液壓閥塊集成塊是復(fù)雜的組件，其中許多管道走到一起并相交。傳統(tǒng)的加工方式，液壓集成塊的交叉歧管是通過(guò)機(jī)械加工交叉鉆孔完成的。然而由于機(jī)加工的角度限制，一方面流體效率不能得到最高效的優(yōu)化，經(jīng)常需要在流道內(nèi)部添加插頭來(lái)調(diào)整流量，另一方面加工過(guò)程中還面對(duì)著同位精度的挑戰(zhàn)。

　　我們?cè)榻B過(guò)雷尼紹針對(duì)液壓塊優(yōu)化的解決方案，現(xiàn)在在曾經(jīng)瘦身過(guò)一半材料體積的液壓塊基礎(chǔ)上，雷尼紹又進(jìn)一步優(yōu)化，將瘦身進(jìn)行到底，而這一次，又瘦了一半材料體積…

　　在新故事開(kāi)始之前，我們先共同回顧關(guān)于液壓塊的初期優(yōu)化是怎么完成的：

　　一期：瘦身一半

　　圖：第一次設(shè)計(jì)迭代

　　圖像顯示了流體通道內(nèi)部90度垂直交叉的結(jié)構(gòu)，而流體方向發(fā)生了90度的彎曲，其加工方式通過(guò)交叉鉆孔，并在流體塊的一段有終端插頭。

　　圖：流體90度的急轉(zhuǎn)彎

　　計(jì)算機(jī)流體動(dòng)力學(xué)（VFD）分析，顯示有些區(qū)域會(huì)面臨流量小的問(wèn)題，而有些部位則會(huì)面臨湍流現(xiàn)象。為了調(diào)整流形則需要進(jìn)一步的內(nèi)部插頭，但增加了復(fù)雜性，而且并沒(méi)有改變流體必須通過(guò)急轉(zhuǎn)彎的局面。從流體力學(xué)的角度來(lái)看，傳統(tǒng)方式加工的液壓集成塊設(shè)計(jì)存在許多有待改進(jìn)的空間，只是當(dāng)時(shí)我們沒(méi)有3D打印技術(shù)這么靈活的手腕。

　　圖：為解決左圖流體的通暢性，右圖增加了內(nèi)置插頭

　　選擇性激光融化增材制造技術(shù)，通過(guò)一層一層融化金屬粉末來(lái)制造產(chǎn)品，使得我們能夠預(yù)先優(yōu)化設(shè)計(jì)流體內(nèi)部的流動(dòng)路徑，同時(shí)減少不必要的閥體重量。

　　第一步：提取流體路徑

　　第一步是提取流體路徑，包括那些交叉鉆孔設(shè)計(jì)，這跟傳統(tǒng)機(jī)械加工從一個(gè)堅(jiān)實(shí)的金屬塊開(kāi)始不同，這一步需要把傳統(tǒng)加工流體并不通過(guò)，而只是為了加工需求而鉆的孔的這部分設(shè)計(jì)去掉。留下那些流體會(huì)經(jīng)過(guò)的管道，和功能歧管。最后提取的設(shè)計(jì)如右圖。

　　圖：提取左圖流體經(jīng)過(guò)的路徑，獲得右圖設(shè)計(jì)

　　第二步：優(yōu)化流形

　　現(xiàn)在，我們開(kāi)始減少和簡(jiǎn)化流體流動(dòng)路徑，無(wú)需交叉鉆孔的設(shè)計(jì)約束，并且可以將鋒利的角換成圓形彎曲的設(shè)計(jì)而減少湍流現(xiàn)象，圖像顯示了一個(gè)流動(dòng)路徑概念，確定流動(dòng)分離和停滯區(qū)。

　　圖：局部?jī)?yōu)化流形

　　第三步：確定壁厚和支撐結(jié)構(gòu)

　　一旦流體路徑進(jìn)行了優(yōu)化，我們需要確定壁厚和支撐結(jié)構(gòu)，使用有限元分析（FEA）應(yīng)力模型來(lái)計(jì)算和分析流體力學(xué)壓力。

　　圖：為增材制造而進(jìn)一步優(yōu)化

　　最后，支撐結(jié)構(gòu)作為一個(gè)支架來(lái)保持組件一起，并且在構(gòu)建過(guò)程中起到構(gòu)建支持和錨的作用。

　　圖：減重50％

　　這個(gè)偉大的例子不僅僅將液壓閥體減重50%，而且還改進(jìn)流體流動(dòng)的效率，避免了進(jìn)一步組裝需要，提高了閥體性能和穩(wěn)定性。

　　二期：繼續(xù)瘦身一半

　　圖：二次設(shè)計(jì)迭代

　　二次設(shè)計(jì)迭代時(shí)考慮到閥塊是串聯(lián)使用的，如果哪個(gè)閥塊壞了就需要被拆卸單獨(dú)維修，因此，這些閥塊需要容易被拆卸下來(lái)。另外一個(gè)考慮因素是需要增加零件的剛度，以避免在精加工過(guò)程中的閥塊發(fā)生顫動(dòng)，所以二次設(shè)計(jì)迭代的時(shí)候?qū)⒉牧蠌匿X合金替換成不銹鋼。

　　二次迭代帶來(lái)79%的材料體積減少，并且由于增材制造的時(shí)間很大程度由需要熔化多少材料才決定，這使得增材制造的時(shí)間也大大減少，而節(jié)約來(lái)自?xún)煞矫妫翰牧系慕鉀Q和加工時(shí)間以及加工成本的節(jié)約。

　　圖：1次迭代和2次迭代

　　不僅如此，閥塊的性能也得到了顯著的提高，流量效率提高了60％，并且與現(xiàn)有的設(shè)計(jì)是兼容的。由于使用了更強(qiáng)的材料，閥塊出現(xiàn)故障的概率也大大降低了。

　　下一步的探索或許會(huì)帶來(lái)更多樂(lè)趣，包括通過(guò)整合管接頭的歧管設(shè)計(jì)，以減少零件計(jì)數(shù)和裝配成本，增材制造技術(shù)正在為這些探索的樂(lè)趣提供切實(shí)可行的實(shí)現(xiàn)途徑。