張慧玲

摘 要：作為一種控制油路走向、油路壓力和油路流量的工具，液壓閥塊是液壓閥的重要組成部件，對于生產(chǎn)的精度要求非常高。目前，人們主要通過生產(chǎn)液壓閥集成塊來替代傳統(tǒng)液壓閥塊，實現(xiàn)液壓閥的各項功能。文章主要以液壓閥集成塊為研究對象，探討3D打印技術(shù)在液壓閥集成塊結(jié)構(gòu)創(chuàng)新方面的研究設(shè)計。

關(guān)鍵詞：3D打印技術(shù)；液壓閥集成塊；創(chuàng)新設(shè)計；液壓閥

3D打印技術(shù)在機械制造行業(yè)的應(yīng)用已經(jīng)超出了人們的想象，越來越多的行業(yè)開始接觸3D打印技術(shù)。特別是在機械設(shè)計和制造領(lǐng)域，3D打印技術(shù)的應(yīng)用更為廣泛、更為深刻。本文主要以液壓閥集成塊為研究對象，來談一下3D打印技術(shù)在液壓閥集成塊結(jié)構(gòu)創(chuàng)新方面的研究設(shè)計。

1 3D打印技術(shù)的概念及應(yīng)用

作為一種新技術(shù)，3D打印技術(shù)的出現(xiàn)，在某種程度上為生產(chǎn)制造企業(yè)節(jié)省了很多成本，特別是模塊設(shè)計與制造企業(yè)。

3D打印是一套系統(tǒng)，由3D打印設(shè)備和相配套的軟件及技術(shù)組成。目前主流的3D打印技術(shù)主要有以下4種。（1）光固化成型工藝（Stereo Lithography Apparatus，SLA）是由美國發(fā)展起來的。目前，此項技術(shù)在全球的應(yīng)用最廣泛，技術(shù)也最成熟。關(guān)于此項的技術(shù)的研究學(xué)者也最多。（2）熔融沉積成型工藝（Fused Deposition Modeling，F(xiàn)DM），此項技術(shù)主要是面向家庭用戶和辦公用戶。該技術(shù)的創(chuàng)新自由設(shè)計功能比較強大，能夠打印出各種真實的三維實體模型，而且使用此項技術(shù)的3D打印設(shè)備價格比較低，所以適合家庭用戶和辦公用戶。（3）激光選區(qū)燒結(jié)（Selective Laser Sintering，SLS），也被稱為粉末激光燒結(jié)技術(shù)，使用此項技術(shù)的打印設(shè)備可以直接打印金屬材料的產(chǎn)品，但是打印出生的產(chǎn)品模型質(zhì)量精度要求很高，如果加上其他的輔助工序，可以制造出非常精細的產(chǎn)品。（4）三維粉末粘接（Three Dimensional Printing and Gluing，3DP）技術(shù)。此種3D打印技術(shù)又稱為三維噴涂黏結(jié)成型技術(shù)，目前只有這一種技術(shù)可以實現(xiàn)全彩3D打印。此種3D打印技術(shù)使用的是粉末狀的原材料。除了上述4種3D打印技術(shù)外，還有直接金屬激光燒結(jié)、立體平版印刷、數(shù)字光處理、熔絲制造和電子束熔化成型等3D打印技術(shù)[1]。

目前，3D打印技術(shù)主要應(yīng)用在機械制造領(lǐng)域、航天科技領(lǐng)域、醫(yī)療設(shè)施領(lǐng)域、建筑設(shè)計領(lǐng)域、食品加工領(lǐng)域及文物考古領(lǐng)域等，涉及模具生產(chǎn)、工業(yè)設(shè)計、機械零件生產(chǎn)、醫(yī)療設(shè)備生產(chǎn)、建筑模型的設(shè)計、食品模型制造和古董的重現(xiàn)生產(chǎn)等幾十個專業(yè)，已經(jīng)成為目前跨專業(yè)領(lǐng)域最強的打印技術(shù)。

2 3D打印技術(shù)在液壓閥集成塊結(jié)構(gòu)創(chuàng)新設(shè)計中的應(yīng)用

2.1 液壓閥集成塊概述

作為一種控制油路走向、油路壓力和油路流量的液壓閥塊，是液壓閥的重要組成部件，對于生產(chǎn)的精度要求非常高，目前主要通過生產(chǎn)液壓閥集成塊來替代傳統(tǒng)液壓閥塊實現(xiàn)液壓閥的各項功能。液壓閥集成塊其實就是一個具有多個液壓油孔道的金屬塊，這些液壓油孔道實現(xiàn)了油液的多種走向，產(chǎn)生不同的壓力和流量，通過這些油孔道實現(xiàn)了油液的多種回路，從而完成需要的各種動作。

液壓閥集成塊由3部分組成，分別是集成塊本身、外部元器件和集成塊內(nèi)部的孔道，其中集成塊內(nèi)部的孔道最為復(fù)雜，有各種各樣的孔道，如直通的油孔、定位的普通孔、連接螺紋的螺釘孔道、集成塊或其他插件的安裝孔道等孔道。整個液壓機閥集成模塊難度最大的就是這些孔道的設(shè)計和生產(chǎn)了，其他的要求就是要保證液壓系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的緊湊性合適，方便安裝和裝配。另外，還要保證元件之間的振動、噪聲在合格范圍內(nèi)，保證油孔道不能出現(xiàn)漏油。至于外觀方面，只要整齊好看，容易實現(xiàn)對其的保養(yǎng)就可以了[2]。

2.2 使用傳統(tǒng)加工制造方法生產(chǎn)液壓閥集成塊面臨的問題

從液壓閥集成塊的結(jié)構(gòu)，我們就可以看出其在生產(chǎn)的時候難度會有多大，如果使用傳統(tǒng)的制造方法來加工液壓閥集成塊，需要經(jīng)歷如下4個步驟：（1）要進行生產(chǎn)前的預(yù)處理，即檢查所用的材料是否適合，是否存在一些質(zhì)量問題，比如沙眼、夾層的問題。另外，材料的內(nèi)部密度是否均勻?qū)τ诔善穪碇v也是非常重要的。（2）機床加工，這一步主要是對原材料進行初次粗加工，使得初具模型，這一步中主要用到銑、刨及鉗工劃線等技術(shù)，另外，為了防止出現(xiàn)滲漏情況，要適當(dāng)控制好材料塊的表面粗糙程度。（3）去毛刺的細加工，主要就是提升液壓閥集成塊的各個方面的光滑度。（4）對液壓閥集成塊進行清洗，去除前面步驟中產(chǎn)生的污垢和殘留的雜物。在清洗的過程中一定要使用防銹的清洗液，否則生銹了會帶來非常嚴重的后果[3]。

經(jīng)過上述4個步驟的生活制造，液壓閥集成塊就可以制造出來。但是，在生產(chǎn)制造的過程中，我們會遇到非常多的技術(shù)難題，比如：形位公差的控制問題，粗糙程度的要求問題等。其中難度最大的要數(shù)孔道的加工過程，孔道的加工要用到鉆、擴、鏜及鉸等復(fù)雜而精細的工藝。另外，這些孔道又交叉分布，錯綜復(fù)雜，導(dǎo)致了加工的難度進一步加大。除此以外，這些孔道在加工的時候，難免會出現(xiàn)粗細不均的問題以及內(nèi)壁光滑的問題，從而導(dǎo)致油路流量和壓力達不到要求。

2.3 使用3D打印技術(shù)后的液壓閥集成塊生產(chǎn)工藝

3D打印技術(shù)的強大之處正是那些傳統(tǒng)制造行業(yè)所不具備的，使用這種3D打印技術(shù)為生產(chǎn)液壓閥集成塊提供了一條更方便快捷有效的方法。使用3D打印技術(shù)之后，液壓閥集成塊的加工改變了傳統(tǒng)的4個步驟的繁瑣工序，從而解決了形位公差控制難度大的問題以及傳統(tǒng)加工過程中的裝夾問題。除此以外，層層疊加金屬粉末成型的技術(shù)，可以很好地預(yù)先設(shè)計好液壓閥集成塊內(nèi)部孔道的路徑，這樣，油孔道的加工變得異常簡單[4]。

2.4 液壓閥集成塊的3D打印流程

2.4.1 選擇合適的3D打印設(shè)備

根據(jù)液壓閥集成塊對材料的要求，需要使用激光選區(qū)熔化等金屬3D打印技術(shù)和金屬粉末材料成型的3D打印技術(shù)。由于打印設(shè)備及打印材料的受限，本實驗選用FDM型號的3D打印機和PLA材料。這樣只能實現(xiàn)模型的打印，僅能驗證此種液壓閥集成塊的可加工性。

2.4.2 液壓閥集成塊的結(jié)構(gòu)模型設(shè)計

基于3D打印的特性，需要使用計算機輔助設(shè)計軟件來實現(xiàn)液壓閥集成塊結(jié)構(gòu)的模型設(shè)計。液壓閥集成塊結(jié)構(gòu)模型創(chuàng)新設(shè)計如圖1所示。

2.4.3 液壓閥集成塊結(jié)構(gòu)模型的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換及檢測

為了能夠?qū)⒁簤洪y集成塊結(jié)構(gòu)模型進行下一步的操作，需要將其三維模型保存為stl格式的文件，也就是使用三角形網(wǎng)格來表示液壓閥集成塊結(jié)構(gòu)的各個面，stl格式的液壓閥集成塊的3D模型如圖2所示。

轉(zhuǎn)換過模型之后，再將模型文件導(dǎo)入相應(yīng)的軟件進行完整性檢測，如果檢測沒有問題，則可以進入下一步。

2.4.4 導(dǎo)入模型切片并設(shè)置成型方向

在檢測過模型文件沒有問題之后，我們就可以將模型切片導(dǎo)入3D打印軟件進入打印準備了。導(dǎo)入相應(yīng)軟件之后，我們可以看到左側(cè)為參數(shù)設(shè)置選項，可以設(shè)置打印的質(zhì)量、速度、熱床溫度等。右側(cè)則顯示液壓閥集成塊的三維視圖，在此視圖中可以拖動模型實現(xiàn)對模型的移動和縮放以及旋轉(zhuǎn)等基本操作。

另外，成型方向設(shè)置也是非常重要的，成型方向的設(shè)置關(guān)系到打印材料能夠達到最省、打印時間能否達到最短，所以成型方向的設(shè)置也非常有講究。對于液壓閥集成塊的產(chǎn)品特點，整體上不需要設(shè)置必要的支撐，但是對孔道的懸面則需要施加相應(yīng)的支撐，這樣才能保證整個過程中能夠平衡打印，最后再對支撐材料進行徹底清除[5]。

在進行完相應(yīng)的設(shè)置后，將文件進行保存并轉(zhuǎn)化成相關(guān)代碼，然后存入3D打印機的SD卡，完成切片，準備開始打印。

2.4.5 液壓閥集成塊模型的打印

將事先準備好的SD卡插入3D打印機，然后進行打印前的調(diào)試、預(yù)熱熱床和噴頭，準備工作就緒后，系統(tǒng)會自動添加設(shè)置好的支撐，最后按照原先設(shè)定好的模型開始液壓閥集成塊打印。打印出來的效果如圖3所示。

3 結(jié)語

通過以上的內(nèi)容，我們看到了使用3D打印技術(shù)后，液壓閥集成塊的模型被成功地打印出來了，而且效果非常不錯，驗證了3D打印技術(shù)的實用性。特別是在機械制造行業(yè)，非常適合模型的制造。對于某些產(chǎn)品來講，也可以直接打印生產(chǎn)出來，只是目前由于打印設(shè)備及打印耗材的問題，還不能大量、批量地生產(chǎn)。相信在不久的將來，這些都是可以真正實現(xiàn)的。

[參考文獻]

[1]丁有成.3D打印技術(shù)的工業(yè)應(yīng)用及產(chǎn)業(yè)化發(fā)展[J].民營科技，2018（7）：166.

[2]萬海鑫，馬思遠.基于3D打印技術(shù)的機械零件創(chuàng)新自由設(shè)計初探[J].電子制作，2018（Z2）：119-120，110.

[3]陳博文.基于3D打印技術(shù)的機械零件創(chuàng)新自由設(shè)計[J].科技風(fēng)，2018（18）：155.

[4]劉哲.基于3D打印技術(shù)的機械零件創(chuàng)新自由設(shè)計[J].內(nèi)燃機與配件，2018（8）：22-23.

[5]張德龍.基于3D打印技術(shù)下機械零件創(chuàng)新自由設(shè)計的思考[J].現(xiàn)代制造技術(shù)與裝備，2018（6）：80-82.