VTT案例分析报告

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高性能3D打印轻量化液压阀块,增材制造在重载产品上的应用。


VTT

芬兰VTT技术研究中心是北欧最大的多学科研究机构,可提供高端技术解决方案和创新服务。VTT是1942年成立的为科研和政府服务的非盈利性机构。VTT总部位于芬兰的奥塔涅米,VTT也是源自芬兰语“国家技术研究中心”的缩写。

VTT为多个工业领域的客户提供研究开发服务。VTT通过其国际化的科研和技术网络来输出信息、升级技术经验、创造商业情报,为其投资人创造附加值。VTT有2834名员工,其中81%具有本科以上学历,26%具有研究生以上学历。共有1510家客户,其中865家是芬兰国内的企业,285家芬兰国外的企业,以及220家政府机构。VTT的专利库中包含1200个专利和605篇经过同行评审的科研文献。

高性能、低成本、轻量化零件的3D打印

增材制造可以不受传统工艺约束进行自由形状设计、实现定制化生产、加快产品上市时间,凭借这些优势打开了全新的商业机会。芬兰VTT技术研究中心和努尔米缸体有限公司一起开发了一种低成本3D打印的高可靠性液压阀块,比原设计轻了66%。

3D打印又称为增材制造或AM技术,可以实现几乎任意形状物件的生产,而不用受到传统制造工艺相关的一些限制。结合先进的设计软件和优化技术,AM的成本节约空间可以延伸到设计阶段,通过仿真分析可以减少设计迭代的次数。这项技术还可以实现小批量一次性的生产任务,特别是定制化产品可以减少额外的模具成本。

VTT和努尔米缸体一起开发了一种新型的液压阀块,优化的结构设计充分发挥了3D打印的优势。最终产品比原模型节省了66%的空间,在重量和用料上比传统工艺制造的阀块减少了76%。这种阀块在液压流体的推动下控制整个液压缸体的运动,可以用于吊车等机械部件中。

传统工艺加工这些阀块上的内流道是通过在整块材料上钻平直的圆柱孔加工出来的。同时还会产生一些辅助工艺孔,这些被填充起来的辅助工艺孔存在渗漏的风险。有了AM技术,阀块内部的流道就能优化成在更小空间内实现流体的有效流动,同时消除了渗漏的风险,因为不需要再开辅助工艺孔了。

“用激光来进行金属的3D打印在芬兰是非常新的技术。金属粉末每次铺开一层后,激光在所需的区域将粉末熔化。目前已经在开发一些独特的新材料来获得新的特性和结构,这些材料还没有商业化。我们已经做了生产成本分析,来识别节约了多少成本。未来这项技术会让设计师更加游刃有余,因为生产工艺不会再对几何形状设定限制条件”VTT的资深专家Petri Laakso说。

在2014年,VTT和民用部门一起从事一项为期2年的项目,目标是用AM技术在芬兰开拓新的市场。整个项目包含了公司自己的项目和一个VTT与公司一起参加的研究项目。参加项目的公司和VTT获得了300万欧元的预算支持。这个项目是VTT工业先驱计划的一部分,也是SME项目的开端部分。

高性能液压阀块

· 金属增材制造技术打开了新的前景

· 液压阀块由SLM的设备一次性直接生产

· 比原设计缩小了66%

· 节省了重量、空间和材料

· 用创新设计避免了潜在的渗漏风险