研究!3D打印泄壓安全閥分析和驗(yàn)證
魔猴君 行業(yè)資訊 2307天前
多年來,3D打印已被證明是一種非常方便的技術(shù),可用于制造更換和 機(jī)械部件,如手動水泵,變速箱,齒輪和閥門。今年,題為“ 3D打印安全閥分析和驗(yàn)證 ” 的碩士論文題目,愛荷華州北部大學(xué)技術(shù)系的學(xué)生John Anthony Dutcher III 使用SLA 3D打印制作內(nèi)部原型正排量泵的減壓閥。
摘要指出,“增材制造允許更快,更低成本的產(chǎn)品開發(fā),包括定制,在使用點(diǎn)打印,以及每批產(chǎn)量的低成本。該研究使用Stereolithography生產(chǎn)的原型來開發(fā)對現(xiàn)有產(chǎn)品的改進(jìn),即正排量泵的內(nèi)部減壓閥。在這項(xiàng)研究中開發(fā)并測試了四個(gè)3D打印原型組件。減壓閥組件由增材制造生產(chǎn)的壓力容器部件組成,后處理,并安裝在正排量泵上,無需額外的加工。使用計(jì)算流體動力學(xué)模擬分析原型設(shè)計(jì)以增加通過閥門的流量。通過性能測試驗(yàn)證了模擬,以將開裂減少到閥的完全旁通壓力范圍。通過減小閥的這個(gè)操作范圍,可以降低泵驅(qū)動系統(tǒng)的功率需求,從而提高泵驅(qū)動系統(tǒng)的能量效率。
3D打印安全閥的性能測試測量了泵流量,閥內(nèi)的提升閥運(yùn)動以及與現(xiàn)有應(yīng)用類似的操作條件下的排出壓力。Stereolithography原型組件表現(xiàn)非常好,表明閥門開裂至完全旁通階段的壓差降低了56%。該研究證明了增材制造的生產(chǎn)部件在壓力容器應(yīng)用中取代現(xiàn)有金屬部件的短期能力?!?可以降低泵驅(qū)動系統(tǒng)的功率要求,從而提高泵驅(qū)動系統(tǒng)的能效。
一個(gè)多世紀(jì)以前開發(fā)的正排量泵內(nèi)部的齒輪能夠克服現(xiàn)有的性能限制,但它絕不是完美的。這些泵需要一個(gè)內(nèi)部安全閥,可以防止過大的壓力; 如果排放流量減少,過壓系統(tǒng)可能會失效。
“這項(xiàng)研究的主要重點(diǎn)是研究用于正排量泵的內(nèi)部安全閥的性能,提出基于流動模擬改進(jìn)閥門開裂至完全旁通壓力范圍的流動條件,并通過驗(yàn)證性能改進(jìn)3D打印原型,“Dutcher寫道。
SLA零件生產(chǎn)多年來,這些正排量泵中的內(nèi)部安全閥的設(shè)計(jì)沒有太大變化。但是通過使用計(jì)算機(jī)模擬,可以修改和優(yōu)化設(shè)計(jì)以使部件更有效。正如他在論文中所寫,Dutcher的研究驗(yàn)證了3D打印原型,使用計(jì)算流體動力學(xué)模擬和性能測試,“在對現(xiàn)有產(chǎn)品進(jìn)行改進(jìn)的設(shè)計(jì)開發(fā)中”,并且還表明成本和時(shí)間都可以通過使用3D打印來制造閥門。
“增材制造具有定制的優(yōu)勢,允許進(jìn)行設(shè)計(jì)變更,”Dutcher寫道。
“開發(fā)可在使用點(diǎn)制造的可定制的最終用途組件,允許為壓力容器應(yīng)用生產(chǎn)特定應(yīng)用的產(chǎn)品。”
使用SLA技術(shù)進(jìn)行3D打印的閥門原型顯示出可以減少開裂量,從而完全繞過操作內(nèi)部安全閥所需的階段壓差。FDM 3D打印用于制作安裝支架,將LVDT傳感器連接到閥門原型上; 該傳感器在測試期間測量提動閥(內(nèi)部裝置在密封其表面的安全閥中)的運(yùn)動。
組裝的參考閥擴(kuò)展
在他的論文中,Dutcher想要確定3D打印是否可以成功地用于生產(chǎn)正排量泵的測試閥組件,如果閥門的幾何形狀能夠根據(jù)流動條件進(jìn)行優(yōu)化以減少裂縫,并且如果3D打印原型閥的性能與現(xiàn)有的傳統(tǒng)制造方法相同。最終,雖然他確實(shí)回答了這些問題,并證明了3D打印確實(shí)在開發(fā)新產(chǎn)品方面確實(shí)有應(yīng)用,但他的研究為改進(jìn)產(chǎn)品的現(xiàn)有設(shè)計(jì)提供了可行的概念證明。
“3D打印原型的開發(fā)是為了降低原型測試的成本和交付時(shí)間,”Dutcher寫道。
“增材制造允許定制的設(shè)計(jì)排列的靈活性提供了并行驗(yàn)證多個(gè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)的機(jī)會?!?/span>
SLA支持結(jié)構(gòu)通過使用3D打印來創(chuàng)建原型,Dutcher能夠同時(shí)開發(fā)出幾種不同的設(shè)計(jì)概念,而不會被傳統(tǒng)制造方法帶來的常規(guī)障礙所困擾。SLA 3D打印還可以生產(chǎn)具有“加工零件尺寸公差”的零件,這有助于加快原型的開發(fā)。
“這項(xiàng)研究證明了SLA 3D打印能夠再現(xiàn)現(xiàn)有的機(jī)加工金屬部件,”Dutcher總結(jié)道?!半m然擴(kuò)展性能測試不是本研究的目的,但3D打印壓力容器閥門組件在性能測試中表現(xiàn)非常出色。如果沒有增材制造,就不可能開發(fā)出及時(shí)莊園的設(shè)計(jì)變化。測試表明,通過將裂縫減少到52.0 psi至22.8 psi的完全旁通壓力,閥門性能得到了改善。改進(jìn)現(xiàn)有產(chǎn)品的成功性能測試證明了SLA 3D打印原型組件的有效性。“