突破不可能,3D打印革命性的制造高效高扭矩的径向活塞泵

2018年,中兴遭遇芯片危机给国内其他科技厂商敲响了警钟,其实国内的关键短板不仅仅是芯片,拿液压控制器来说,液压控制器对于很多机械来说,起着对设备性能关键的决定作用。

而3D打印正在助力突破制造极限,成就更复杂的液压零件,实现更好的性能。3D打印技术也正在成为国内在突破液压控制器零件的技术方面必须要重视的技术。

Part_Pump_Domin_1来源:Domin液压

block 更复杂更高效

液压泵包括多种类型的结构,其中柱塞泵由缸体和柱塞构成,通过柱塞在缸体内作往复运动,在工作容积增大时吸油,工作容积减小时排油。

柱塞泵的径向载荷由缸体外周的大轴承所平衡,以限制缸体的倾斜利用配流盘配流传动轴只传递转矩。由于存在缸体的倾斜力矩,制造精度要求较高,否则易损坏配流盘。

径向活塞泵是由许多零件构成,并且由于它们的周期性工作而易于产生工作噪声。此外,为了驱动径向活塞泵所必需的装置在制造方面是相对昂贵的并且安装复杂。因此在这个技术领域中的重要研发难点是降低工作噪声且使产品成本尽可能低。

3D打印为制造径向活塞泵提供了一种新思路和新途径,在这方面英国的Domin公司通过3D打印制造出了轻巧、高功率密度和高扭矩的径向活塞泵

Part_Pump_Domin_2来源:Domin液压

采用金属增材制造(AM)的革命性制造技术来优化固定容积泵的设计。Dimin制造出高效、低速(4,000 rpm)和高扭矩的容积泵。

通过结合高端设计软件,有限元分析软件和计算流体力学,Domin能够设计和制造功率密度为23 kW / kg,扭矩为40 Nm,排量为14 cc / rev的泵。。

为了设计出具有可靠寿命的高效泵,枢轴需要非常复杂的液压换向,该换向将入口和出口围绕枢轴并沿其长度方向延伸。尽管在应用开发方面,之前在径向活塞泵的开发方面进行了大量工作,但现有的制造技术却无法实现十分复杂的液压换向。金属增材制造使得Domin实现了泵的高效轻巧的换向元件。

block 3D科学谷Review

Domin流体动力是3D打印液压领域的积极探索者,Domin流体动力制定了新的流体动力产品“稳定”设计的战略,这个战略建立在以金属3D打印技术作为制造方式的基础上。在此基础上,Domin公司对一些多年来都没有什么明显改变的液压流体动力零部件进行了重新设计与制造,包括直接驱动伺服液压阀。

Domin流体动力利用增材制造的变革性技术自由,从功能实现的角度重新设计产品,从而创建了下一代的流体动力技术。而这其中计算流体动力学 – CFD发挥了重要的作用。

CFD是伴随着计算机技术、数值计算技术的发展而发展的。简单地说,CFD相当于”虚拟”地在计算机做实验,用以模拟仿真实际的流体流动情况。而其基本原理则是数值求解控制流体流动的微分方程,得出流体流动的流场在连续区域上的离散分布,从而近似模拟流体流动情况。可以认为CFD是现代模拟仿真技术的一种。

在设计新产品时,工程师必须根据可以收集到的证据来验证他们的决定。在设计过程中,有一点必须决定哪个概念值得发展,无论是出于经济、性能还是美学原因。

在数字时代之前,工程师依赖于基于粗略假设的计算和工程直觉。通过耗时的反复试验可以改善计算和直觉,但是这种方法在时间和成本上存在很大的限制。

相对而言,CFD仿真以更准确,更省时和更具成本效益的方式每秒可进行数十亿次计算,从而在流体动力行业,CFD已被证明是设计工程师必不可少的工具。根据3D科学谷的市场观察,CFD与增材制造(3D打印,AM)结合的时候,可以实现复杂设计的快速迭代并实现满足性能目标的验证。

当考虑解决问题的替代解决方案时(无论是满足流量目标还是管理疲劳应力区域),当由一名工程师进行整体设计时,CFD可以很方便地为设计人员提供信息,说明哪种设计路径最适合满足规范目标。

更多关于CFD仿真在液压领域的应用,请关注3D科学谷计划发布的《3D打印与液压白皮书》版本2.0

白皮书下载,加入3D科学谷产业链QQ群:529965687
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