3D打印如何重塑液压元件设计与性能

[图片来源：Renishaw]
 
液压元件设计制造的新方法需求日益迫切。3D打印是让制造商探索液压制造新机遇的关键技术。
 
从Liebherr、Ford到Bosch Rexroth，企业转向3D打印，创造更节能、更轻、更低成本的液压元件。
 
本期应用聚焦深入剖析3D打印对液压系统及元件的优势，并探索技术落地的最振奋案例。
 
系列其他应用：
 
3D打印换热器
 
3D打印轴承
 
3D打印自行车制造
 
3D打印数字化牙科与隐形矫正器制造
 
3D打印医疗植入体
 
3D打印火箭与航天器制造未来
 
3D打印鞋类制造
 
3D打印电子元件
 
3D打印轨道交通
 
3D打印眼镜
 
3D打印终端零件生产
 
3D打印支架
 
3D打印涡轮部件
 
3D打印如何助力核电行业创新
 

为何用3D打印液压元件？

 
液压是重载或重复运动场景下最高效的驱动方式之一。
 
液压系统用泵加压液体，其运动驱动从起重机到汽车的一切设备。
 
液压无处不在：车辆、工程机械、建筑、制造设施。
 
液压元件传统上通过机加工或铸造制造。但许多液压设备制造商开始有兴趣用3D打印生产歧管、伺服阀、液压适配块等元件。何以考量此技术？
 
据Bosch Rexroth AG工业液压业务单元负责人Steffen Haack介绍，液压行业受多趋势塑造，包括：

• 能效提升（降低流动力、减压损、提高效率）
• 降噪
• 减小油箱体积
• 提高压力等级、缩小安装空间
• 改善材料与油液性能
• 高可用性与预测性维护
• 用户友好性
• 安全性

3D打印，特别是金属与砂型打印，在推动能效提升、安装空间缩减等趋势中扮演关键角色。
 
如何做到？通过赋能先进设计，融入新功能、减轻减小元件、提升整体液压系统性能。
 
让我们深入探究3D打印对液压的优势。 

减轻液压元件重量与尺寸

3D打印助力液压元件制造商实现轻量化、小型化。
 
以液压歧管为例。该部件调节液压系统各元件间流体流向，传统上从金属实心块加工而成。
 
去除过多多余金属成本高昂，且常因不划算而保留多余金属，导致零件重量超预期。
 
3D打印解决此痛点：所需材料量几乎等于最终零件用量。
 
金属3D打印如选择性激光烧结（SLS），激光描绘微米级截面，选择性熔融金属粉末逐层堆积。工程师可精准控制用料，较CNC加工用料更少。
 
除减重，3D打印还能实现更紧凑结构，更适配受限设计空间。这使3D打印液压元件在高精度、轻量化应用中备受青睐。
 
聚焦：Aidro 3D打印歧管

 
意大利制造商Aidro的案例：用于农业机械的液压歧管重新设计，节省系统重量与空间。3D打印铝歧管功能不变，但体积减半、重量降低75%。
 
零件集成

3D打印还能通过集成多部件为一体——即零件集成——进一步缩小尺寸。
 
这消除复杂组装，减少薄弱连接点导致泄漏风险，增强结构完整性。
 

优化效率

3D打印可重新设计液压元件内部几何，优化流体流动、降低压降。
 
以歧管为例，工程师可精准布置流道位置、形状、尺寸。流道可呈弧形、间距更紧凑，较传统直角钻孔歧管更紧凑轻量。
 
弧形流道据报可提升流动效率30%-70%。

 
重新设计流道截面形状也能产生差异。如阀芯流道传统为圆形（旋转刀具加工限制）。
 
3D打印允许设计方形截面，可提升流通能力20%、降低压降。
 
此外，传统歧管常需十字交叉钻孔并随后堵塞防漏。这些堵塞通道形成潜在泄漏路径，可能导致系统失效。3D打印从源头消除此问题——无需钻十字孔。
 

更多3D打印液压元件案例

3D打印液压适配块

 
GKN Additive 3D打印液压适配块——一种歧管，引导流体流向，连接阀、泵、执行器。
 
传统液压块呈块状，内部钻孔。制造从上下钻孔开始，垂直孔再由水平通道连接，切削螺纹。为防水平通道漏油，用无头螺钉堵塞密封。
 
此工艺效率低：一、钻铣边缘产生难清理毛刺，运行中可能脱落致故障；二、尖角连接产生湍流，能效低；三、闲置水平通道积聚污垢，降低系统寿命。
 
3D打印助GKN Additive攻克上述挑战，打造更优液压块。
 
重量从30公斤降至5.5公斤，功能零损失。新设计去除多余材料、避免孔重叠。
 
取消闲置水平通道，污垢无处堆积。以平滑管路替代尖角，降低湍流。
 
总结：3D打印在用料更少前提下提升功能，转化为更低重量与制造成本。
 

Liebherr 3D打印液压阀块

 
Liebherr集团借助3D打印重新设计飞机用高压液压阀块，实现减重增效。
 
团队将10个功能单元集成新阀块，消除大量横向钻孔的复杂管路系统。成品减重35%、零件数大幅减少。
 
该3D打印件已通过A380试飞验证。
 

Domin Fluid Power 以3D打印重塑流体动力系统

 
英国液压系统制造商Domin转向3D打印重新开发高性能直驱伺服阀，用于信号转压力。
 
Domin称3D打印赋能其构建复杂零件、更快、无模具。例如某驱动器尺寸缩至原1/4、功率提升25%，成本降至1/3，制造时间从5.5小时压缩至1小时。
 
Domin主张常规方法无法达成此成果。
 

Ford 3D打印进气歧管

除重型装备、航空航天案例，Ford在汽车液压系统3D打印上开创先河。
 
去年，车企展示号称有史以来装车最大金属3D打印进气歧管。
 
搭载车辆为Ken Block的‘Hoonitruck’福特皮卡。

 
车辆需特殊进气歧管从涡轮向气缸供气，Ford采用金属3D打印。
 
部件用Concept Laser设备打印铝合金，耗时5天。借助前沿CAD软件，构建传统工艺无法实现的复杂网状结构，设计针对性优化性能与轻量化——成品仅6公斤。
 

Bosch Rexroth采用砂型3D打印歧管

 
除金属打印，也可3D打印砂芯后铸造液压元件。工艺称粘结喷射，通过在石英砂层选择性沉积粘结剂成型。
 
Bosch Rexroth多年使用砂型3D打印生产控制块铸造砂芯。
 
核心优势：能集成滤清器等机床部件于歧管内，减重达30%。
 
附加优势：免除易致泄漏的辅助孔，优化内部流道提升能效。
 

以3D打印重塑液压元件

液压行业向更节能、更小型化元件迈进，3D打印为开发生产更优设计提供路径。
 
鉴于交期、减重、成本性能优势，越来越多液压元件制造商开始探索此技术应用于产品。
 
展望未来，3D打印在液压元件生产中的角色将持续增强，助力行业企业跟上当前与未来趋势。