金属 3D プリントはラジアルピストンポンプの革新をどのように実現するのでしょうか?

金属付加製造 (AM) 技術は、流体動力産業における設計に多くの新しい機会をもたらし、これらの製品を再設計して最新の「最先端」製品を作成することを可能にします。航空宇宙分野の軽量化ニーズを満たすだけでなく、他の産業分野におけるより高い経済性のニーズも満たします。
従来の製造業では実現できないことを実現する<br /> 伝統的に、流体動力産業の製品アプリケーションは、さまざまな市場領域に応じて見ることができ、大まかに航空宇宙産業とその他の産業に分類できます。市場アプリケーションが異なれば、流体動力製品の機能に対する要件も異なります。航空宇宙製品は軽量化を実現するために、チタンなどの高価な原材料やボールエンドミル加工などの高価な表面処理を施す必要があり、結果として製品の価格が高くなります。

航空宇宙産業は軽量な製品を好む一方、他の産業は軽量化に対してそれほど敏感ではないと言えます。ただし、流体動力製品に関しては、性能、効率、信頼性など、依然として多くの共通要件が存在します。

多くの場合、当社は3Dプリント技術に注目しています。この技術は重要な産業、特に航空宇宙産業に潜在的な価値上の利点を提供できるからです。そのため、当社は航空、航空宇宙、防衛分野のニーズに焦点を当てて3Dプリントの可能性を探り、製造コストに敏感なアプリケーション市場（自動車、建設機械、その他の産業など）の潜在的なメリットを無視する傾向があります。

しかし、3D プリンティングは航空宇宙産業のニーズを満たすだけでなく、他の産業分野のニーズも満たすことがあります。 3D Science Valley は、電気油圧サーボバルブ (EHSV) を例に挙げています。電気油圧サーボバルブは、電気油圧変換要素と電力増幅要素の両方であり、小さな電気信号を高出力の油圧エネルギー出力に変換できます。 Moog 社と Bosch Rexroth 社はどちらも、サーボバルブの重量を最小限に抑えるためにさまざまな方法を採用しています。しかし、従来の減算的製造法では、設計を極限まで最適化すると、それ以上の重量を減らすことができなくなるという特性があります。

英国を拠点とするDomin社は、金属3Dプリントによる流体動力部品の開発を専門としています。 Domin は、軽量で高出力、高トルクの固定容量ポンプを設計し、テストしました。高効率、低速（4,000 rpm）、高トルクが求められる容積型ポンプです。 Domin は、金属積層造形 (AM) 技術を使用して固定容量ポンプの設計を最適化しました。

設計ソフトウェア、有限要素解析ソフトウェア、計算流体力学ソフトウェアを組み合わせることで、Domin は、出力密度 23 kW/kg、トルク 40 Nm、排気量 14 cc/rev のポンプを設計および製造することができました。

プランジャーポンプは油圧システムにおいて重要な装置です。シリンダー内のプランジャーの往復運動を利用して密閉された作動室の容積を変化させ、オイルの吸引と圧縮を実現します。プランジャーポンプには、定格圧力が高く、構造がコンパクトで、効率が高く、流量調節が便利という利点があります。ラジアルピストンポンプは、バルブ分配とシャフト分配の 2 つのカテゴリに分けられます。ラジアル構造設計により、アキシャルピストンポンプのスライディングシューの偏心摩耗の問題を克服します。耐衝撃性が大幅に向上しました。

過去 1 世紀にわたってラジアルピストンポンプの開発に多大な努力が払われてきましたが、既存の製造技術では非常に複雑な詳細を実現することはできませんでした。金属 3D 印刷技術により、Domin はポンプ本来の流体原理からポンプの性能を向上させ、3D 印刷の革新的な応用を通じてポンプの効率的で軽量な逆転部品を製造することができます。

信頼性の高い耐用年数を備えた効率的なポンプを設計するには、ラジアルピストンポンプの設計において、一連の複雑な妥協点を改良する必要があります。最も効率的な方法は、長さに沿って圧力がバランスされたピボットシャフトで構成されるポンプを使用することです。しかし、これを実現するには、ピボットに非常に複雑な油圧スイッチが必要であり、これらの複雑な構造は金属 3D プリント技術によってのみ実現できます。

Domin プロジェクトは、金属 3D プリントによるラジアルピストンポンプ設計の革新的な応用を実証しました。主要な製造技術としての金属 3D プリントと設計主導のイノベーションの原則により、油圧業界にまったく新しい様相がもたらされています。

出典: 3D Science Valley 詳しい情報:
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