Optimized Design for 3D Printed Valve Block Sheds Weight, Size and Gains Improved Performance

技术

功能应用 - 制造执行系统 (MES)

适用行业

教育
设备与机械

适用功能

产品研发
销售与市场营销

用例

添加剂制造
快速原型制作

服务

培训

挑战

芬兰技术研究中心 (VTT) 的任务是根据增材制造要求优化和设计阀箱。该项目是探索芬兰增材制造可行性的更大计划的一部分。该阀块由芬兰液压缸产品制造商 Nurmi Cylinders 提供。目标是展示专门针对增材制造的设计必须是什么样子，才能充分受益于制造方法。目标是减小阀块的尺寸和所需材料的数量，并优化和改进阀块的内部通道，为客户生产更好的组件。然而，并非每个组件或产品都适合 3D 打印，具体取决于其尺寸、形式和设计以及所需的数量。阀块非常适合 3D 打印，并且在增材制造时在重量、性能和设计自由度方面具有很大的改进潜力。

关于客户

本案例研究中的客户是 Nurmi Cylinders，这是一家总部位于芬兰的制造商，生产用于近海、工业、船舶和移动液压系统的液压缸产品。他们是该项目的资助者之一，提供了用于增材制造优化和重新设计的阀块。 Nurmi Cylinders 有兴趣探索增材制造为其产品带来的潜在优势，特别是在减少阀块所需材料的尺寸和数量，以及优化和改进阀块的内部通道以为客户生产更好的组件方面。在整个项目中，他们与 VTT 密切合作，为阀块的设计提供边界条件和额外的内部限制。

解决方案

为了设计、优化和分析阀块，VTT 使用 Altair Engineering 的 HyperWorks® CAE 软件套件。套件中的优化工具和有限元求解器 OptiStruct® 是 VTT 的首选。该软件允许工程师定义设计空间及其限制，以及载荷和其他边界条件，优化工具则提出最佳设计。为了进一步优化阀块的性能，改变了内部流体通道的路线。最初，这些通道呈 S 形弯曲，横截面呈圆形。 VTT 与客户一起提出的解决方案是保持相同的横截面积，但改变通道的形状和路径。该项目的主要目标之一是为 SLM 创建“设计规则”。其中包括设计椭圆形或菱形通道而不是圆形通道等指南，因为这种设计不需要支撑结构，并且将产生可以使用 SLM 方法更好地打印的整体结构。

运营影响

The project was a success, resulting in an optimized design for the valve block that met all stress and strength requirements, improved fluid flow in the internal channels, and significantly reduced the component’s size and weight. The new design was also more efficient to produce, resulting in less material waste. The project also resulted in the creation of 'design rules' for SLM, which will be beneficial for future additive manufacturing projects. The success of the project has benefitted not only the customer, Nurmi Cylinders, but VTT as well. The project provided a valuable learning experience for VTT in terms of handling the 3D printing process and designing for 3D printing. The project also demonstrated the benefits of using optimization tools in the design process.

数量效益

Overall reduction of the component’s size and weight
Improved fluid flow in internal channels
The new optimized and 3D printed valve block weighs less than 600 grams, a 76 percent weight reduction compared to traditional design and manufacturing methods