正在上升的轻量化需求，3D打印轻型液压装置为制造商提供了新机遇
减轻液压元件的重量可以使一系列行业受益，并带来新的设计选择。由于3D打印可以实现的下一代液压元件带来的许多好处，越来越多的重量更轻的液压元件正在出现。
AIDRO 液压（属于Desktop Metal ）在Desktop Metal的Shop System 上3D打印的液压阀体。材料：17-4 不锈钢，3D打印阀体（左）比传统制造的阀门（右）轻 60%
© Desktop Metal
轻量化的发展需求
随着电气化的不断发展，对轻量化组件的需求也将持续增长。轻量化组件的使用不仅可以减轻车辆的整体重量，还可以补偿电池和电动机等较重的部件。轻量化让人类拥有更小的碳足迹，实现在相同重量的情况下拖运更多的里程。
轻量化的途径
© 3D科学谷白皮书
由于 OEM 对可用于拖车应用的轻型气缸的需求不断增加，通过3D打印可以开发轻量化铝气缸技术。气缸采用铝制机身，内部有多个铝制部件，使其重量更轻，气缸也有一个空心杆，提供额外的重量减轻。
3D打印的轻量化铝制空心杆
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虽然市场上还有其他铝制气缸，但通过3D打印，可以开发一种带有空心杆的铝制圆柱体，为各种应用提供了更轻的解决方案。铝制气缸具有一些独特的功能，其中之一是位于气缸底部的端口。这样可以实现更轻松的安装并缩短管路长度，并根据其安装方式为气缸管路提供更多保护。
气缸也有一个内置的止回阀，它将气缸锁定在适当的位置，因此如果它的管线断裂，它就不能移动。由于止回阀内置于气缸中，因此无需使用单独的阀块，从而可以进一步减轻重量。3D打印-增材制造可用于制造重量更轻的液压部件，意大利Aidro液压公司多年从事液压元件的制造，从通过传统的加工技术发展到一部分产品通过3D打印-增材制造，Aidro液压使用3D打印技术的秘诀在于能够改变制造商处理其组件设计的方式，采用增材制造的理念实质上意味着只在需要的地方保留材料。
大多数传统的液压系统制造都是从加工金属块开始的，这使得加工的时候必须要考虑到传统加工工艺的特点与局限性，包括CNC机加工只能加工出直的液体通道。然而，通过3D打印-增材制造 (AM)，原材料（一种金属粉末）被不断添加以制造产品。与传统方法相比，这使得使用的材料更少，从而减轻了部件的重量，与液压设计相关的约束可以完全消除，从而允许更多的设计自由度。
更自由的设计
Aidro液压通过使用增材制造发现，设计可以从通过组件的所需流道开始。通过创建流道，然后在需要的地方添加材料。根据需要的压力，可以决定添加更多或更少的材料。
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这与传统的设计方法完全不同，拿液压歧管的加工来说，液压歧管是用于引导液压系统连接阀、泵和传动机构内的液体流动。它使得设计工程师可以将对液压回路的控制集成在一个紧凑的单元内。通过传统的加工技术制造液压歧管，首先要切割和加工铝合金或不锈钢坯料，使其达到规定的尺寸，之后进行钻孔以形成液体流动通道。由于要完成复杂钻孔，因此通常会用到特殊工具。通道内还需要一些堵塞头，以正确引导液体在系统内的流动路线。
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另外一个例子，拿液压阀芯来举例，铸造阀芯的过程中存在铸造气孔、夹砂和杂质等缺陷挑战，造成阀芯外壁的裂纹和微孔，使得阀芯的生产率低、合格率低。同时砂型铸造精度低及泥芯偏置，导致铸造阀芯的壁厚严重不均匀及加工余量很大，后期CNC机加工的过程中材料消耗多。
此外，当使用传统铸造+CNC机加工制造方法生产时，液压阀芯通常必须由多个机加工部件组装而成。由于需要多个零件组成，制造过程要研究零件加工的每一工序，以确保同轴度、圆跳动和圆柱度的要求，保证零件的合格率。3D打印-增材制造可以避免多个零件组装的过程，通过结构一体化的方式实现零件的生产。
3D打印有很大的自由度来精确地创建需要的形状以及适合最终液压系统的形状，现在可以3D打印更轻、更紧凑，以及性能更好的液压系统。
3D打印液压系统的优势
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发展中的材料选择
材料选择是一个重要因素，材料的选择会对轻量级组件的创建产生很大影响。将铝用于轻型液压缸不仅可以减轻重量，还可以确保防腐蚀。流体动力行业对重量更轻、壁更薄的结构有着强烈的需求。但是，强度可能会成为一个问题。
为了克服这个问题，可以使用更高强度的钢材。流体动力元件制造商还可以使用用陶瓷颗粒改性的钢，这可以提高刚度和弹性模量，同时保持强度。这将有助于抵抗屈曲并能够产生更薄的壁。对于一些常用的球墨铸铁，公司相信有机会修改化学成分以提高强度或延展性，从而实现轻量化或提高功率密度。
由于从乘用车到农业机械再到航空航天的各种行业和应用都可以从使用更轻的部件中受益，特别是随着电气化的加速，3D打印用于轻量化组件的发展将在未来几年继续增长。根据3D科学谷的了解，虽然目前轻量化是一个小众应用，但预计制造商将在未来几年寻找更轻量化的解决方案。
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