多年來，3D打印已被證明是一種非常方便的技術，可用於製造更換和 機械部件，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證”的碩士論文題目，愛荷華州北部大學技術系的學生John Anthony Dutcher III使用SLA 3D打印製作內部原型正排量泵的減壓閥。
摘要指出，“增材製造允許更快，更低成本的產品開發，包括定製，在使用點打印，以及每批產量的低成本。”該研究使用Stereolithography生產的原型來開發對現有產品的改進，即正排量泵的內部減壓閥。在這項研究中開發並測試了四個3D打印原型組件。減壓閥組件由增材製造生產的壓力容器部件組成，後處理，並安裝在正排量泵上，無需額外的加工。使用計算流體動力學模擬分析原型設計以增加通過閥門的流量。通過性能測試驗證了模擬，以將開裂減少到閥的完全旁通壓力範圍。通過減小閥的這個操作範圍，可以降低泵驅動系統的功率需求，從而提高泵驅動系統的能量效率。
3D打印安全閥的性能測試測量了泵流量，閥內的提升閥運動以及與現有應用類似的操作條件下的排出壓力。Stereolithography原型組件表現非常好，表明閥門開裂至完全旁通階段的壓差降低了56%。該研究證明了增材製造的生產部件在壓力容器應用中取代現有金屬部件的短期能力。可以降低泵驅動系統的功率要求，從而提高泵驅動系統的能效。
一個多世紀以前開發的正排量泵內部的齒輪能夠克服現有的性能限制，但它絕不是完美的。這些泵需要一個內部安全閥，可以防止過大的壓力；如果排放流量減少，過壓系統可能會失效。
“這項研究的主要重點是研究用於正排量泵的內部安全閥的性能，提出基於流動模擬改進閥門開裂至完全旁通壓力範圍的流動條件，並通過驗證性能改進3D打印原型。”Dutcher寫道。
SLA零件生產多年來，這些正排量泵中的內部安全閥的設計沒有太大變化。但是通過使用計算機模擬，可以修改和優化設計以使部件更有效。正如他在論文中所寫，Dutcher的研究驗證了3D打印原型，使用計算流體動力學模擬和性能測試，“在對現有產品進行改進的設計開發中”，並且還表明成本和時間都可以通過使用3D打印來製造閥門。
“增材製造具有定製的優勢，允許進行設計變更。”Dutcher寫道。
“開發可在使用點製造的可定製的最終用途組件，允許為壓力容器應用生產特定應用的產品。”
使用SLA技術進行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部安全閥所需的階段壓差。FDM 3D打印用於製作安裝支架，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(內部裝置在密封其表面的安全閥中)的運動。
組裝的參考閥擴展
在他的論文中，Dutcher想要確定3D打印是否可以成功地用於生產正排量泵的測試閥組件，如果閥門的幾何形狀能夠根據流動條件進行優化以減少裂縫，並且如果3D打印原型閥的性能與現有的傳統制造方法相同。最終，雖然他確實回答了這些問題，並證明了3D打印確實在開發新產品方面確實有應用，但他的研究為改進產品的現有設計提供了可行的概念證明。
“3D打印原型的開發是為了降低原型測試的成本和交付時間。”Dutcher寫道。
“增材製造允許定製的設計排列的靈活性提供了並行驗證多個產品設計的機會。”
SLA支持結構通過使用3D打印來創建原型，Dutcher能夠同時開發出幾種不同的設計概念，而不會被傳統制造方法帶來的常規障礙所困擾。SLA 3D打印還可以生產具有“加工零件尺寸公差”的零件，這有助於加快原型的開發。
“這項研究證明了SLA 3D打印能夠再現現有的機加工金屬部件，”Dutcher總結道。“雖然擴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非常出色。如果沒有增材製造，就不可能開發出及時莊園的設計變化。測試表明，通過將裂縫減少到52.0psi至22.8psi的完全旁通壓力，閥門性能得到了改善。改進現有產品的成功性能測試證明了SLA 3D打印原型組件的有效性。”
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