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，對于生產的精度要求非常高。目前，人們主要通過生產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打印技術在液壓閥集成塊結構創(chuàng)新方面的研究設計。

關鍵詞：3D打印技術；液壓閥集成塊；創(chuàng)新設計；液壓閥

3D打印技術在機械制造行業(yè)的應用已經(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。特別是在機械設計和制造領域，3D打印技術的應用更為廣泛、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打印技術在液壓閥集成塊結構創(chuàng)新方面的研究設計。

1 3D打印技術的概念及應用

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

3D打印是一套系統(tǒng)，由3D打印設備和相配套的軟件及技術組成。目前主流的3D打印技術主要有以下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，此項技術在全球的應用最廣泛，技術也最成熟。關于此項的技術的研究學者也最多。（2）熔融沉積成型工藝（Fused Deposition Modeling，F(xiàn)DM），此項技術主要是面向家庭用戶和辦公用戶。該技術的創(chuàng)新自由設計功能比較強大，能夠打印出各種真實的三維實體模型，而且使用此項技術的3D打印設備價格比較低，所以適合家庭用戶和辦公用戶。（3）激光選區(qū)燒結（Selective Laser Sintering，SLS），也被稱為粉末激光燒結技術，使用此項技術的打印設備可以直接打印金屬材料的產品，但是打印出生的產品模型質量精度要求很高，如果加上其他的輔助工序，可以制造出非常精細的產品。（4）三維粉末粘接（Three Dimensional Printing and Gluing，3DP）技術。此種3D打印技術又稱為三維噴涂黏結成型技術，目前只有這一種技術可以實現(xiàn)全彩3D打印。此種3D打印技術使用的是粉末狀的原材料。除了上述4種3D打印技術外，還有直接金屬激光燒結、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[1]。

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

2 3D打印技術在液壓閥集成塊結構創(chuàng)新設計中的應用

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，對于生產的精度要求非常高，目前主要通過生產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部的孔道，其中集成塊內部的孔道最為復雜，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計和生產了，其他的要求就是要保證液壓系統(tǒng)結構的緊湊性合適，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，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)加工制造方法生產液壓閥集成塊面臨的問題

從液壓閥集成塊的結構，我們就可以看出其在生產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）要進行生產前的預處理，即檢查所用的材料是否適合，是否存在一些質量問題，比如沙眼、夾層的問題。另外，材料的內部密度是否均勻對于成品來講也是非常重要的。（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，另外，為了防止出現(xiàn)滲漏情況，要適當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，在生產制造的過程中，我們會遇到非常多的技術難題，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、鏜及鉸等復雜而精細的工藝。另外，這些孔道又交叉分布，錯綜復雜，導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壁光滑的問題，從而導致油路流量和壓力達不到要求。

2.3 使用3D打印技術后的液壓閥集成塊生產工藝

3D打印技術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打印技術為生產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，可以很好地預先設計好液壓閥集成塊內部孔道的路徑，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打印技術和金屬粉末材料成型的3D打印技術。由于打印設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 液壓閥集成塊的結構模型設計

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

2.4.3 液壓閥集成塊結構模型的數(shù)據(jù)轉換及檢測

為了能夠將液壓閥集成塊結構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構的各個面，stl格式的液壓閥集成塊的3D模型如圖2所示。

轉換過模型之后，再將模型文件導入相應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 導入模型切片并設置成型方向

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入3D打印軟件進入打印準備了。導入相應軟件之后，我們可以看到左側為參數(shù)設置選項，可以設置打印的質量、速度、熱床溫度等。右側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等基本操作。

另外，成型方向設置也是非常重要的，成型方向的設置關系到打印材料能夠達到最省、打印時間能否達到最短，所以成型方向的設置也非常有講究。對于液壓閥集成塊的產品特點，整體上不需要設置必要的支撐，但是對孔道的懸面則需要施加相應的支撐，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]。

在進行完相應的設置后，將文件進行保存并轉化成相關代碼，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試、預熱熱床和噴頭，準備工作就緒后，系統(tǒng)會自動添加設置好的支撐，最后按照原先設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 結語

通過以上的內容，我們看到了使用3D打印技術后，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。對于某些產品來講，也可以直接打印生產出來，只是目前由于打印設備及打印耗材的問題，還不能大量、批量地生產。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打印技術的工業(yè)應用及產業(yè)化發(fā)展[J].民營科技，2018（7）：166.

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

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

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

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