英国Domin公司的伺服阀案例,几十个零件,只有3个用3D打印。

伺服阀是液压系统的关键,控制液压油的流量和方向,响应速度和精度决定整个系统的表现。

飞控、机器人、赛车悬架,凡是要求快速精确响应的地方,伺服阀都在。

这个零件不大,手掌可以托住,但制造难度极高。

传统工艺做了几十年,大体结构没变过。

本案例只在特定位置3D打印替代。

第一个,带集成柔性铰链的线轴

线轴(spool)是伺服阀的核心运动件,在阀体孔里来回滑动,控制油路通断。

传统线轴是一根精密磨削的金属棒,形状简单,精度靠磨。

Domin把一个柔性铰链(flexure)直接集成进线轴本体,一体打印成形。

柔性铰链不是铰链的字面意思,而是一种通过材料自身弹性变形来传递运动的结构。

没有轴销,没有间隙,没有磨损,响应极快。

这种结构传统加工做不出来。

材料用马氏体时效钢M300,热处理后硬度52到54 HRC(一个兼顾强度和韧性的区间),弹性模量高,薄壁也不变形。

换成铝或钛,同等壁厚下刚度不够,要加厚,加厚就失去了整体设计的意义。

第二个,复杂内流道歧管

歧管(manifold)是液压油的公路网络,内部布满交叉流道,连接各个阀口。

传统加工流道只能是直线,转弯靠多段直孔交叉,死角多、压降大、效率低。

3D打印的歧管,流道可以弯曲、变截面、按照流体力学仿真结果走最优路径。

弯道平滑,截面渐变,液压油在里面跑得顺,压力损失小,系统效率上去了。

歧管孔径的加工精度,是这个零件真正的门槛。

Domin用专用珩磨设备把歧管孔加工到亚微米级别,然后用自研测量装置对每一个孔逐一测绘,然后把对应线轴的控制边(control edge,决定油路开关时序的关键几何特征)精磨到0.1微米匹配。

每对歧管和线轴,单独配对,不可互换。

这个配对精度,是产品性能的底层保障。

Domin的核心做法是,凡是传统工艺能做好的,不动;

只在传统工艺做不到、或者做到了但代价太高的地方,才引入3D打印。

为什么材料选了钢,不是钛?

疲劳强度钢略胜,润滑条件下钛偏黏摩擦大,刚度比较钢在薄壁结构里更省空间,粉末价格钢便宜得多。

最关键的:

液压件承受的是高压循环载荷,疲劳是第一失效模式。

钢的疲劳强度和比强度组合,在这个场景里就是最优解。

Domin案例的价值在于划出了3D打印在特定应用的真正的价值区间。

值得学习。

本文案例来自MetalAM和Domin。

#伺服阀 #3D打印

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