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金屬積層製造如何優化流體歧管?
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流體歧管如何用於半導體產業

流體歧管是連接兩個或多個流體管道或通道的部件。雖然概念上很簡單,但此類部件在所屬系統中發揮著重要作用。

您可以採用提高流體歧管性能的方式來提升整個系統的性能。由於存在局限性,傳統製造工藝經常無法對流體歧管進行優化。重量和體積過大、尖角、滯流區和多個易漏連接點等問題很常見。

金屬積層製造(AM,亦稱3D列印)能夠以傳統製造無法實現的方法優化流體歧管。經積層製造優化後的部件採用整體設計,無需組裝操作,能夠生產有機的薄壁形狀,還減少了最終組件的重量和體積。這些優勢在半導體設備等應用中尤其有益,半導體設備的特點是在潔淨環境中封裝密實、快速運動的組件,其包含許多流體管道。積層製造組件旨在提供更好的性能,在一些應用中,測得的干擾力最高降低了90%。

由於對流體歧管傳統製造的現有設計均是針對這些工藝的局限性而打造,因此通常效率較低。出於此原因,我們建議從頭開始設計優化的積層製造歧管。不過,好消息是,通常只需要一到兩次設計迭代就可以得到可用於積層製造的歧管設計。積層

積層製造流體歧管的範例

積層製造流體歧管用於各個行業中所用的快速運動組件的流體連接。在這些以性能為主的環境中,積層製造優化所帶來的優勢是關鍵。積層製造可以減輕重量來獲得更好的慣性結果,消除尖角以更好地控制壓力下降和乾擾,並通過最大程度減少連接點來降低洩漏風險。

推動流體歧管應用採用積層製造的關鍵因素

使用積層製造(3D列印)的好處通常是相互關聯的。無論項目的主要目標是什麼,例如因空間有限而進行包裝,都可以通過巧妙的設計策略來實現所有這些好處,令產品的表現超越主要目標(例如,減輕重量和改善流動性)。推動流體歧管應用採用積層製造的關鍵因素包括:

●輕量化
輕量化對於快速運動系統中的組件尤其有重大影響,例如賽車和半導體設備,積層製造設計策略可以減輕質量,同時保持或提高強度。

●薄壁
積層製造可實現低至0.3毫米的壁厚。生產壁厚更薄的部件有助於降低組件重量和成本。

●有機形狀
通過消除尖角,並將形狀從以製造為導向調整為以性能為導向,減少歧管內的湍流和滯流區。

減少部件數量並提高密封防漏性
積層製造能夠將多部件組裝件整合為更少的甚至單個組件。通過減少或消除組裝作業,可以消除已知的故障點,從而提高可靠性和組件使用壽命。

●形式追隨功能

傳統製造具有一定的局限性。當歧管的設計專門針對傳統製造工藝時,必須相應地對歧管作出調整,這通常會增大部件原本所需的佔用空間,或者必須降低性能。採用積層製造,可以更加輕鬆地根據歧管預期功能的理論最佳形式來設計和製造歧管,從而提升歧管性能。

可採用常用金屬:
•鈦合金等級5/23
•鉻鎳鐵合金718/625
•鋁
•不銹鋼316L

使用積層製造的好處

•輕質部件
•無縫薄壁部件
•形式優化設計(包括為了流體流動拓撲優化而採用生成式設計軟體完成的設計)
•功能優化設計(整合其他功能,如電纜導管、管夾等)
•通過簡化的生產流程縮短了產品上市時間

工作流程解決方案和最佳實踐

1.積層製造設計提示
要充分利用積層製造,針對積層製造開展設計非常重要。應當根據制約因素和您希望實現的理想功能開始設計,而不是修改現有設計使其適合積層製造。在此基礎上通過在必要時添加材料來創建您所需的形式和功能。這一點與傳統製造方式中在不需要的位置移除材料的方法不同。

2.文件準備
恰當的文件準備同時考慮了打印流程和後處理二者。請記住,未來某些操作可能會受限,因此應該相應地作出計劃。例如,無法對內部特徵執行NC操作,因此您可以想想在這一點上如何設計部件或準備文件,以便完美解決此問題。

3.列印設置和參數
3D Systems直接金屬打印(DMP)解決方案的參數經過驗證,可以為用戶提供內置積層製造專業知識,向任何積層製造熟練程度的用戶推薦使用。對於專業參數解決方案,建議諮詢3D Systems應用創新小組的專家獲取最佳結果。

4.後處理
關於為您的應用量身定制的後處理建議,我們建議您與應用創新小組的專家合作。一般情況下,我們建議使用液體來清潔和拋光,因為液體清潔和拋光工藝更適合採用積層製造生產的有機形狀。此外,我們強烈建議從後處理環節中獲取相關反饋,並使用這些見解來改善和改進部件設計或文件準備兩個方面。

5.解決方案組成部分
3D列印機
3D Systems金屬3D列印機可以作為3D列印歧管的解決方案。

軟體
3DXpert®是3D Systems的整合式積層製造工作流程軟,涵蓋從設計和文件準備到3D列印設置和參數的所有流程。

 

材料
•鈦合金等級5/23(分別為LaserForm Ti Gr5 (A)和LaserForm Ti Gr23 (A)):高強度重量比;耐腐蝕性強
•鉻鎳鐵合金718/625(分別為LaserForm Ni718 (A) andLaserForm Ni625 (A)/(B)):在高溫環境中保持強度
•鋁(LaserForm AlSi10Mg (A)、LaserForm AlSi7Mg0.6(A)和LaserForm AlSi12 (B)):重量非常輕
•不銹鋼316L (LaserForm 316L (A)):常見工業材料、耐腐蝕性強、易拋光

 

6.成功的關鍵因素
合適的積層製造解決方案只是確保成功的一個因素。如何上手、整合和實施積層製造都對取得成功有影響。

上手–培養一名技術能手
擁有至少一名經過培訓的內部積層製造專家對於公司成功採用積層製造大有幫助。 3D Systems通過應用創新小組提供各種培訓,讓您的技術能手跟上步伐,幫助您開啟良好開端。

整合–專家主導技術轉讓和部門間溝通
為確保輕鬆生產,設計師、積層製造專家和後處理專家之間定期溝通至關重要。為了您能夠以最快的速度利用積層製造進行生產,3D Systems的技術轉讓服務可為您提供專家主導的產品開發支持,以進行積層製造和後處理,然後將檔案和知識轉移到您的生產場所。

實施–總體擁有成本
積層製造能夠提升性能,並通過其帶來的好處(例如減少部件數量和組裝工作)延長整個系統的使用壽命。因此,成功實施積層製造在於將過去部件所花費的成本轉為整體附加價值。

關於3D Systems

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3D Systems提供全面的3D產品和服務,包括3D列印機、列印材料、雲計算按需定制部件和數位化設計工具。公司的生態系統覆蓋了從產品設計到工廠車間的先進應用。 3D Systems精準的醫療解決方案包括模擬、虛擬手術規劃、醫療、牙科設備以及給患者定制的外科手術器械的列印。 3D Systems花費了30年的時間幫助專業人士和企業優化他們的設計、改造工作流程,將創新產品推向市場、驅動新的商業模式。

作者資訊

馬路科技

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