Bagaimana pencetakan 3D logam dapat mengoptimalkan struktur tubuh katup tekanan {1} {1} {1 {1 {{1 {1?

1. Melahkan melewati batas -batas manufaktur tradisional: membuat perbedaan besar dalam jumlah derajat kebebasan geometris
Penempaan dan pemesinan adalah metode utama yang digunakan untuk membuat badan katup tekanan {{0} {{{{{{{{{{{{{{{tradisional,, tetapi metode ini memiliki beberapa keterbatasan, seperti betapa mudahnya untuk mendapatkan alat dan seberapa cepat mereka dapat menghilangkan bahan. Saat merancang saluran aliran yang rumit, Anda sering harus melakukan perdagangan - offs. Misalnya, salib - lorong yang dibor dalam badan katup hidrolik perlu dikerjakan, tetapi benar - tikungan sudut dapat membuat fluida bergejolak dan membuat kehilangan tekanan lebih buruk.Pencetakan 3D logam, di sisi lain, dapat membuat bentuk yang rumit secara langsung dengan menambahkan lapisan.
Dalam kebanyakan kasus:
SpaceX Oxidizer Valve Body: Tubuh katup ini adalah bagian penting dari sistem daya roket. Perlu dapat menangani suhu tinggi dan tekanan tinggi. Tim desain menggunakan teknologi SLM (selektif laser laser) untuk menggabungkan perakitan komponen multi - tradisional dari saluran aliran menjadi satu bagian. Ini membuat ketebalan dinding saluran aliran berubah dari 8mm menjadi 5mm. Pada saat yang sama, optimasi topologi digunakan untuk mengurangi materi di area bantalan non - -. Ini membuat tubuh katup 40% lebih ringan dan 15MPA lebih kuat dalam kompresi.
Perusahaan Italia AIDRO telah mendesain ulang blok katup hidrolik menggunakan teknologi pencetakan 3D. Mereka mengganti saluran aliran pengeboran salib tradisional - dengan saluran aliran melengkung transisi yang halus, yang menurunkan kehilangan tekanan fluida sebesar 25%, menurunkan volume blok katup sebesar 30%, dan mencapai penyerapan guncangan dan pengurangan kebisingan melalui struktur kisi internal.
Poin teknis utama:
Merancang struktur yang dapat mendukung dirinya sendiri: merancang diri - sudut pendukung 45 derajat hingga 55 derajat membuatnya lebih kecil kemungkinannya bahwa struktur pendukung akan menghalangi saluran aliran. Misalnya, bodi katup paduan titanium memiliki saluran aliran yang dimiringkan pada 45 derajat sehingga residu dukungan tidak menumpuk ketika dipasang secara horizontal.
Mengoptimalkan Saluran Sumbu Multi -: Menggunakan simulasi CFD (Dinamika Fluida Komputasi) untuk menemukan jari -jari kelengkungan terbaik untuk saluran sehingga fluida terus mengalir dengan lancar di sekitar sudut. Melalui penelitian CFD, perusahaan Jerman Samson meningkatkan radius kelengkungan saluran aliran katup dari 3mm menjadi 6mm, yang menurunkan kehilangan tekanan sebesar 18%.
Desain yang berfungsi bersama: Menggabungkan tubuh katup khas yang perlu disatukan dari beberapa bagian menjadi satu struktur bagian, yang mengurangi jumlah permukaan penyegelan . 3 D menggabungkan 10 bagian yang berfungsi ke dalam bodi katup hidraulik spoiler Airbus A380, yang menurunkan kemungkinan bocor hingga 60%.
2. Kekuatan ringan dan tinggi dapat hidup berdampingan: optimasi topologi mengarah pada revolusi struktural
Tubuh katup tekanan - tinggi harus ringan tetapi cukup kuat untuk menahan tekanan sehingga sistem tidak menggunakan energi sebanyak. Desain tradisional menggunakan formula empiris untuk memastikan bahwa semua bagian sama kuatnya. Algoritma pencetakan 3D logam dan topologi, di sisi lain, dapat mengelola distribusi bahan dengan tepat.
Dalam kebanyakan kasus:
Liebherr Aviation Hidraulic Valve Body: Liebherr membuat bodi katup hidrolik paduan titanium untuk Airbus A380. Dengan menggunakan optimasi topologi, mereka menyingkirkan 35% dari bahan bantalan non - -, yang membuat tubuh katup lebih ringan (dari 2,8 kg hingga 1,8 kg) dan lebih kuat (dari 25 MPa hingga 25 MPa). Tubuh katup dibuat dengan teknologi SLM, yang memberikan ketebalan lapisan 30 μm dan kekasaran permukaan RA kurang dari atau sama dengan 6,3 μm. Ini memenuhi standar presisi untuk nilai penerbangan.
Badan katup daya nuklir CGN terbuat dari baja tahan karat 316L dan memiliki desain struktur kisi kepadatan variabel. Ini membuatnya 28% lebih ringan sambil tetap mampu menahan tekanan 15MPA. Kekasaran permukaan saluran aliran internal juga lebih baik daripada proses pemesinan tradisional.
Poin teknis penting:
Multi - Optimasi Topologi Objek: Algoritma genetika atau algoritma anil simulasi menemukan distribusi materi terbaik dengan menggunakan kekuatan, kekakuan, dan kehidupan kelelahan sebagai batas. Misalnya, platinum BLT - S400 dapat menemukan 20.000 node yang dioptimalkan per lapisan dan membuat bentuk tubuh katup yang memenuhi spesifikasi ASME BPVC.
Aplikasi Bahan Gradien: Anda dapat mengubah daya laser atau kecepatan pemindaian untuk mengubah cara bahan bekerja di berbagai bagian komponen yang sama. Misalnya, pemindaian daya- tinggi digunakan pada area permukaan penyegelan bodi katup untuk membuatnya lebih sulit, sedangkan pemindaian daya- {{2} {yang rendah digunakan pada porsi yang tidak mengandung berat untuk menghilangkan stres residu.
Kontrol tegangan termal: Tinggi - badan katup tekanan dapat berubah bentuk di seluruh proses pembuatan karena tekanan termal, oleh karena itu proses optimasi diperlukan untuk mengurangi kegagalan. EOS M 400-4 menggunakan teknologi kontrol daya laser dinamis, yang memotong ukuran zona yang terkena panas (HAZ) dari badan katup paduan titanium dari 0,5mm menjadi 0,2mm dan menurunkan tegangan residu sebesar 40%.
3. Lompatan Kinerja Saluran: Perubahan dari "Saluran" ke "Sistem Kontrol Cairan"
Sulit untuk mendapatkan kontrol yang akurat atas kinerja dinamika fluida dengan desain saluran aliran tubuh katup tradisional karena menggunakan formula empiris. Desain inovatif seperti saluran mikro dan saluran aliran biomimetik mengubah tubuh katup dari "saluran pasif" menjadi "sistem kontrol cairan aktif."
Dalam kebanyakan kasus:
Domin Fluid Power Servo Valve adalah 3D - katup servo cetak yang dirancang ulang oleh perusahaan Inggris Domin Corporation. Desain saluran aliran kulit hiu biomimetik membuat fluida membentuk dinding yang stabil - aliran terpasang di dalam tubuh katup. Ini mengurangi kebisingan turbulen dengan 12dB dan kehilangan tekanan dari 0,8MPA menjadi 0,5mpa.
Renishaw Sailboat Hydraulic Valve: Renishaw membuat katup hidrolik untuk perahu layar Land Rover Bar yang menggunakan pencetakan 3D untuk membuat saluran aliran yang halus dan bulat. Ini membuat transmisi cairan 15% lebih efisien dan membantu perahu layar mencapai 0,3 knot lebih cepat di Copa America.
Poin teknis penting:
Membuat Microchannels: Microchannels dengan diameter kurang dari 0,5mm dapat dibuat dengan pemindaian laser presisi - yang tinggi, seperti kecepatan pemindaian 20000mm/s dari peralatan FS121M-8 berteknologi tinggi. Misalnya, badan katup medis memiliki saluran mikro 0,3mm dicetak 3D yang membuat distribusi obat lebih akurat sebesar ± 2%.
Desain saluran aliran biomimetik: Menggunakan struktur yang terlihat di alam yang membantu cairan mengalir lebih baik, vena daun seperti itu dan percabangan pembuluh darah, untuk membuat saluran aliran dengan resistensi rendah. University of Pennsylvania menghasilkan katup hidrolik paduan 718 Inconel 718, yang menggunakan desain saluran aliran fraktal biomimetik untuk menurunkan penurunan tekanan sebesar 30%.
Multi - Optimalisasi Kopling Fisika: Ini adalah proses menggunakan dinamika fluida, termodinamika, dan mekanika struktural bersama -sama untuk menganalisis bagaimana bidang yang berbeda berinteraksi satu sama lain untuk mendapatkan kinerja terbaik dari saluran aliran dan konstruksi tubuh katup. Misalnya, Samson menggunakan platform Workbench ANSYS untuk mengoptimalkan distribusi tekanan di saluran aliran dan tegangan termal pada badan katup pada saat yang sama.
4. Inovasi materi: Memilih materi terbaik daripada yang paling tersedia
Saat membuat - bodi katup bertekanan tinggi, Anda perlu memikirkan banyak hal, seperti seberapa kuat mereka, seberapa baik mereka menahan korosi, dan seberapa baik mereka menahan suhu tinggi. Teknologi pemrosesan membatasi berbagai bahan tradisional, tetapi pencetakan 3D logam dapat dengan cepat memverifikasi dan menggunakan bahan baru.
Dalam kasus khas:
Nickel - Berbasis High - Suhu Valve Body: GE Aviation Membuat Badan Katup Paduan Inconel 718 Menggunakan Konsep Laser M2 Teknologi. Dengan menyesuaikan kepadatan energi laser (80–120J/mm³), kepadatan material mendekati 99,9% dan tetap pada kekuatan hasil 1200MPA bahkan pada suhu tinggi 650 derajat, yang dibutuhkan mesin penerbangan.
Titanium aluminium alloy (tial) bodi katup hidrolik yang platinum lite dan pembuat mobil tertentu bekerja bersama mengendalikan dan fase dengan sangat tepat melalui pencetakan 3D. Ini menurunkan kepadatan tubuh katup dari 4,5g/cm³ menjadi 3,8g/cm³ sambil menjaga kekuatannya pada 450MPA. Ini membantu membuat kendaraan energi baru lebih ringan.
Poin teknis utama:
Membuat bahan baru: Membuat bahan paduan kinerja - tinggi dengan mengubah komposisi bubuk (misalnya, dengan menambahkan SC, ZR, dan elemen lainnya). Misalnya, perusahaan tertentu telah membuat pencetakan 3D - alloy titanium spesifik (TI-6AL-4V-0.1b) yang bertahan 20% lebih lama dari bahan biasa saat lelah.
Teknologi untuk pencetakan dengan lebih dari satu bahan: Menggunakan lebih dari satu kepala laser atau nozzle dapat membuat transisi gradien antara bahan yang berbeda. Misalnya, mencetak paduan yang kuat (seperti Stellite 6) pada permukaan penyegelan tubuh katup dan paduan aluminium ringan pada tubuh utama menyerang kompromi yang baik antara kinerja dan biaya.
Membangun database material: Siapkan database pencetakan 3D - kinerja material spesifik untuk membantu dengan desain. Basis data bahan EOS, misalnya, memiliki informasi tentang proses pencetakan 3D dan kinerja untuk lebih dari 200 jenis bahan logam.