案例：金属增材制造如何优化流体歧管？

来源：3DSYSTEMS  

流体歧管是连接两个或多个流体管道或通道的部件。虽然概念上很简单，但此类部件在所属系统中发挥着重要作用。您可以采用提高流体歧管性能的方式来提升整个系统的性能。由于存在局限性，传统制造工艺经常无法对流体歧管进行优化。重量和体积过大、尖角、滞流区和多个易漏连接点等问题很常见。

金属增材制造(AM)能够以传统制造无法实现的方法优化流体歧管。经增材制造优化后的部件采用整体设计，无需组装操作，能够生产有机的薄壁形状，还减少了最终组件的重量和体积。这些优势在半导体设备等应用中尤其有益，半导体设备的特点是在洁净环境中封装密实、快速运动的组件，其包含许多流体管道。增材制造组件旨在提供更好的性能，在一些应用中，测得的干扰力最高降低了90%。

由于对流体歧管传统制造的现有设计均是针对这些工艺的局限性而打造，因此通常效率较低。出于此原因，我们建议从头开始设计优化的增材制造歧管。不过，好消息是，通常只需要一到两次设计迭代就可以得到可用于增材制造的歧管设计。

下载3DSYSTEMS  的执行简报，了解如何将金属增材制造(AM)发展为用作受高度监管行业中认证部件的验证工艺。

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增材制造流体歧管的示例

增材制造流体歧管用于各个行业中所用的快速运动组件的流体连接。在这些以性能为主的环境中，增材制造优化所带来的优势是关键。增材制造可以减轻重量来获得更好的惯性结果，消除尖角以更好地控制压力下降和干扰，并通过最大程度减少连接点来降低泄漏风险。

推动流体歧管应用采用增材制造的关键因素

使用增材制造的好处通常是相互关联的。无论项目的主要目标是什么，例如因空间有限而进行包装，都可以通过巧妙的设计策略来实现所有这些好处，令产品的表现超越主要目标（例如，减轻重量和改善流动性）。推动流体歧管应用采用增材制造的关键因素包括：

●轻量化
轻量化对于快速运动系统中的组件尤其有重大影响，例如赛车和半导体设备，增材制造设计策略可以减轻质量，同时保持或提高强度。

●薄壁
增材制造可实现低至0.3毫米的壁厚。生产壁厚更薄的部件有助于降低组件重量和成本。

●有机形状
通过消除尖角，并将形状从以制造为导向调整为以性能为导向，减少歧管内的湍流和滞流区。
•减少部件数量并提高密封防漏性
增材制造能够将多部件组装件整合为更少的甚至单个组件。通过减少或消除组装作业，可以消除已知的故障点，从而提高可靠性和组件使用寿命。

壁厚低至0.3毫米

●形式追随功能
传统制造具有一定的局限性。当歧管的设计专门针对传统制造工艺时，必须相应地对歧管作出调整，这通常会增大部件原本所需的占用空间，或者必须降低性能。采用增材制造，可以更加轻松地根据歧管预期功能的理论最佳形式来设计和制造歧管，从而提升歧管性能。

可采用常用金属：
•钛合金等级5/23
•铬镍铁合金718/625
•铝
•不锈钢316L

使用增材制造的好处

•轻质部件
•无缝薄壁部件
•形式优化设计（包括为了流体流动拓扑优化而采用生成式设计软件完成的设计）
•功能优化设计（整合其他功能，如电缆导管、管夹等）
•通过简化的生产流程缩短了产品上市时间

工作流程解决方案和最佳实践

1.增材制造设计提示
要充分利用增材制造，针对增材制造开展设计非常重要。应当根据制约因素和您希望实现的理想功能开始设计，而不是修改现有设计使其适合增材制造。在此基础上通过在必要时添加材料来创建您所需的形式和功能。这一点与传统制造方式中在不需要的位置移除材料的方法不同。

2.文件准备
恰当的文件准备同时考虑了打印流程和后处理二者。请记住，未来某些操作可能会受限，因此应该相应地作出计划。例如，无法对内部特征执行NC操作，因此您可以想想在这一点上如何设计部件或准备文件，以便完美解决此
问题。很多时候，更改设计

3.打印设置和参数
3D Systems直接金属打印(DMP)解决方案的参数经过验证，可以为用户提供内置增材制造专业知识，向任何增材制造熟练程度的用户推荐使用。对于专业参数解决方案，建议咨询3D Systems应用创新小组的专家获取最佳结果。

4.后处理
关于为您的应用量身定制的后处理建议，我们建议您与应用创新小组的专家合作。一般情况下，我们建议使用液体来清洁和抛光，因为液体清洁和抛光工艺更适合采用增材制造生产的有机形状。此外，我们强烈建议从后处理环节中获取相关反馈，并使用这些见解来改善和改进部件设计或文件准备两个方面。

5.解决方案组成部分
打印机
3D Systems金属3D打印机可以作为打印歧管的解决方案。

软件
3DXpert®是3D Systems的集成式增材制造工作流程软件，涵盖从设计和文件准备到打印设置和参数的所有流程。

材料
•钛合金等级5/23（分别为LaserForm Ti Gr5 (A)和LaserForm Ti Gr23 (A)）：高强度重量比；耐腐蚀性强
•铬镍铁合金718/625（分别为LaserForm Ni718 (A) andLaserForm Ni625 (A)/(B)）：在高温环境中保持强度
•铝（LaserForm AlSi10Mg (A)、LaserForm AlSi7Mg0.6(A)和LaserForm AlSi12 (B)）：重量非常轻
•不锈钢316L (LaserForm 316L (A))：常见工业材料、耐腐蚀性强、易抛光


6.成功的关键因素
合适的增材制造解决方案只是确保成功的一个因素。如何上手、集成和实施增材制造都对取得成功有影响。

• 上手–培养一名技术能手
  

拥有至少一名经过培训的内部增材制造专家对于公司成功采用增材制造大有帮助。3D Systems通过应用创新小组提供各种培训，让您的技术能手跟上步伐，帮助您开启良好开端。

• 整合–专家主导技术转让和部门间沟通
  

为了您能够以最快的速度利用增材制造进行生产，3D Systems的技术转让服务可为您提供专家主导的产品开发支持，以进行增材制造和后处理，然后将文档和知识转移到您的生产场所。为确保轻松生产，设计师、增材制造专家和后处理专家之间定期沟通至关重要。

• 实施–总体拥有成本
  

增材制造能够提升性能，并通过其带来的好处（例如减少部件数量和组装工作）延长整个系统的使用寿命。因此，成功实施增材制造在于将过去部件所花费的成本转为整体附加价值。