3D打印是增材制造的一個分支，它還包括快速成型、直接數(shù)字化制造、分層制造和增材制備。增材制造通過塑料、金屬、混凝土等各種材料，有一天，甚至是人體組織材料的逐層添加，獲得三維物體。一旦制造出CAD模型，增材制造設(shè)備就可以導(dǎo)出模型中的數(shù)據(jù)，按照要求逐步將粉末、線材、片材或其它材料添加上去，最終制造出三維對象。

工藝和原材料的改進(jìn)拓展了3D打印技術(shù)的應(yīng)用，而3D打印技術(shù)本身的基本工作原理更是為制造商提供了比傳統(tǒng)生產(chǎn)工藝更大的優(yōu)勢。

3D打印技術(shù)的優(yōu)勢

從成本來看，3D打印技術(shù)不再需要傳統(tǒng)制造所需的各種昂貴部件，模具成本、生產(chǎn)準(zhǔn)備成本、人工成本、原材料或邊角料的浪費也因為3D打印而得以避免。而且，3D打印產(chǎn)品報廢成本較低，大幅削減了生產(chǎn)商快速原型制造的成本風(fēng)險。

泵閥行業(yè)為何并不急于使用3D打印技術(shù)

3D打印技術(shù)在泵閥行業(yè)得到完全的使用還存在著自身的壁壘，這推遲了這種技術(shù)的應(yīng)用。除了3D打印技術(shù)在原型制造方面的局限，其它還有一些因素限制了泵閥行業(yè)對3D打印技術(shù)的應(yīng)用，包括材料選擇范圍的局限性、不具備規(guī)模優(yōu)勢、存在知識產(chǎn)權(quán)侵權(quán)和網(wǎng)絡(luò)安全的風(fēng)險。

起初，3D打印原材料局限于丙烯腈-丁二烯-苯乙烯（ABS）、聚乙烯醇塑料（PVA）、聚碳酸酯（PC）和其它類型的塑料及樹脂。這些原材料因為缺乏承受泵閥工況中的流體堿度、蒸汽壓力、工作溫度及其它因素所需的必要的機(jī)械性能，限制了泵閥生產(chǎn)商采用3D打印技術(shù)。

其次，對于從事泵閥這樣中等至大規(guī)模生產(chǎn)的制造商而言，傳統(tǒng)制造技術(shù)具有規(guī)模優(yōu)勢。這也導(dǎo)致3D打印技術(shù)只能用于原型制造或者僅用于生產(chǎn)替換產(chǎn)品和零部件的場合。

再者，3D打印技術(shù)嚴(yán)重依賴于數(shù)字化信息，如CAD文件、在線設(shè)計以及向3D打印企業(yè)的文件傳送，讓數(shù)據(jù)盜竊和知識產(chǎn)權(quán)侵犯有機(jī)可趁。成熟的泵閥行業(yè)一直在積極尋求通過技術(shù)優(yōu)勢獲得競爭力，而對于將將技術(shù)競爭力暴露給競爭對手和業(yè)內(nèi)其它企業(yè)的擔(dān)憂，毫無疑問阻礙了3D打印技術(shù)的應(yīng)用。另外，3D打印工藝如光固化快速成形（SLA）、熔融沉積成型（FDM）和選擇性激光燒結(jié)（SLS）的專利許可分別于2004年、2009年、2014年到期，也讓泵閥生產(chǎn)企業(yè)認(rèn)為這項技術(shù)看起來不像是有利可圖的投資。

泵閥生產(chǎn)企業(yè)采用3D打印技術(shù)的機(jī)會何在？

隨著工藝和原材料機(jī)械性能的優(yōu)化，3D打印技術(shù)已經(jīng)可以滿足泵閥生產(chǎn)企業(yè)的要求。而市場對于幾何形狀復(fù)雜、高能效、高成本效益產(chǎn)品的需求，也推動泵閥生產(chǎn)企業(yè)開始考慮挖掘3D打印技術(shù)的優(yōu)勢。再者，過去多年來，3D打印技術(shù)也已經(jīng)通過技術(shù)的不斷演進(jìn)，克服了自身的局限，為泵閥生產(chǎn)企業(yè)開啟了新的機(jī)會。

首先是實現(xiàn)了量產(chǎn)。量產(chǎn)曾經(jīng)是3D打印技術(shù)市場進(jìn)入的壁壘，但通過將多個小部件整合成一個大的部件進(jìn)行生產(chǎn)，革新了供應(yīng)鏈的面貌。如，可以用3D打印技術(shù)打印出具有16個零部件的直升機(jī)發(fā)動機(jī)，而傳統(tǒng)工藝需要生產(chǎn)900個零部件。

第二，知識產(chǎn)權(quán)保護(hù)工作有了進(jìn)展。保護(hù)3D打印CAD文檔對于生產(chǎn)企業(yè)至關(guān)重要。現(xiàn)在已經(jīng)有多種方法來保護(hù)CAD文檔或者設(shè)計本身。包括與3D打印服務(wù)提供商簽署信息安全的NDA（保密）文件、不同專利和版權(quán)法可以為終端用戶提供設(shè)計、打印對象的專利和版權(quán)保護(hù)等。

而對于已經(jīng)使用數(shù)十年、設(shè)計圖紙已經(jīng)丟失的老泵而言，逆向工程則可以幫助他們重新制造出所需的產(chǎn)品。

3D打印技術(shù)在液壓領(lǐng)域的應(yīng)用

高壓問題阻礙了金屬3D打印技術(shù)在液壓領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，但從設(shè)計的角度來看，有些特殊應(yīng)用還是可以借助于3D打印部件的幫助的。液壓技術(shù)的一大優(yōu)勢是功率密度高。液壓泵體積通常只有驅(qū)動電機(jī)很小的一部分，相對于汽油或柴油發(fā)動機(jī)而言，液壓泵就顯得更微小了。但液壓泵更大的優(yōu)勢在于，在作動器的配合下，雖然液壓缸的直徑只有數(shù)英寸，但可以產(chǎn)生舉起幾千磅、壓碎石頭和混凝土或者將高強(qiáng)鋼打造成堅固部件的力量。

液壓系統(tǒng)的另一個優(yōu)點是對于方向、速度、扭矩和力的控制能力。不管是簡單的手動閥，還是精密的電子控制自動閥，均是如此。過去，電子控制液壓閥在不斷取得進(jìn)步，但制造閥的工藝本身并沒有太大變化，目前，這一局面也在改變。

插裝閥技術(shù)被廣泛用于將多種控制功能集成到單個多支管管中。相比傳統(tǒng)采用直線式安裝閥門、軟管和連接器的方式相比，在多支管內(nèi)集中多個閥門可以大幅節(jié)約空間、重量和成本。但是插裝閥和多支管（集成液壓回路）的空間和重量節(jié)約優(yōu)勢還有改進(jìn)的余地。這是因為必須定位多支管中的許多通道，以防止通道被交叉鉆孔，另一方面，還需要在不同通道間提供足夠的材料，以確保強(qiáng)度足夠。

3D打印通過精確定位需要設(shè)置的流通管道的位置、形狀和大小，克服了這些局限。這意味著流道可以比傳統(tǒng)多支管更為精確的方式靠近儀器布置，從而使得最終部件尺寸更緊湊、更輕巧。而且，連接兩個或多個內(nèi)部管路的通道不需要從多支管外面進(jìn)行機(jī)加工，從而避免了后續(xù)需要堵塞以防止液體流出的麻煩。

但是，3D打印不只限于多支管的使用。閥件本身也因3D打印而受益。如，閥體通常包含環(huán)形流動路徑，這主要是因為機(jī)床采用旋轉(zhuǎn)切削工具所致。而用方形截面代替圓形流道可以增加20%的流量，因為與相同寬度的圓相比，正方形的面積更大。

應(yīng)用案例

這種3D打印的液壓閥體是由不銹鋼制成，用于控制單只工作氣缸。該工藝采用計算機(jī)控制的激光熔覆技術(shù)，將不銹鋼粉末逐層熔融堆疊而成。Aidro SrL是一家專門設(shè)計和生產(chǎn)傳統(tǒng)及3D打印液壓部件的意大利公司。總經(jīng)理Alberto Tacconelli認(rèn)為，3D打印部件非常適用于特殊應(yīng)用。“用增材制造技術(shù)可以定制生產(chǎn)出更為小巧、質(zhì)輕的部件或產(chǎn)品，同時效率或者性能往往要高于用傳統(tǒng)技術(shù)生產(chǎn)的液壓部件。”

因為能夠按照需要生產(chǎn)出更為復(fù)雜的內(nèi)部結(jié)構(gòu)特征和通道，增材制造非常適用于多支管的設(shè)計和生產(chǎn)。閥體的內(nèi)部通道經(jīng)過優(yōu)化后，可以在更小的空間內(nèi)獲得更高的流量。而且，由于不需要進(jìn)行額外的鉆孔，所以也消除了滲漏的弊端。

來源： 現(xiàn)代激光工業(yè) 轉(zhuǎn)載自：中國3D打印網(wǎng) 版權(quán)歸原作者所有