3D打印技术在泵阀行业的机会何在？

包括互联网、神经网络、电阻式和电容式触摸屏技术等在内的创新，已经打断了传统技术和工艺的发展进程。过去30年间，被称为增材制造的3D打印也为制造业带来了变革。从小型上釉陶器到3D打印房屋，增材制造技术的应用十分广泛。

3D打印是增材制造的一个分支，它还包括快速成型、直接数字化制造、分层制造和增材制备。增材制造通过塑料、金属、混凝土等各种材料，有一天，甚至是人体组织材料的逐层添加，获得三维物体。一旦制造出CAD模型，增材制造设备就可以导出模型中的数据，按照要求逐步将粉末、线材、片材或其它材料添加上去，最终制造出三维对象。

增材制造的早期应用仅限于快速成型和医学领域，如3D打印义肢和肾脏。随着工艺的不断演变， 3D打印技术给不同终端用户行业带来了革命性的变革。而不同原材料，如丙烯腈-丁二烯-苯乙烯（ABS）、聚乙烯醇塑料（PVA）、聚碳酸酯（PC）、尼龙、树脂、不锈钢、钛和其它金属材料的使用，则进一步推动了3D打印技术向各个终端用户行业进军。

工艺和原材料的改进拓展了3D打印技术的应用，而3D打印技术本身的基本工作原理更是为制造商提供了比传统生产工艺更大的优势。

3D打印技术的优势
一般而言，3D打印技术的主要优点包括：方便加工复杂形状部件、加快产品上市、削减制造成本、个性化定制和转移风险等。

因为3D打印可以生产具有复杂设计的部件和产品，而且，将计算机辅助设计（CAD）绘图与3D打印机相连接，可以让生产商按照复杂形状一层层添加材料。它消除了传统加工工序，如铣、车、钻，也不再需要数控机床、激光切割、电化学腐蚀等先进机加工技术，还极大缩短了设备的生产准备时间和换批时间。原来组装生产线需要花费数周才能生产出的部件和产品，有了3D打印技术后，只需要几天即可完成。另外，与传统制造工艺相比，3D打印技术还缩短了30%-50%的模具制造时间。

从成本来看，3D打印技术不再需要传统制造所需的各种昂贵部件，模具成本、生产准备成本、人工成本、原材料或边角料的浪费也因为3D打印而得以避免。而且，3D打印产品报废成本较低，大幅削减了生产商快速原型制造的成本风险。

3D打印因其确定的优势被各个终端应用行业的制造商不同程度地用在生产中。目前，3D打印在医疗保健行业的应用还局限于义肢和器官的打印，而汽车、航空航天、建筑等行业则将3D打印技术从原来的快速成型扩大到终端产品的生产中。但是，成熟的行业如泵阀领域此前并不急于采用3D打印技术，直到最近，才开始考察3D打印技术的应用可能。

泵阀行业为何并不急于使用3D打印技术

3D打印技术在泵阀行业得到完全的使用还存在着自身的壁垒，这推迟了这种技术的应用。除了3D打印技术在原型制造方面的局限，其它还有一些因素限制了泵阀行业对3D打印技术的应用，包括材料选择范围的局限性、不具备规模优势、存在知识产权侵权和网络安全的风险。

起初，3D打印原材料局限于丙烯腈-丁二烯-苯乙烯（ABS）、聚乙烯醇塑料（PVA）、聚碳酸酯（PC）和其它类型的塑料及树脂。这些原材料因为缺乏承受泵阀工况中的流体碱度、蒸汽压力、工作温度及其它因素所需的必要的机械性能，限制了泵阀生产商采用3D打印技术。

其次，对于从事泵阀这样中等至大规模生产的制造商而言，传统制造技术具有规模优势。这也导致3D打印技术只能用于原型制造或者仅用于生产替换产品和零部件的场合。

再者，3D打印技术严重依赖于数字化信息，如CAD文件、在线设计以及向3D打印企业的文件传送，让数据盗窃和知识产权侵犯有机可趁。成熟的泵阀行业一直在积极寻求通过技术优势获得竞争力，而对于将将技术竞争力暴露给竞争对手和业内其它企业的担忧，毫无疑问阻碍了3D打印技术的应用。另外，3D打印工艺如光固化快速成形（SLA）、熔融沉积成型（FDM）和选择性激光烧结（SLS）的专利许可分别于2004年、2009年、2014年到期，也让泵阀生产企业认为这项技术看起来不像是有利可图的投资。

泵阀生产企业采用3D打印技术的机会何在？
随着工艺和原材料机械性能的优化，3D打印技术已经可以满足泵阀生产企业的要求。而市场对于几何形状复杂、高能效、高成本效益产品的需求，也推动泵阀生产企业开始考虑挖掘3D打印技术的优势。再者，过去多年来，3D打印技术也已经通过技术的不断演进，克服了自身的局限，为泵阀生产企业开启了新的机会。

首先是实现了量产。量产曾经是3D打印技术市场进入的壁垒，但通过将多个小部件整合成一个大的部件进行生产，革新了供应链的面貌。如，可以用3D打印技术打印出具有16个零部件的直升机发动机，而传统工艺需要生产900个零部件。

第二，知识产权保护工作有了进展。保护3D打印CAD文档对于生产企业至关重要。现在已经有多种方法来保护CAD文档或者设计本身。包括与3D打印服务提供商签署信息安全的NDA（保密）文件、不同专利和版权法可以为终端用户提供设计、打印对象的专利和版权保护等。

而对于已经使用数十年、设计图纸已经丢失的老泵而言，逆向工程则可以帮助他们重新制造出所需的产品。

通常，泵的使用寿命为15年至20年。显然，有些终端用户目前还在运行着数十年的老泵。3D打印技术可以帮助他们进行逆向工程，特别是在泵的原始设计图纸已经遗失的情况下，更是如此。因为3D扫描技术可以让终端用户通过扫描产品，重新获得CAD设计文档，并由3D打印服务提供商打印出来，终端用户因此可以制造出所需的产品、备件或组件。

3D打印技术在液压领域的应用
高压问题阻碍了金属3D打印技术在液压领域的广泛应用，但从设计的角度来看，有些特殊应用还是可以借助于3D打印部件的帮助的。

液压技术的一大优势是功率密度高。液压泵体积通常只有驱动电机很小的一部分，相对于汽油或柴油发动机而言，液压泵就显得更微小了。但液压泵更大的优势在于，在作动器的配合下，虽然液压缸的直径只有数英寸，但可以产生举起几千磅、压碎石头和混凝土或者将高强钢打造成坚固部件的力量。

液压系统的另一个优点是对于方向、速度、扭矩和力的控制能力。不管是简单的手动阀，还是精密的电子控制自动阀，均是如此。过去，电子控制液压阀在不断取得进步，但制造阀的工艺本身并没有太大变化，目前，这一局面也在改变。

插装阀技术被广泛用于将多种控制功能集成到单个多支管管中。相比传统采用直线式安装阀门、软管和连接器的方式相比，在多支管内集中多个阀门可以大幅节约空间、重量和成本。但是插装阀和多支管（集成液压回路）的空间和重量节约优势还有改进的余地。这是因为必须定位多支管中的许多通道，以防止通道被交叉钻孔，另一方面，还需要在不同通道间提供足够的材料，以确保强度足够。

3D打印通过精确定位需要设置的流通管道的位置、形状和大小，克服了这些局限。这意味着流道可以比传统多支管更为精确的方式靠近仪器布置，从而使得最终部件尺寸更紧凑、更轻巧。而且，连接两个或多个内部管路的通道不需要从多支管外面进行机加工，从而避免了后续需要堵塞以防止液体流出的麻烦。

但是，3D打印不只限于多支管的使用。阀件本身也因3D打印而受益。如，阀体通常包含环形流动路径，这主要是因为机床采用旋转切削工具所致。而用方形截面代替圆形流道可以增加20%的流量，因为与相同宽度的圆相比，正方形的面积更大。

应用案例
这种3D打印的液压阀体是由不锈钢制成，用于控制单只工作气缸。该工艺采用计算机控制的激光熔覆技术，将不锈钢粉末逐层熔融堆叠而成。

Aidro SrL是一家专门设计和生产传统及3D打印液压部件的意大利公司。总经理Alberto Tacconelli认为，3D打印部件非常适用于特殊应用。“用增材制造技术可以定制生产出更为小巧、质轻的部件或产品，同时效率或者性能往往要高于用传统技术生产的液压部件。”

因为能够按照需要生产出更为复杂的内部结构特征和通道，增材制造非常适用于多支管的设计和生产。阀体的内部通道经过优化后，可以在更小的空间内获得更高的流量。而且，由于不需要进行额外的钻孔，所以也消除了渗漏的弊端。

3D打印不受传统制造技术的限制，可以生产出非传统形状的部件。其好处是像这样的方口阀芯部件可以获得比同样宽度的圆口阀芯更高的流量。

3D打印技术应用于液压领域的主要优势在于：实现用传统技术不可能实现的概念；节约重量、空间、材料；获得新的结构，减少了线路连接的复杂性；快速原型制造，同一个项目可能有多个不同的原型；生产时间短，可能只需要数小时，而不是几天；可选择不同材料：AISI 304和316L 不锈钢、铝、铝&钛合金、以及其它还在开发中的材料；高性能，消除了潜在的渗漏风险。

来源： 现代激光工业