正在發生的趨勢，通過金屬3D列印製造更好的液壓零件

液壓系統可以作為動力傳動方式，也可用作控制方式，在工業領域中的應用非常廣泛，例如機床、工程機械、農業機械、汽車、飛機等機械，水利工程用的堤壩裝置，發電廠發電廠渦輪機調速裝置，以及軍事工業中火炮操縱裝置等領域都會應用到液壓系統。

市場研究機構Infinium Global Research預測從2017到2023，3D列印市場將保持33%左右的年複合增長率，而在業界人士看來，液壓零件的3D列印將成為一個不可忽視的3D列印應用增長領域。

3D列印技術已成為多家液壓系統製造商製造複雜液壓零部件的選擇，例如，工程和製造公司穆格MOOG，在金屬3D列印液壓零件領域的有著超過16年的探索經驗，2017年另一家液壓傳動和控制領域的著名製造商派克漢尼汾（Parker Hannifin）在總部附近開設了「先進位造學習和開發中心」，工程師可以在該中心探索增材製造/3D列印的應用。

2017年，雷尼紹還幫助路虎BAR帆船通過金屬3D列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。

可以說金屬3D列印在液壓領域的應用正在像其在隨形冷卻模具領域的應用一樣不斷的深化。

液壓-更加高端的

應用

--3D列印液壓件積極的探索者

根據3D科學谷的市場研究，如果選擇金屬3D列印技術來製造液壓閥塊，在進行產品設計時無需考慮交叉鑽孔的設計約束，並且可以將鋒利的角換成圓形彎曲的設計從而減少湍流現象。這種通過傳統液壓閥塊製造技術無法實現的設計方案，通過金屬3D列印是可以實現的，Aidro hydraulics 公司也正是通過3D列印技術獲得了更高的設計自由度。

Aidro Hydraulic公司1982年成立，成立以來一直專註於設計和生產液壓系統中的零部件，所推出的液壓閥體產品包括方向閥、止回閥、流量閥、壓力閥和比例閥。2017年，Aidro Hydraulic 在35年液壓零部件傳統製造經驗的基礎上正式推出了金屬3D列印的液壓產品，其中包括3D列印的液壓閥體。

完整的液壓系統包括動力元件、執行元件、控制元件、輔助元件和工作介質。控制元件（即各種液壓閥）在液壓系統中起到控制和調節液體的壓力、流量和方向的作用。Aidro hydraulics成功開發的首個3D列印液壓閥塊，製造材料是不鏽鋼，作用是控制單作用氣缸。Aidro hydraulics 在設計3D列印閥塊時進行了創新，液壓閥塊的內部管道經過了設計優化，使內部管路中的液流得到改善，整個閥塊的體積也比傳統設計的閥塊更小了，潛在的液體泄漏問題也得以避免。在商業化方面，Aidro hydraulics 使用金屬3D列印技術為一些有特殊需求的客戶定製化生產小批量的液壓閥塊，作為其現有液壓零部件生產能力的一種補充。目前，不鏽鋼（從AISI 304 到 316L）、鋁、鈦，以及部分新材料的閥塊都能夠通過3D列印設備進行小批量生產。

圖片：機加工生產的閥體（左），具備更好性能的3D列印生產的閥體（右）

國際上，另外一家公司，Domin Fluid Power也是3D列印液壓領域的積極探索者。Domin Fluid Power制定了新的流體動力產品「穩定」設計的戰略，這個戰略建立在以金屬3D列印技術作為製造方式的基礎上。在此基礎上，Domin公司對一些多年來都沒有什麼明顯改變的液壓流體動力零部件進行了重新設計與製造，包括直接驅動伺服液壓閥。

Domin Fluid Power重新設計與製造的3D列印直接驅動伺服液壓閥，經歷了上千小時的設計、分析、測試和評估。Domin Fluid Power表示重新設計的3D列印閥體在重量、體積上都得以降低，由於液壓閥體壓力損失的減少，閥體效率也得以提升。

--機加工、檢測技術一個都不能少

不過金屬3D列印在液壓零件方面的應用還需要與機加工以及熱處理等後處理工藝相結合才能真正達到零件的性能要求。賓夕法尼亞大學的Timothy Simpson教授曾製造了一個帶複雜內腔結構的液壓零件，這個零件是用Inconel 718合金製造而成的，在3D列印完成後，多軸CNC加工中心為精加工關鍵特性提供了高度的精度，這個特殊零件需要精確的外徑，以確保跟其他零件能成功安裝在一起， 為了正常運轉，表面光潔度也是另外一個重要的關鍵質量要求。圓柱體的頂面和底面存在臨界平面度和平行度的精度要求，這都需要通過機加工來實現。 最後，流體埠必須承受10,000psi的壓力，這需要進行精密的螺紋磨削操作。

先進的檢測技術也同樣不可或缺，拿賓夕法尼亞大學的Timothy Simpson教授所完成的這個液壓零件來說，為了確保內部結構的正確性，賓夕法尼亞大學和Imperial機床工具公司通過計算機斷層掃描系統和其他先進的設備來完成零件內部的檢測。最後獲得的零件比原來的設計減輕重量超過40％，同時提高了流體流動性能。

此外，很多液壓零件需要鍛造件的緻密度，雖然熱處理可能會帶來一定的幾何變形，但是熱處理對於獲得更加緻密的液壓零件是不可或缺的，3D科學谷認為如何將3D列印技術與熱處理技術結合起來，這對於液壓零件的製造非常重要。

--目標：量產

在3D列印液壓零件實現量產方面，根據3D科學谷的市場研究空客可謂是個野心勃勃的實踐家，2017年3月30日，空客裝載了首個3D列印液壓件的A380飛機已試飛成功，這讓空客看到了通過3D列印提高液壓零件性能的機會。不過這個零件的製造過程是充滿探索與曲折的，擾流板液壓件是一個關係到飛機安全的關鍵部件，它的作用是控制空氣斷路或者擾流板。

在七年的研發過程中，這個項目組一直針對金屬3D列印這一增材製造技術而進行擾流板液壓件的優化設計。3D列印的材料是Ti64鈦合金，3D列印液壓件的明顯優勢是輕量化，其重量相比原來液壓件減輕35%。在性能方面，3D列印的液壓件使液壓系統的效率得以優化，產生更少的熱量，降低噪音，同時對液壓動力的要求更少。而液壓系統效率的提升，將為飛行帶來附加效益，例如減少空氣阻力以及優化飛機的燃油效率。

3D列印液壓件的研發和測試過程是漫長的，通常為了保證飛行安全，即使是由傳統製造方式製造的液壓零部件也需要經過1200萬個測試周期，3D列印液壓件也同樣需要經歷這樣一段測試周期之後，才能夠進行飛行測試。

對於這個3D列印擾流板液壓件，空客的最終目標是實現量產。參與項目的成員德國利勃海爾集團是空客的一級供應商，該公司與2016年年底向空客交付了3D列印液壓件。利勃海爾的專家曾表示，對於航空3D列印液壓件他們還有更多的設計思路，接下來他們將會進行首輪測試。未來，他們將建立一個增材製造工廠，量產這些液壓件。

--當前的可操作性

當然，實現量產的路或許還很長，義大利Aidro Hydraulic給出了當前3D列印應用到液壓零件的參考因素。

生產數量：傳統製造技術適合大規模生產，對於小批量的複雜液壓件3D列印技術則更經濟。

交期：用CNC機床加工金屬棒料，製造周期為30-60天；如果是對液壓鑄造件進行加工，那麼從鑄造到完成加工的周期為6-12個月；用金屬3D列印技術製造複雜液壓件的周期可以縮短至幾天之內，如果列印件需要進行機加工，則周期需要增加1-2周。

材料選擇：液壓零部件的製造材料必須具有足夠的強度和耐腐蝕性，才能安全地應對液壓系統的高壓，傳統液壓技術中最常用的材料是碳鋼，不鏽鋼和鋁。 金屬3D列印設備可加工的材料包括：不鏽鋼（AISI316L）、鋁、鈦（Ti6Al4V）、鉻鎳鐵合金（625或718）、馬氏鋼…

原型設計：如果客戶要製造的液壓件是用於設計驗證的原型，那麼，金屬3D列印技術則更具靈活性，它的價值在於可以短時間內同時列印出不同型號的設計原型。

------3D科學谷Review

3D科學谷的創始人曾經與國內不少的液壓零件製造商接觸過，當前3D列印在國內的液壓領域的應用還處於空白，在3D科學谷看來，這主要源自於兩方面原因。

一是我國不少關鍵的液壓零件製造水平落後於國際水平，長期以來我國在打破關鍵液壓零件依賴進口方面做出了不斷的努力，但是追趕這個差距的本身就消耗了大量的精力和財力，這使得企業很難顧及像國外企業這樣花費長達十幾年的時間探索3D列印技術與液壓零件的製造技術的結合。

二是對於成熟的液壓產品來說，尤其是航空航天和國防軍工領域，不僅僅缺乏對3D列印技術的掌握，國內企業還缺乏整套的思路如何通過3D列印技術來製造出滿足複雜且嚴苛的軍標液壓產品。根據3D科學谷的市場研究，在這方面，製造型企業呼喚3D列印企業的全套培訓與列印服務體系，只有雙方攜手，才能探索出切實可行的方案。

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