3D打印一體化結(jié)構(gòu)是一種具有代表性的為增材制造而設(shè)計（Design for additive manufacturing，DfAM）的結(jié)構(gòu)。以增材制造的思維去設(shè)計時，需要突破以往通過鑄造、壓鑄、機械加工制造所帶來的思維限制，這個過程是充滿挑戰(zhàn)的。

隨著結(jié)構(gòu)一體化在新能源領(lǐng)域應用的切入，能在未來5年內(nèi)跑贏市場的應用點，將實現(xiàn)由“點”及“面”，從一個角落瞬間“掀起”，“跳躍”起來，塑造變化的大局，而3D打印在實現(xiàn)結(jié)構(gòu)一體化方面有著天然的成本優(yōu)勢，必將隨著能在未來5年內(nèi)跑贏市場的應用點，將實現(xiàn)由“點”及“面”的應用發(fā)展獲得一條新的上升路線。

本期，結(jié)合費希爾控制設(shè)備國際有限公司近日（2020年9月22日）獲得通過通過3D打印實現(xiàn)的多級閥的結(jié)構(gòu)一體化制造的專利，與網(wǎng)友共同來領(lǐng)略結(jié)構(gòu)一體化在高附加值零件領(lǐng)域蘊含的顛覆潛力。

在過程控制系統(tǒng)中，例如通常在化工、石油、發(fā)電或其他工業(yè)流程中的分布式或可擴展過程控制系統(tǒng)中，通常需要降低流體的壓力。然而，壓力降低通常導致不想要的噪音或振動的水平增加，并且在某些情況下可能導致氣蝕，更嚴重的也可能導致嚴重腐蝕。因此，過程控制系統(tǒng)旨在采用減少流體壓力的流量減少裝置，而不會產(chǎn)生這些不良影響。

3D打印成就復雜與一體化

泄露之痛

多級閥內(nèi)件是可在高壓減壓應用中使用以防止氣蝕的流量減小裝置的示例，多級閥內(nèi)件通常以閥籠和閥塞為特征，閥籠和閥塞共同限定了較長的流體流動路徑，具有曲折和迷宮式結(jié)構(gòu)，并具有較小的流道和緊密的間隙，從而定義了流體必須流經(jīng)的多個減壓級（從而降低了流體壓力）。

不過當流經(jīng)其中的流體是清潔的時候（例如，不包括微粒），這些多級閥內(nèi)件往往會工作得很好。但是，當流體變臟（例如，包含微粒）時，必須使用具有較大流道的多級閥內(nèi)件，否則流體攜帶的微粒可能會堵塞小流道，從而降低流量并可能損壞閥體。

當前，已經(jīng)建造了用于骯臟服務應用中（即，涉及到惡劣流動條件的應用，例如，煉油廠中的催化劑細粉，發(fā)電廠中的磁鐵礦，石油生產(chǎn)中的沙子等應用場景中）的多級閥內(nèi)件。不過3D科學谷了解到由于CNC機床加工的限制，加工節(jié)流控制所需的復雜幾何形狀難以實現(xiàn)，通常需要將閥籠分成多個不同的部分，然后將它們與一個或多個密封元件組裝在一起。

單一組件之美好

費希爾控制設(shè)備國際有限公司是財富500強美國愛默生電氣公司的一個分部。1992年愛默生公司收購了費希爾公司，并與過程儀表領(lǐng)域里的另一位世界領(lǐng)導者-羅斯蒙特公司合并，成立費希爾-羅斯蒙特公司，以便于更好的滿足用戶對完成應用范圍的要求和對應過程控制的需要。在2001年4月，費希爾-羅斯蒙特公司更名為愛默生過程管理。費希爾控制設(shè)備使用3D打印-增材制造技術(shù)來制造可以實現(xiàn)結(jié)構(gòu)一體化的多級閥。根據(jù)3D科學谷的了解，單個整體式閥籠降低了多組件閥籠存在的泄漏風險，并且消除了對密封元件和組裝工序的需求。

3D打印實現(xiàn)一體化結(jié)構(gòu)制造。來源：US0101781927B2

使用3D打印-增材制造技術(shù)創(chuàng)建布置在流體流量控制裝置的閥體內(nèi)的無堵塞結(jié)構(gòu)一體化多級閥籠，一體式閥籠主體包括布置成與閥體接合的外壁以及在外壁的徑向內(nèi)側(cè)間隔開的內(nèi)壁。閥籠還包括：閥籠入口，閥籠入口形成在一體式閥籠主體中，并且與閥體入口流體連通；閥籠出口，形成在外壁中并且與閥體出口流體連通；多級減壓流體流道形成在整體的籠體內(nèi)，并在籠的入口和籠的出口之間延伸。

附加值創(chuàng)造正在升級

正如ACAM德國總裁&ACAM中國董事Kristian Arntz博士于2020年8月13日科協(xié)年會高端裝備產(chǎn)業(yè)發(fā)展論壇上主會場上關(guān)于《成就明天制造的3D打印-增材制造技術(shù)》的演講中提到增材制造改變產(chǎn)品的方式是本質(zhì)性的，通過3D打印實現(xiàn)結(jié)構(gòu)一體化的組件就像是“制造業(yè)附加價值放大器”。按照這個思維邏輯，如果我們從“制造業(yè)附加價值放大器”的角度來看，我們不難理解國際國內(nèi)眾多的企業(yè)紛紛嘗試3D打印的背后原因：追求產(chǎn)品附加值的提升。從產(chǎn)品附加值創(chuàng)造的價值端發(fā)力，在3D打印所實現(xiàn)的結(jié)構(gòu)一體化零件方面，免組裝、降低泄漏風險，更復雜的流道、更緊湊、更輕量化，其中的附加值創(chuàng)造優(yōu)勢是明顯的。

不過，值得注意的是，并非單獨通過3D打印就可以完成多級閥的完整制造，3D打印與傳統(tǒng)加工技術(shù)的配合是不可或缺的，在這方面，國際上GF加工方案的增材制造解決方案致力于在車間真正實現(xiàn)端到端的集成，實現(xiàn)無縫和高效的工作流程的關(guān)鍵就是要對現(xiàn)有的軟硬件環(huán)境做出調(diào)整，這是當前發(fā)揮3D打印潛力的另一塊需要重視的能力建設(shè)。

總體來說，3D打印與傳統(tǒng)加工工藝的配合共同完成第四次工業(yè)革命的進程。正如惠普的趨勢報告所指出的那樣，數(shù)字制造技術(shù)將通過解鎖新的和擴展的軟件、數(shù)據(jù)、服務和工業(yè)生產(chǎn)解決方案，從而提供用戶理想的設(shè)計，這些解決方案可提供更多的變革性體驗，并顛覆傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)。

來源：https://www.3ddayin.net/xinwenpindao/shichangyanjiu/39674.html