傳統(tǒng)閥塊邊界條件。來源：JETIR