對金屬3D打印閥體零件表面質量的思索
增材制造/金屬3D打印技術為液壓閥體設計帶來了優化空間，尤其是在優化閥體流體通道方面，金屬3D打印技術具有特殊的優勢。
盡管金屬3D打印技術在液壓閥體產品開發中表現出的靈活性和生產復雜零件的能力是傳統方法不可能達到的，但如果進一步拓展金屬3D打印技術在閥體生產中的應用，閥體設計師還需要了解如何通過表面處理工藝來降低金屬3D打印零件的表面粗糙度，以滿足實際生產需要。
設計之初即將表面后處理規劃在內
表面粗糙度對于金屬3D打印技術來說究竟有多大影響主要取決于其應用領域。有時，粗糙度可能不重要，在某些情況下它甚至可能是一件好事。但是，大多數零件都對表面粗糙度有一定要求。閥體是液壓系統中的一個組成部分，它將最終與整個系統相集成，因此對于閥體的粗糙度有一定的要求，以保證流體流量能夠得到精準的控制。
在零件加工時，設計師需要量化權衡以確定使用何種加工工藝，例如：金屬打印，鑄造或金屬粉末注射成型。
金屬3D打印鈦合金支架表面處理前后對比，圖片來源：NASA & valve magazine
典型的金屬粉末注射成型具有很好的表面質量（一般Ra為30-50），而鑄造相對粗糙（Ra在100到500微米之間）。金屬3D打印的表面粗糙度則較高，通常在Ra 250-400 +。值得設計師注意的是，金屬3D打印的工藝有多種，例如：定向能量沉積、粉末床選區激光熔融，而每種工藝加工的金屬零件具有的表面粗糙度不同。此外，使用的打印機類型、工件的復雜程度，打印材料以及增材制造零件的設計方式、打印時零件擺放方向等因素都有可能影響3D打印零件的最終粗糙度。
通過表面后處理工藝可以提升金屬3D打印閥體的最終光潔度，但表面后處理會產生成本并增加一定的制造時間，因此，在設計師決定采用金屬3D打印作為閥體的制造手段之初，需要將這些因素考慮進去，納入閥體制造的總成本和周期中，在設計3D打印零件時，也需要留出后處理加工余量。
通常，在進行后處理之前，3D打印零件越接近所需的最終光潔度，精加工的消耗就越低，反之則會產生較高的消耗，比如說，如果3D打印零件的表面粗糙度是800 Ra，但是最終需要達到<50 Ra，則需要很大耗費才能達到目標。
許多常見的拋光后處理技術可以使3D打印零件達到表面粗糙度的要求。然而，這些工藝不一定是制造商獨立完成的，當需要外包加工時，就會產生運輸和管理費用等額外的成本。當需要多方參與時，質量問題的風險也會增加。
傳統制造方式給閥體設計，尤其是流體通道的設計優化帶來的局限性是顯而易見的。然而，金屬3D打印技術卻可以制造出帶有復雜流體通道的一體化閥體。隨著越來越多的工業設計師開始在設計階段選擇增材制造，金屬3D打印技術的真正潛力將被開發，并創造出其他任何方式都無法實現的新型閥體。
Review
市場研究機構Infinium Global Research預測從2017到2023，3D打印市場將保持33%左右的年復合增長率，而液壓零件的3D打印將成為一個不可忽視的3D打印應用增長領域。
就閥體加工而言，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。
采用3D打印技術，可以提高內部設計的靈活性，降低零件的重量和體積，提升功能性。根據3D科學谷的市場觀察，3D打印技術已成為多家制造商制造復雜液壓零件的選擇。例如Domin Fluid Power公司重新設計與制造的3D打印閥，重量輕，體積小，閥體效率高；Aidro hydraulics使用3D打印技術為客戶定制化生產小批量的液壓閥塊；雷尼紹幫助路虎BAR帆船通過金屬3D打印的液壓系統零件提升性能，加工出內含光滑圓角的零件，大大提高流體傳輸的效率；空客裝載了首個3D打印液壓件的A380飛機已試飛成功……
不過，金屬3D打印這種增材制造技術在閥體制造領域的發展，并不意味著將與傳統減材制造技術成為競爭關系。相反，增材與減材是具有互補性的技術，其實在大多數情況下，通過機械加工等減材后處理技術與金屬3D打印的組合才能加工出符合要求的閥體。
(責任編輯：admin)
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