案例：金屬增材制造如何優(yōu)化流體歧管？

來源：3DSYSTEMS  

流體歧管是連接兩個或多個流體管道或通道的部件。雖然概念上很簡單，但此類部件在所屬系統(tǒng)中發(fā)揮著重要作用。您可以采用提高流體歧管性能的方式來提升整個系統(tǒng)的性能。由于存在局限性，傳統(tǒng)制造工藝經(jīng)常無法對流體歧管進行優(yōu)化。重量和體積過大、尖角、滯流區(qū)和多個易漏連接點等問題很常見。

金屬增材制造(AM)能夠以傳統(tǒng)制造無法實現(xiàn)的方法優(yōu)化流體歧管。經(jīng)增材制造優(yōu)化后的部件采用整體設(shè)計，無需組裝操作，能夠生產(chǎn)有機的薄壁形狀，還減少了最終組件的重量和體積。這些優(yōu)勢在半導體設(shè)備等應(yīng)用中尤其有益，半導體設(shè)備的特點是在潔凈環(huán)境中封裝密實、快速運動的組件，其包含許多流體管道。增材制造組件旨在提供更好的性能，在一些應(yīng)用中，測得的干擾力最高降低了90%。

由于對流體歧管傳統(tǒng)制造的現(xiàn)有設(shè)計均是針對這些工藝的局限性而打造，因此通常效率較低。出于此原因，我們建議從頭開始設(shè)計優(yōu)化的增材制造歧管。不過，好消息是，通常只需要一到兩次設(shè)計迭代就可以得到可用于增材制造的歧管設(shè)計。

下載3DSYSTEMS  的執(zhí)行簡報，了解如何將金屬增材制造(AM)發(fā)展為用作受高度監(jiān)管行業(yè)中認證部件的驗證工藝。

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增材制造流體歧管的示例

增材制造流體歧管用于各個行業(yè)中所用的快速運動組件的流體連接。在這些以性能為主的環(huán)境中，增材制造優(yōu)化所帶來的優(yōu)勢是關(guān)鍵。增材制造可以減輕重量來獲得更好的慣性結(jié)果，消除尖角以更好地控制壓力下降和干擾，并通過最大程度減少連接點來降低泄漏風險。

推動流體歧管應(yīng)用采用增材制造的關(guān)鍵因素

使用增材制造的好處通常是相互關(guān)聯(lián)的。無論項目的主要目標是什么，例如因空間有限而進行包裝，都可以通過巧妙的設(shè)計策略來實現(xiàn)所有這些好處，令產(chǎn)品的表現(xiàn)超越主要目標（例如，減輕重量和改善流動性）。推動流體歧管應(yīng)用采用增材制造的關(guān)鍵因素包括：

●輕量化
輕量化對于快速運動系統(tǒng)中的組件尤其有重大影響，例如賽車和半導體設(shè)備，增材制造設(shè)計策略可以減輕質(zhì)量，同時保持或提高強度。

●薄壁
增材制造可實現(xiàn)低至0.3毫米的壁厚。生產(chǎn)壁厚更薄的部件有助于降低組件重量和成本。

●有機形狀
通過消除尖角，并將形狀從以制造為導向調(diào)整為以性能為導向，減少歧管內(nèi)的湍流和滯流區(qū)。
•減少部件數(shù)量并提高密封防漏性
增材制造能夠?qū)⒍嗖考�組裝件整合為更少的甚至單個組件。通過減少或消除組裝作業(yè)，可以消除已知的故障點，從而提高可靠性和組件使用壽命。

壁厚低至0.3毫米

●形式追隨功能
傳統(tǒng)制造具有一定的局限性。當歧管的設(shè)計專門針對傳統(tǒng)制造工藝時，必須相應(yīng)地對歧管作出調(diào)整，這通常會增大部件原本所需的占用空間，或者必須降低性能。采用增材制造，可以更加輕松地根據(jù)歧管預期功能的理論最佳形式來設(shè)計和制造歧管，從而提升歧管性能。

可采用常用金屬：
•鈦合金等級5/23
•鉻鎳鐵合金718/625
•鋁
•不銹鋼316L

使用增材制造的好處

•輕質(zhì)部件
•無縫薄壁部件
•形式優(yōu)化設(shè)計（包括為了流體流動拓撲優(yōu)化而采用生成式設(shè)計軟件完成的設(shè)計）
•功能優(yōu)化設(shè)計（整合其他功能，如電纜導管、管夾等）
•通過簡化的生產(chǎn)流程縮短了產(chǎn)品上市時間

工作流程解決方案和最佳實踐

1.增材制造設(shè)計提示
要充分利用增材制造，針對增材制造開展設(shè)計非常重要。應(yīng)當根據(jù)制約因素和您希望實現(xiàn)的理想功能開始設(shè)計，而不是修改現(xiàn)有設(shè)計使其適合增材制造。在此基礎(chǔ)上通過在必要時添加材料來創(chuàng)建您所需的形式和功能。這一點與傳統(tǒng)制造方式中在不需要的位置移除材料的方法不同。

2.文件準備
恰當?shù)奈募�準備同時考慮了打印流程和后處理二者。請記住，未來某些操作可能會受限，因此應(yīng)該相應(yīng)地作出計劃。例如，無法對內(nèi)部特征執(zhí)行NC操作，因此您可以想想在這一點上如何設(shè)計部件或準備文件，以便完美解決此
問題。很多時候，更改設(shè)計

3.打印設(shè)置和參數(shù)
3D Systems直接金屬打印(DMP)解決方案的參數(shù)經(jīng)過驗證，可以為用戶提供內(nèi)置增材制造專業(yè)知識，向任何增材制造熟練程度的用戶推薦使用。對于專業(yè)參數(shù)解決方案，建議咨詢3D Systems應(yīng)用創(chuàng)新小組的專家獲取最佳結(jié)果。

4.后處理
關(guān)于為您的應(yīng)用量身定制的后處理建議，我們建議您與應(yīng)用創(chuàng)新小組的專家合作。一般情況下，我們建議使用液體來清潔和拋光，因為液體清潔和拋光工藝更適合采用增材制造生產(chǎn)的有機形狀。此外，我們強烈建議從后處理環(huán)節(jié)中獲取相關(guān)反饋，并使用這些見解來改善和改進部件設(shè)計或文件準備兩個方面。

5.解決方案組成部分
打印機
3D Systems金屬3D打印機可以作為打印歧管的解決方案。

軟件
3DXpert®是3D Systems的集成式增材制造工作流程軟件，涵蓋從設(shè)計和文件準備到打印設(shè)置和參數(shù)的所有流程。

材料
•鈦合金等級5/23（分別為LaserForm Ti Gr5 (A)和LaserForm Ti Gr23 (A)）：高強度重量比；耐腐蝕性強
•鉻鎳鐵合金718/625（分別為LaserForm Ni718 (A) andLaserForm Ni625 (A)/(B)）：在高溫環(huán)境中保持強度
•鋁（LaserForm AlSi10Mg (A)、LaserForm AlSi7Mg0.6(A)和LaserForm AlSi12 (B)）：重量非常輕
•不銹鋼316L (LaserForm 316L (A))：常見工業(yè)材料、耐腐蝕性強、易拋光


6.成功的關(guān)鍵因素
合適的增材制造解決方案只是確保成功的一個因素。如何上手、集成和實施增材制造都對取得成功有影響。

• 上手–培養(yǎng)一名技術(shù)能手
  

擁有至少一名經(jīng)過培訓的內(nèi)部增材制造專家對于公司成功采用增材制造大有幫助。3D Systems通過應(yīng)用創(chuàng)新小組提供各種培訓，讓您的技術(shù)能手跟上步伐，幫助您開啟良好開端。

• 整合–專家主導技術(shù)轉(zhuǎn)讓和部門間溝通
  

為了您能夠以最快的速度利用增材制造進行生產(chǎn)，3D Systems的技術(shù)轉(zhuǎn)讓服務(wù)可為您提供專家主導的產(chǎn)品開發(fā)支持，以進行增材制造和后處理，然后將文檔和知識轉(zhuǎn)移到您的生產(chǎn)場所。為確保輕松生產(chǎn)，設(shè)計師、增材制造專家和后處理專家之間定期溝通至關(guān)重要。

• 實施–總體擁有成本
  

增材制造能夠提升性能，并通過其帶來的好處（例如減少部件數(shù)量和組裝工作）延長整個系統(tǒng)的使用壽命。因此，成功實施增材制造在于將過去部件所花費的成本轉(zhuǎn)為整體附加價值。