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。
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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。
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