金屬3D打印如何實現(xiàn)徑向柱塞泵的創(chuàng)新？

金屬增材制造（AM）技術為流體動力行業(yè)的設計開創(chuàng)了許多新機遇，使得重新設計這些產(chǎn)品成為可能，從而創(chuàng)造出最新的“最先進”的產(chǎn)品。 不僅滿足航空航天領域輕量化的需求，還滿足其他工業(yè)領域更高的經(jīng)濟性的需求。

實現(xiàn)傳統(tǒng)制造所不能及
傳統(tǒng)上，流體動力行業(yè)的產(chǎn)品應用可以按照不同的市場領域來看，粗略的分類包括航空航天和其他工業(yè)，而不同的市場應用，對流體動力的產(chǎn)品功能訴求也有差異。為了達到輕量化的目的，航空航天領域的產(chǎn)品必須使用高成本的原材料，如鈦和如球頭銑削這樣昂貴的表面加工， 這樣做的結果是更昂貴的產(chǎn)品。

可以說航空航天對輕量化的產(chǎn)品更加青睞，而其他工業(yè)則對輕量化的敏感程度要低很多。 不過在流體動力產(chǎn)品方面，還是有很多共同的要求，如性能、效率和可靠性。

很多時候，我們關注3D打印技術是因為這種技術可以為重要的行業(yè)尤其是航空航天行業(yè)提供潛在的價值優(yōu)勢，所以我們的視線圍繞著航空、航天和國防領域的需求來挖掘3D打印的潛力，從而我們容易忽略那些對制造成本比較敏感的應用市場（如汽車、工程機械等行業(yè)）的潛在利益。

不過有時候3D打印不僅僅可以滿足航空航天行業(yè)的需求，也可以滿足其他工業(yè)領域的需求。3D科學谷以電液伺服閥（EHSV）為例，電液伺服閥既是電液轉換元件，又是功率放大元件，它能夠把微小的電氣信號轉換成大功率的液壓能輸出。包括Moog和博世力士樂都通過各種方法將伺服閥的重量減到最低。但是傳統(tǒng)的減材制造有一個特點，那就是當設計優(yōu)化到極限的時候，重量就不能再被減少。

英國的Domin公司專注于通過金屬3D打印來開發(fā)流體動力零件。Domin公司設計并測試了一臺輕型高功率和高扭矩定量泵。這是臺要求高效率、低轉速（4,000 rpm）和高扭矩正排量泵。Domin通過金屬增材制造（AM）技術優(yōu)化了固定容積泵的設計。

通過結合設計軟件、有限元分析軟件和計算流體動力學軟件，Domin能夠設計和制造功率密度為23 kW / kg，扭矩為40 Nm，排量為14 cc / rev的泵。

柱塞泵是液壓系統(tǒng)的一個重要裝置。它依靠柱塞在缸體中往復運動，使密封工作容腔的容積發(fā)生變化來實現(xiàn)吸油、壓油。柱塞泵具有額定壓力高、結構緊湊、效率高和流量調節(jié)方便等優(yōu)點。徑向柱塞泵可分為閥配流與軸配流兩大類。徑向結構設計克服了如軸向柱塞泵滑靴偏磨的問題。使其抗沖擊能力大幅度提高。

在上個世紀，雖然在徑向柱塞泵的開發(fā)方面進行了大量的工作，但是現(xiàn)有的制造技術卻無法實現(xiàn)十分復雜的細節(jié)。金屬3D打印技術允許Domin從最初的流體原理來提升泵的性能，通過3D打印的創(chuàng)新應用來制造泵高效輕便的換向元件。

為了能夠設計具有可靠使用壽命的高效泵，需要對徑向柱塞泵內的設計提煉出一套復雜的折衷方案。最有效的方法就是使用一個由沿長度方向壓力平衡的樞軸組成的泵。然而，為了做到這一點，樞軸需要一個非常復雜的液壓換向，這些復雜的結構只能通過金屬3D打印技術來實現(xiàn)。

Domin公司的項目通過金屬3D打印證明了徑向柱塞泵設計的創(chuàng)新應用。 以金屬3D打印作為關鍵制造技術和設計驅動創(chuàng)新的原則正在為液壓行業(yè)帶來全新的面貌。

來源：3D科學谷
延伸閱讀：
【案例】用3D打印模具鑄造鋁制飛機艙門，重量減輕30%