Sorotan Aplikasi:Bagaimana Pencetakan 3D Memungkinkan Komponen Hidraulik yang Berperforma Lebih Baik

[Kredit gambar:Renishaw] 

Permintaan akan pendekatan baru dalam desain dan manufaktur komponen hidrolik terus meningkat. Salah satu teknologi yang memungkinkan produsen untuk mengeksplorasi peluang baru dalam manufaktur hidrolika adalah pencetakan 3D.

Dari Liebherr dan Ford hingga Bosch Rexroth, perusahaan beralih ke pencetakan 3D untuk menciptakan komponen hidraulik yang lebih hemat energi, lebih ringan, dan lebih murah.

Sorotan Aplikasi Hari Ini menyelami manfaat pencetakan 3D untuk sistem dan komponen hidraulik, sambil menjelajahi contoh paling menarik dari teknologi yang sedang beraksi.

Lihat aplikasi lain yang tercakup dalam seri ini: 

Pencetakan 3D untuk Penukar Panas  

Pencetakan 3D untuk Bearing   

Pencetakan 3D untuk Pembuatan Sepeda  

Pencetakan 3D untuk Kedokteran Gigi Digital &Pembuatan Aligner Bening

Pencetakan 3D untuk Implan Medis

Roket Cetak 3D dan Masa Depan Manufaktur Pesawat Luar Angkasa  

Pencetakan 3D untuk Pembuatan Alas Kaki 

Pencetakan 3D untuk Komponen Elektronik 

Pencetakan 3D di Industri Kereta Api  

Kacamata Cetak 3D

Pencetakan 3D untuk Produksi Bagian Akhir

Pencetakan 3D untuk Bracket

Pencetakan 3D untuk Suku Cadang Turbin

Bagaimana Pencetakan 3D Mendukung Inovasi di Industri Tenaga Nuklir

Mengapa menggunakan pencetakan 3D untuk komponen hidrolik?

Hidraulik adalah salah satu cara yang paling efisien untuk membuat gerakan ketika beban berat terlibat, atau gerakan berulang diperlukan.

Sistem hidrolik menggunakan pompa untuk memberi tekanan pada cairan, dan pergerakannya kemudian digunakan untuk menggerakkan segala sesuatu, dari derek hingga mobil.

Hidraulik ada di sekitar kita setiap hari. Ini digunakan dalam kendaraan, peralatan konstruksi, bangunan dan fasilitas manufaktur.

Komponen hidrolik secara tradisional diproduksi melalui permesinan atau pengecoran. Namun, banyak produsen peralatan hidraulik menjadi tertarik untuk memproduksi komponen hidraulik, seperti manifold, katup servo, dan blok adaptor hidraulik, menggunakan pencetakan 3D. Tapi apa yang membuat mereka mempertimbangkan teknologi di tempat pertama?

Menurut Steffen Haack, kepala Unit Bisnis Hidrolik Industri di Bosch Rexroth AG, ada banyak tren yang membentuk industri hidrolika, antara lain: 

• Efisiensi energi (gaya aliran berkurang, kehilangan tekanan berkurang, efisiensi lebih tinggi)
• Pengurangan kebisingan
• Volume tangki berkurang
• Tingkat tekanan lebih tinggi dan ruang pemasangan berkurang
• Peningkatan sifat material dan oli
• Ketersediaan dan pemeliharaan prediktif yang lebih tinggi
• Keramahan pengguna 
• Keamanan

Pencetakan 3D, terutama dengan logam dan pasir, memainkan peran penting dalam mendorong beberapa tren ini, seperti peningkatan efisiensi energi dan ruang pemasangan yang lebih kecil.

Bagaimana? Dengan mengaktifkan desain canggih yang memungkinkan untuk menggabungkan fitur baru, mengurangi berat dan ukuran komponen, serta meningkatkan kinerja sistem hidraulik secara keseluruhan.

Mari selami lebih dalam manfaat pencetakan 3D untuk hidrolika.

Mengurangi berat dan ukuran komponen hidrolik

Pencetakan 3D memungkinkan produsen komponen hidraulik membuat komponen lebih ringan dan berukuran lebih kecil.

Ambil manifold hidrolik sebagai contoh. Bagian ini, yang membantu mengatur aliran fluida di antara komponen sistem hidrolik, biasanya dikerjakan dari balok logam padat.

Membuang lebih banyak logam dari yang diperlukan itu mahal, dan, sering kali, kelebihan logam tidak dikerjakan, menghasilkan bagian yang lebih berat daripada yang mungkin bisa.

3D pencetakan membantu mengatasi masalah ini, karena memerlukan jumlah bahan yang hampir sama untuk menghasilkan manifold.

Dalam proses pencetakan 3D logam, seperti Selective Laser Sintering, laser menelusuri penampang setipis mikron dari suatu bagian, secara selektif melelehkan dan menggabungkan bubuk logam lapis demi lapis. Hal ini memungkinkan para insinyur untuk mengontrol jumlah material yang masuk ke bagian tersebut, menggunakan lebih sedikit logam daripada yang dibutuhkan oleh mesin CNC.

Selain mengurangi bobot komponen, pencetakan 3D juga memungkinkan bagian yang lebih ringkas yang lebih sesuai dengan ruang dengan desain terbatas. Keunggulan ini membuat komponen hidraulik cetak 3D sangat dicari dalam aplikasi yang membutuhkan presisi tinggi dan bobot yang ringan.

Sorotan:Manifold cetak 3D Aidro 

Salah satu contoh komponen hidrolik cetak 3D berasal dari pabrikan Italia, Aidro.

Manifold hidraulik Aidro, yang digunakan dalam mesin pertanian, didesain ulang untuk menghemat berat dan ruang dalam sistem yang digunakannya. Manifold aluminium yang dicetak 3D menjalankan fungsi yang sama dengan unit yang digantikannya tetapi setengahnya ukuran dan 75 persen lebih ringan dari manifold sebelumnya.

Konsolidasi bagian

Pencetakan 3D juga memungkinkan komponen dibuat lebih kecil, dengan mengintegrasikan beberapa bagian menjadi satu – pendekatan yang dikenal sebagai konsolidasi bagian.

Hal ini memungkinkan produsen untuk menghilangkan perakitan komponen yang kompleks, serta meningkatkan integritas struktural suatu bagian, karena lebih sedikit titik penyambungan yang lemah yang dapat menyebabkan kebocoran.

Mengoptimalkan efisiensi 

Pencetakan 3D memungkinkan untuk mendesain ulang geometri internal komponen hidraulik untuk mengoptimalkan aliran fluida dan mengurangi penurunan tekanan.

Mengambil manifold sebagai contoh, para insinyur dapat menempatkan saluran aliran fluida di dalam manifold tepat di tempatnya dibutuhkan dan dalam berbagai bentuk dan ukuran. Ini berarti saluran aliran dapat memiliki bentuk melengkung dan ditempatkan lebih dekat dibandingkan dengan manifold konvensional, yang membuat produk jadi lebih kompak dan lebih ringan.

Jalur aliran yang melengkung dilaporkan dapat meningkatkan efisiensi aliran sebesar 30 hingga 70 persen.

Mendesain ulang bentuk penampang saluran aliran juga dapat membuat perbedaan. Misalnya, jalur aliran dalam gulungan katup biasanya berbentuk bulat, karena dibuat dengan pemotong yang berputar.

Pencetakan 3D memungkinkan para insinyur merancang penampang jalur aliran menjadi persegi, bukan bulat, yang dapat meningkatkan kapasitas aliran hingga 20 persen dan mengurangi penurunan tekanan.

Selanjutnya, komponen hidraulik tradisional, seperti manifold, sering kali memerlukan pemesinan saluran bor silang yang selanjutnya harus dipasang untuk mencegah kebocoran oli. Saluran yang dicolokkan ini, bagaimanapun, membuat jalur kebocoran potensial yang dapat menyebabkan kegagalan sistem. Pencetakan 3D menghilangkan masalah ini, dengan menghilangkan kebutuhan untuk membuat bagian yang dibor silang di tempat pertama.

Contoh lainnya dari komponen hidraulik cetak 3D 

Pencetakan 3D blok adaptor hidrolik

GKN Additive memiliki cetakan 3D hydraulic adapter block, yaitu manifold yang mengarahkan aliran fluida dalam sistem hidrolik, menghubungkan katup, pompa dan aktuator.

Blok hidrolik yang digunakan secara tradisional cenderung memiliki desain balok dengan serangkaian saluran internal yang dibor ke dalamnya. Proses pembuatan hydraulic block dimulai dengan mengebor lubang dari atas dan bawah.

Lubang vertikal kemudian dihubungkan dengan saluran horizontal, dan benang dipotong ke dalamnya. Untuk mencegah kebocoran oli dari saluran horizontal yang terbuka, saluran tersebut ditutup dengan sekrup grub dan ditutup rapat.

Namun, proses ini sangat tidak efisien karena beberapa alasan. Pertama, tepi yang dibor dan digiling menciptakan gerinda tajam yang sulit dijangkau dalam pasca-pemrosesan. Ini kadang-kadang dapat putus selama operasi dan menyebabkan kegagalan sistem.

Kedua, titik sambungan sudut tajam menghasilkan aliran turbulen, yang mengakibatkan inefisiensi energi. Ketiga, saluran horizontal yang tidak digunakan dapat menumpuk kotoran, sehingga menurunkan masa pakai sistem hidraulik.

Pencetakan 3D membantu GKN Additive mengatasi tantangan di atas untuk menciptakan blok hidraulik yang berkinerja lebih baik.

Berat blok hidrolik berkurang dari 30 kg menjadi 5,5 kg, tanpa mengorbankan fungsionalitas apa pun. Dengan desain baru, dimungkinkan untuk membuang material berlebih dan memastikan tidak ada lubang yang tumpang tindih di dalam bagian tersebut.

Selain itu, desain baru menghilangkan saluran horizontal yang tidak digunakan sama sekali, sehingga kotoran tidak dapat menumpuk. Akhirnya, untuk mengurangi aliran turbulen dalam sistem, para insinyur mengganti sudut-sudut internal yang tajam dengan pipa-pipa yang mulus.

Meringkas manfaat pencetakan 3D untuk aplikasi ini, pencetakan 3D memungkinkan produsen untuk meningkatkan fungsionalitas komponen, sambil menggunakan lebih sedikit bahan. Ini diterjemahkan ke dalam bobot bagian yang lebih rendah dan pengurangan biaya produksi.

Blok katup hidraulik cetak 3D Liebherr

Contoh bagus lainnya dari pencetakan 3D untuk hidrolika berasal dari Liebherr Group. Dengan bantuan pencetakan 3D, perusahaan dapat mendesain ulang blok katup hidrolik bertekanan tinggi, yang digunakan di pesawat terbang, agar lebih ringan dan lebih efisien.

Tim Liebherr mengintegrasikan 10 elemen fungsional ke dalam blok katup baru, menghilangkan sistem pipa yang rumit dengan banyak lubang melintang. Hasilnya adalah blok katup 35 persen lebih ringan, dibuat dari bagian yang lebih sedikit.

Bagian yang dicetak 3D telah berhasil diuji dalam uji terbang pesawat A380.

Daya Fluida Dominan menggambar ulang sistem tenaganya yang lancar dengan pencetakan 3D

Produsen sistem hidrolik yang berbasis di Inggris, Domin, telah beralih ke pencetakan 3D untuk mengembangkan kembali katup servo penggerak langsung berkinerja tinggi, yang digunakan untuk mengubah sinyal menjadi tekanan.

Domin menyatakan bahwa pencetakan 3D memberinya kemampuan untuk membangun bagian-bagian yang kompleks, lebih cepat dan bebas dari perkakas. Misalnya, perusahaan telah merancang salah satu hard disknya yang berukuran 25 persen dari ukuran aslinya dan 25 persen lebih bertenaga. Bagian diproduksi untuk sepertiga dari biaya, dan waktu pembuatan telah dikurangi dari 5,5 jam menjadi hanya 1 jam.

Hasil seperti itu tidak mungkin dicapai dengan metode konvensional, klaim Domin.

Ford 3D mencetak intake manifold

Meskipun kami telah melihat contoh komponen hidraulik yang dicetak 3D untuk alat berat dan pesawat terbang, Ford telah memelopori pencetakan 3D untuk sistem hidraulik otomotif.

Tahun lalu, pembuat mobil memamerkan apa yang diklaimnya sebagai intake manifold logam cetak 3D terbesar yang pernah ada di dalam kendaraan kerja.

Kendaraan itu adalah 'Hoonitruck' Ken Block Pickup Ford.

Kendaraan membutuhkan intake manifold khusus untuk memasok silinder mesin dengan udara dari turbocharger, dan Ford memutuskan untuk beralih ke pencetakan 3D logam.

Bagian ini dicetak 3D dari aluminium, menggunakan mesin Concept Laser, dan pembuatannya memakan waktu 5 hari. Dengan menggunakan perangkat lunak CAD mutakhir, dimungkinkan untuk membuat struktur seperti web yang kompleks yang tidak dapat dibuat menggunakan metode manufaktur tradisional. Desainnya dioptimalkan untuk kinerja yang lebih baik dan bobot yang lebih rendah – berat bagian akhir hanya 6 kg.

Bosch Rexroth menggunakan pencetakan 3D pasir untuk manifold

Selain pencetakan 3D logam, ada juga opsi pencetakan 3D inti pasir yang selanjutnya dapat digunakan untuk mencetak komponen hidrolik. Proses yang digunakan untuk aplikasi ini disebut binder jetting, dan bekerja dengan mendepositkan zat pengikat secara selektif pada lapisan pasir silika.

Bosch Rexroth telah menggunakan pencetakan 3D pasir untuk memproduksi inti cor untuk blok kontrol, selama beberapa tahun sekarang.

Di antara manfaat utama dari melakukan hal ini, Bosch Rexroth menyebutkan kemampuan untuk mengintegrasikan komponen mesin, seperti filter dalam manifold, dan pengurangan bobot hingga 30 persen.

Manfaat tambahan termasuk menghilangkan kebutuhan lubang tambahan yang dapat menyebabkan kebocoran dan optimalisasi saluran aliran internal yang meningkatkan efisiensi energi.

Menggambar ulang komponen hidraulik dengan pencetakan 3D

Karena industri hidraulik berusaha keras untuk menghasilkan komponen hidraulik yang lebih hemat energi dan lebih kecil, pencetakan 3D memberikan opsi untuk mengembangkan dan memproduksi desain dengan kinerja lebih baik.

Melihat keuntungan dalam waktu tunggu, penghematan berat dan biaya serta kinerja yang dimungkinkan oleh pencetakan 3D, banyak produsen komponen hidrolik mulai mengeksplorasi teknologi ini untuk produk mereka.

Ke depan, kami berharap peran 3D printing dalam memproduksi komponen hidrolik semakin meningkat, membantu perusahaan dalam industri hidrolik untuk mengikuti tren saat ini dan masa depan.