3D打印一體化結(jié)構(gòu)是一種具有代表性的為增材制造而設(shè)計(jì)（Design for additive manufacturing，DfAM）的結(jié)構(gòu)。以增材制造的思維去設(shè)計(jì)時(shí)，需要突破以往通過鑄造、壓鑄、機(jī)械加工制造所帶來的思維限制，這個(gè)過程是充滿挑戰(zhàn)的。

隨著結(jié)構(gòu)一體化在新能源領(lǐng)域應(yīng)用的切入，能在未來5年內(nèi)跑贏市場的應(yīng)用點(diǎn)，將實(shí)現(xiàn)由“點(diǎn)”及“面”，從一個(gè)角落瞬間“掀起”，“跳躍”起來，塑造變化的大局，而3D打印在實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)一體化方面有著天然的成本優(yōu)勢，必將隨著能在未來5年內(nèi)跑贏市場的應(yīng)用點(diǎn)，將實(shí)現(xiàn)由“點(diǎn)”及“面”的應(yīng)用發(fā)展獲得一條新的上升路線。

本期，結(jié)合費(fèi)希爾控制設(shè)備國際有限公司近日（2020年9月22日）獲得通過通過3D打印實(shí)現(xiàn)的多級(jí)閥的結(jié)構(gòu)一體化制造的專利，與網(wǎng)友共同來領(lǐng)略結(jié)構(gòu)一體化在高附加值零件領(lǐng)域蘊(yùn)含的顛覆潛力。

在過程控制系統(tǒng)中，例如通常在化工、石油、發(fā)電或其他工業(yè)流程中的分布式或可擴(kuò)展過程控制系統(tǒng)中，通常需要降低流體的壓力。然而，壓力降低通常導(dǎo)致不想要的噪音或振動(dòng)的水平增加，并且在某些情況下可能導(dǎo)致氣蝕，更嚴(yán)重的也可能導(dǎo)致嚴(yán)重腐蝕。因此，過程控制系統(tǒng)旨在采用減少流體壓力的流量減少裝置，而不會(huì)產(chǎn)生這些不良影響。

3D打印成就復(fù)雜與一體化

泄露之痛

多級(jí)閥內(nèi)件是可在高壓減壓應(yīng)用中使用以防止氣蝕的流量減小裝置的示例，多級(jí)閥內(nèi)件通常以閥籠和閥塞為特征，閥籠和閥塞共同限定了較長的流體流動(dòng)路徑，具有曲折和迷宮式結(jié)構(gòu)，并具有較小的流道和緊密的間隙，從而定義了流體必須流經(jīng)的多個(gè)減壓級(jí)（從而降低了流體壓力）。

不過當(dāng)流經(jīng)其中的流體是清潔的時(shí)候（例如，不包括微粒），這些多級(jí)閥內(nèi)件往往會(huì)工作得很好。但是，當(dāng)流體變臟（例如，包含微粒）時(shí)，必須使用具有較大流道的多級(jí)閥內(nèi)件，否則流體攜帶的微?？赡軙?huì)堵塞小流道，從而降低流量并可能損壞閥體。

當(dāng)前，已經(jīng)建造了用于骯臟服務(wù)應(yīng)用中（即，涉及到惡劣流動(dòng)條件的應(yīng)用，例如，煉油廠中的催化劑細(xì)粉，發(fā)電廠中的磁鐵礦，石油生產(chǎn)中的沙子等應(yīng)用場景中）的多級(jí)閥內(nèi)件。不過3D科學(xué)谷了解到由于CNC機(jī)床加工的限制，加工節(jié)流控制所需的復(fù)雜幾何形狀難以實(shí)現(xiàn)，通常需要將閥籠分成多個(gè)不同的部分，然后將它們與一個(gè)或多個(gè)密封元件組裝在一起。

單一組件之美好

費(fèi)希爾控制設(shè)備國際有限公司是財(cái)富500強(qiáng)美國愛默生電氣公司的一個(gè)分部。1992年愛默生公司收購了費(fèi)希爾公司，并與過程儀表領(lǐng)域里的另一位世界領(lǐng)導(dǎo)者-羅斯蒙特公司合并，成立費(fèi)希爾-羅斯蒙特公司，以便于更好的滿足用戶對(duì)完成應(yīng)用范圍的要求和對(duì)應(yīng)過程控制的需要。在2001年4月，費(fèi)希爾-羅斯蒙特公司更名為愛默生過程管理。費(fèi)希爾控制設(shè)備使用3D打印-增材制造技術(shù)來制造可以實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)一體化的多級(jí)閥。根據(jù)3D科學(xué)谷的了解，單個(gè)整體式閥籠降低了多組件閥籠存在的泄漏風(fēng)險(xiǎn)，并且消除了對(duì)密封元件和組裝工序的需求。

3D打印實(shí)現(xiàn)一體化結(jié)構(gòu)制造。來源：US0101781927B2

使用3D打印-增材制造技術(shù)創(chuàng)建布置在流體流量控制裝置的閥體內(nèi)的無堵塞結(jié)構(gòu)一體化多級(jí)閥籠，一體式閥籠主體包括布置成與閥體接合的外壁以及在外壁的徑向內(nèi)側(cè)間隔開的內(nèi)壁。閥籠還包括：閥籠入口，閥籠入口形成在一體式閥籠主體中，并且與閥體入口流體連通；閥籠出口，形成在外壁中并且與閥體出口流體連通；多級(jí)減壓流體流道形成在整體的籠體內(nèi)，并在籠的入口和籠的出口之間延伸。

附加值創(chuàng)造正在升級(jí)

正如ACAM德國總裁&ACAM中國董事Kristian Arntz博士于2020年8月13日科協(xié)年會(huì)高端裝備產(chǎn)業(yè)發(fā)展論壇上主會(huì)場上關(guān)于《成就明天制造的3D打印-增材制造技術(shù)》的演講中提到增材制造改變產(chǎn)品的方式是本質(zhì)性的，通過3D打印實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)一體化的組件就像是“制造業(yè)附加價(jià)值放大器”。按照這個(gè)思維邏輯，如果我們從“制造業(yè)附加價(jià)值放大器”的角度來看，我們不難理解國際國內(nèi)眾多的企業(yè)紛紛嘗試3D打印的背后原因：追求產(chǎn)品附加值的提升。從產(chǎn)品附加值創(chuàng)造的價(jià)值端發(fā)力，在3D打印所實(shí)現(xiàn)的結(jié)構(gòu)一體化零件方面，免組裝、降低泄漏風(fēng)險(xiǎn)，更復(fù)雜的流道、更緊湊、更輕量化，其中的附加值創(chuàng)造優(yōu)勢是明顯的。

不過，值得注意的是，并非單獨(dú)通過3D打印就可以完成多級(jí)閥的完整制造，3D打印與傳統(tǒng)加工技術(shù)的配合是不可或缺的，在這方面，國際上GF加工方案的增材制造解決方案致力于在車間真正實(shí)現(xiàn)端到端的集成，實(shí)現(xiàn)無縫和高效的工作流程的關(guān)鍵就是要對(duì)現(xiàn)有的軟硬件環(huán)境做出調(diào)整，這是當(dāng)前發(fā)揮3D打印潛力的另一塊需要重視的能力建設(shè)。

總體來說，3D打印與傳統(tǒng)加工工藝的配合共同完成第四次工業(yè)革命的進(jìn)程。正如惠普的趨勢報(bào)告所指出的那樣，數(shù)字制造技術(shù)將通過解鎖新的和擴(kuò)展的軟件、數(shù)據(jù)、服務(wù)和工業(yè)生產(chǎn)解決方案，從而提供用戶理想的設(shè)計(jì)，這些解決方案可提供更多的變革性體驗(yàn)，并顛覆傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)。

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