由于增材制造 (AM) 技術能夠構建內部特征和 通道，因此非常適合用于設計和制造歧管。雷尼紹與客戶攜手合作，以增材制造技術為導向，重新對客戶當前的液壓歧管進行了設計。該項目的主要目標是在不影響組件堅固性的前提下，盡量減輕其重量。由于增材制造技術具有很高的設計自由度，因此設計人員可以依托這一優勢來提高流動通道的效率。

什么是液壓歧管?
      液壓歧管用于引導液壓系統連接閥、泵和傳動 機構內的液體流動。它使得設計工程師可以將對液 壓回路的控制集成在一個緊湊的單元內。液壓歧管的傳統制造方法傳統上，要制造液壓歧管，首先要切割和加 工鋁合金或不銹鋼坯料，使其達到規定的尺寸， 之后進行鉆孔以形成液體流動通道。由于要完成 復雜鉆孔，因此通常會用到特殊工具。通道內還 需要一些堵塞頭，以正確引導液體在系統內的流 動路線。
      制造工藝固有的局限性會導致相鄰流動通道 之間形成突兀的拐角，造成液體流動不暢和/或停 滯，這是效率損失的一個重要原因。鋁合金歧管由于材料成本不高且易于加工， 通常造價較為低廉，但是其耐磨性較差，因此任 何掉落的顆粒都會刮擦通道表面并加劇磨損。鑒 于此，使用不銹鋼歧管有時更為理想。然而，由 于不銹鋼的密度和硬度比鋁合金高，導致重量和 加工成本明顯增加。

原始液壓歧管。對流動通道進行交叉鉆孔并插入堵塞頭，以引 導液體的流動路線

利用AM設計和制造液壓歧管的優點
? 優化流動通道，實現更高效的組件功能
? 能夠充分利用計算流體力學 (CFD) 方法來輔助 設計過程
? 降低對夾具的需求
? 精簡對可去除支撐結構的需求
? 可顯著減輕重量
? 無需模塊取出通道
? 由于具有充分的設計自由度，因此可設計出體積 大幅縮減的歧管

為客戶帶來的直接好處:
? 質量減少高達79%
? 單件式構造，缺陷更少 ? 加快設計和開發迭代
? 與現有設計完全兼容
? 流動效率提高60%

首次迭代幾何形狀。將流動通道取出，進行優化并設置壁厚。 支撐結構用于固定流動通道并連接固定位置

基于增材制造重新設計 — 設計范圍
    增材制造技術允許更高的設計自由度，因此可 基于該技術的特點調整組件結構，從而在組件幾何 空間不變的情況下減輕材料重量并改進功能。在重 新設計組件的過程中，客戶向雷尼紹提出了一些需 要考慮的設計和功能要求:
幾何形狀
? 確定的連接端口
? 流動通道的內徑
? 流動通道的壁厚
? 固定位置和接口

功能
客戶的主要訴求是減輕組件重量，同時保持硬 度和功能不變。雷尼紹設計工程師在基于AM的特 點重新設計時也確認了這一設計范圍，以便提高系 統內流動通道的效率。

首次設計迭代
第一步是將零件解構成可提供液壓歧管功能的 必要通道。使用CAD(計算機輔助設計)軟件將原 始交叉鉆孔設計的流動通道提取出來，并移除流動 通道不需要的鉆孔區域，只留下必要的管道網絡。

隨后，減少和簡化每個液壓管路，以便使用 SOLIDWORKS Flow Simulation(流體力學仿真) 工具進行分段計算流體力學 (CFD) 分析。
接下來，通過CFD分析確定液體流動不暢和停 滯的區域后，對流動通道實施優化。

然后，根據此案例中客戶提供的技術指標生成 壁厚，當然也可以使用有限元分析 (FEA) 應力模 型，基于CFD分析期間采集的壓力讀數來實現。


最后，設計永久支撐結構并將其添加到CAD幾 何形狀中，創建一個高效的自承式結構。通常，支 撐結構會在組件設計的最后階段被添加到最終幾何 形狀中，以便將零件固定到底板上并起到導熱作用 — 但是，將支撐結構直接設計為組件的一部分，可 以減少之后添加需要去除的支撐而帶來的潛在的材 料浪費。

首次設計迭代使歧管體積比原來減少了52%， 同時流動效率提高了60%。

什么是CFD分析?
計算流體力學 (CFD) 分析基于液體和氣體的相互作用為設計師提供系統流體的理論效率信息。

二次設計迭代
首次迭代在雷尼紹建造并由客戶作出評價; 客戶主要對新幾何形狀的液壓歧管的效果進行了評 估;原始歧管被設計為模塊與串聯安裝的多個裝置 一起使用。各液壓歧管有時需要從該序列中取出 來進行維修;因此原始歧管需要帶有螺紋的“模塊 取出”通道。首次迭代后，增材制造的幾何形狀可 以讓工程師在不借助任何工具的情況下手動取出歧 管，因而無需設置模塊取出通道。

CFD分析后生成的流動通道截面;降低拐角突兀程度，以優化 流動性

雖然從CAD模型上移除這些模塊取出通道會立 即打亂復雜的自承式結構，但這正好為重新開發設 計提供了契機。相較于原來的實心塊，首次設計迭 代大幅減小了體積，因此有人曾擔心在后續機加工 期間迭代1可能會出現彎曲、扭轉變形和/或振動的 情況。事實證明這種擔心是多余的。而二次設計迭 代使得歧管的最終體積僅為原始歧管的21%，同時 進一步增強了歧管剛性。

歧管體積的大幅減小為使用更適合的316L不銹 鋼生產迭代2產品創造了條件。二次設計迭代后， 歧管凈重減少了37%，即使使用密度較大(不銹鋼 8g/cm3，鋁合金<3g/cm3)的材料也可實現這一 規格。

二次迭代幾何形狀。移除模塊取出通道，重新加工支撐結構， 增加其剛性和硬度

結果匯總

在雷尼紹，很清楚:要通過增材制造 (AM) 工藝獲得最佳組件，用戶需要了解針對增材制造的 設計比切削式加工和鑄造等傳統制造技術具有更 高的自由度。因此，即使在用戶購買增材制造系統 后，仍會提供針對工藝支持的培訓和設計。對于正在考慮將增材制造技術集成到生產過程的公司，全球解決方案中心為客戶開啟了合作之門。