Bagaimana Cetak 3D Merevolusi Desain dan Performa Komponen Hidraulik
[Kredit gambar: Renishaw]
Permintaan akan pendekatan baru dalam desain dan manufaktur komponen hidraulik semakin meningkat. Salah satu teknologi yang memungkinkan produsen menjelajahi peluang baru dalam manufaktur hidraulik adalah cetak 3D.
Dari Liebherr dan Ford hingga Bosch Rexroth, perusahaan perusahaan beralih ke cetak 3D untuk menciptakan komponen hidraulik yang lebih hemat energi, lebih ringan, dan lebih terjangkau.
Focus Aplikasi Hari ini membahas manfaat cetak 3D untuk sistem dan komponen hidraulik, sambil mengeksplorasi contoh-contoh menarik teknologi ini dalam nyata.
Lihat aplikasi lain yang dibahas dalam seri ini:
Cetak 3D untuk Penukar Panas
Cetak 3D untuk Bantalan
Cetak 3D untuk Manufaktur Sepeda
Cetak 3D untuk Gigi Digital & Manufaktur Aligner Jelas
Cetak 3D untuk Implant Medis
Roket Cetak 3D dan Masa Depan Manufaktur Kapal Angkasa
Cetak 3D untuk Manufaktur Sepatu
Cetak 3D untuk Komponen Elektronik
Cetak 3D di Industri Kereta Api
Mata Kacamata Cetak 3D
Cetak 3D untuk Produksi Bagian Akhir
Cetak 3D untuk Bracket
Cetak 3D untuk Bagian Turbin
Bagaimana Cetak 3D Mendukung Inovasi di Industri Tenaga Nuklir
Mengapa Menggunakan Cetak 3D untuk Komponen Hidraulik?
Hidraulik adalah salah satu cara paling efisien untuk menciptakan gerakan saat beban berat terlibat, atau gerakan berulang diperlukan.
Sistem hidraulik menggunakan pompa untuk menekan cairan, dan geraknya kemudian digunakan untuk memberi daya pada segalanya, dari keramik hingga mobil.
Hidraulik ada di sekitar kita sehari-hari. Digunakan dalam kendaraan, peralatan konstruksi, bangunan, dan fasilitas manufaktur.
Komponen hidraulik secara tradisional diproduksi melalui pemesinan atau pencetakan. Namun, banyak produsen peralatan hidraulik semakin tertarik untuk memproduksi komponen hidraulik, seperti manifold, servo valve, dan blok adapter hidraulik, menggunakan cetak 3D. Tetapi apa yang membuat mereka mempertimbangkan teknologi ini pada pertama kalinya?
Menurut Steffen Haack, kepala Unit Bisnis Hidraulik Industri di Bosch Rexroth AG, ada banyak tren yang membentuk industri hidraulik, termasuk:
Efisiensi energi (gaya aliran yang dikurangi, tekanan loss yang dikurangi, efisiensi lebih tinggi)
Pengurangan kebisingan
Volume tangki yang dikurangi
Tingkat tekanan yang lebih tinggi dan ruang instalasi yang dikurangi
Properti bahan dan minyak yang ditingkatkan
Ketersediaan yang lebih tinggi dan pemeliharaan prediktif
Kemudahan penggunaan
Keamanan
Cetak 3D, terutama dengan logam dan pasir, memainkan peran penting dalam mendorong beberapa tren ini, seperti efisiensi energi yang meningkat dan ruang instalasi yang lebih kecil.
Bagaimana? Dengan memungkinkan desain canggah yang memungkinkan pemasangan fitur baru, mengurangi bobot dan ukuran komponen, dan meningkatkan performa keseluruhan sistem hidraulik.
Mari kita selami lebih dalam manfaat cetak 3D untuk hidraulik.
Mengurangi Bobot dan Ukuran Komponen Hidraulik
Cetak 3D memungkinkan produsen komponen hidraulik untuk membuat bagian yang lebih ringan dan lebih kecil ukurannya.
Contohnya, manifold hidraulik. Bagian ini, yang membantu mengatur aliran cairan antara komponen sistem hidraulik, biasanya dipolesin dari blok logam padat.
Menghapus logam berlebih lebih dari yang diperlukan mahal, dan seringkali logam berlebih tidak dipolesin, sehingga bagian yang dihasilkan lebih berat dari yang seharusnya.
Cetak 3D membantu mengatasi masalah ini, karena membutuhkan hampir jumlah bahan yang sama yang diperlukan untuk memproduksi manifold.
Dalam proses cetak 3D logam, seperti Selective Laser Sintering, laser melintasi potongan melintasi mikron dari bagian, meleleh dan menyatukan lapisan bubuk logam demi lapisan. Ini memungkinkan insinyur untuk mengontrol jumlah bahan yang masuk ke dalam bagian, menggunakan lebih sedikit logam dibandingkan dengan pemesinan CNC.
Selain mengurangi bobot komponen, cetak 3D juga memungkinkan bagian yang lebih kompak yang lebih cocok dengan ruang yang terbatas dalam desain. Keuntungan ini membuat komponen hidraulik cetak 3D sangat dicari dalam aplikasi yang membutuhkan presisi tinggi dan bobot ringan.
Spotlight: Manifold Cetak 3D Aidro
Salah satu contoh komponen hidraulik cetak 3D berasal dari produsen Italia, Aidro.
Manifold hidraulik Aidro, yang digunakan dalam mesin pertanian, dirancang ulang untuk menghemat bobot dan ruang dalam sistem tempat digunakan. Manifold aluminium cetak 3D melakukan fungsi yang sama dengan unit yang diganti tetapi berukuran separuh dan 75 persen lebih ringan dari manifold sebelumnya.
Penggabungan Bagian
Cetak 3D juga memungkinkan bagian dibuat lebih kecil, dengan mengintegrasikan beberapa bagian menjadi satu – pendekatan yang dikenal sebagai penggabungan bagian.
Ini memungkinkan produsen untuk menghilangkan rangkaian bagian yang kompleks, serta meningkatkan integritas struktural bagian, karena ada lebih sedikit titik lemah penyambung yang dapat menyebabkan kebocoran.
Mengoptimalkan Efisiensi
Cetak 3D memungkinkan untuk merancang ulang geometri internal komponen hidraulik untuk mengoptimalkan aliran cairan dan mengurangi penurunan tekanan.
Contohnya manifold, insinyur dapat menempatkan saluran aliran cairan di dalam manifold tepat di tempat yang dibutuhkan dan dalam berbagai bentuk dan ukuran. Ini berarti saluran aliran dapat memiliki bentuk lengkung dan ditempatkan lebih dekat satu sama lain dibandingkan dengan manifold konvensional, yang membuat produk akhir lebih kompak dan lebih ringan.
Jalur aliran lengkung reportedly dapat meningkatkan efisiensi aliran sebesar 30 hingga 70 persen.
Merancang ulang bentuk potongan melintasi saluran aliran juga dapat membuat perbedaan. Misalnya, jalur aliran di spool klep biasanya memiliki bentuk bundar, karena dipolesin dengan pemotong berputar.
Cetak 3D memungkinkan insinyur untuk merancang potongan melintasi jalur aliran menjadi persegi alih-alih bundar, yang dapat meningkatkan kapasitas aliran hingga 20 persen dan mengurangi penurunan tekanan.
Selain itu, komponen hidraulik tradisional, seperti manifold, sering memerlukan pemesinan saluran melintasi yang kemudian harus ditutup untuk mencegah kebocoran minyak. Saluran yang ditutup ini, tuttavia, menciptakan jalur kebocoran potensial yang dapat menyebabkan kegagalan sistem. Cetak 3D menghilangkan masalah ini, dengan menghilangkan kebutuhan untuk menciptakan saluran melintasi pada pertama kalinya.
Contoh Lainnya dari Komponen Hidraulik Cetak 3D
Cetak 3D Blok Adapter Hidraulik
GKN Additive telah mencetak 3D blok adapter hidraulik, yang merupakan manifold yang mengarahkan aliran cairan dalam sistem hidraulik, menghubungkan klep, pompa, dan aktuator.
Blok hidraulik yang digunakan secara tradisional cenderung memiliki desain berbentuk blok dengan serangkaian saluran internal yang dibor di dalamnya. Proses manufaktur blok hidraulik dimulai dengan membor lubang dari atas dan bawah.
Lubang vertikal kemudian dihubungkan oleh saluran horizontal, dan rantai dipotong di dalamnya. Untuk mencegah kebocoran minyak dari saluran horizontal yang terbuka, mereka ditutup dengan baut set dan ditempelkan.
Proses ini, namun, sangat tidak efisien untuk beberapa alasan. Pertama, tepi yang dibor dan dipolesin menciptakan burr tajam yang sulit dijangkau dalam pemrosesan pasca. Ini kadang-kadang dapat pecah selama operasi dan menyebabkan kegagalan sistem.
Kedua, titik penyambungan sudut tajam menghasilkan aliran turbulen, yang mengakibatkan ketidakefisienan energi. Ketiga, saluran horizontal yang tidak digunakan dapat mengakumulasi kotoran, yang mengurangi umur operasional sistem hidraulik.
Cetak 3D membantu GKN Additive mengatasi tantangan di atas untuk membuat blok hidraulik yang berperforma lebih baik.
Bobot blok hidraulik dikurangi dari 30 kg menjadi 5,5 kg, tanpa mengorbankan fungsionalitas apa pun. Dengan desain baru, mungkin untuk menghilangkan bahan berlebih dan memastikan tidak ada bore yang tumpang tindih di dalam bagian.
Selain itu, desain baru menghilangkan saluran horizontal yang tidak digunakan sama sekali, sehingga kotoran tidak memiliki tempat untuk mengakumulasi. Akhirnya, untuk mengurangi aliran turbulen dalam sistem, insinyur mengganti sudut internal tajam dengan saluran mulus.
Mengambil kesimpulan manfaat cetak 3D untuk aplikasi ini, cetak 3D memungkinkan produsen untuk meningkatkan fungsionalitas komponen, sambil menggunakan lebih sedikit bahan. Ini diterjemahkan menjadi bobot bagian yang lebih rendah dan biaya manufaktur yang dikurangi.
Blok Klep Hidraulik Cetak 3D Liebherr
Contoh lain yang baik dari cetak 3D untuk hidraulik berasal dari Grup Liebherr. Dengan bantuan cetak 3D, perusahaan mampu merancang ulang blok klep hidraulik tekanan tinggi, yang digunakan dalam pesawat, untuk membuatnya lebih ringan dan lebih efisien.
Tim Liebherr mengintegrasikan 10 elemen fungsional ke dalam blok klep baru, menghilangkan sistem pipa yang kompleks dengan banyak lubang melintang. Hasilnya adalah blok klep 35 persen lebih ringan, yang dibuat dari lebih sedikit bagian.
Bagian cetak 3D telah berhasil diuji dalam uji penerbangan pesawat A380.
Domin Fluid Power Mencipta Ulang Sistem Fluida dengan Cetak 3D
Produsen sistem hidraulik berbasis Inggris, Domin, telah beralih ke cetak 3D untuk mengembangkan ulang servo valve direct drive berkinerja tinggi, yang digunakan untuk mengubah sinyal menjadi tekanan.
Domin menyatakan bahwa cetak 3D memberinya kemampuan untuk membangun bagian yang kompleks, lebih cepat dan tanpa alat. Misalnya, perusahaan telah merancang salah satu drive yang berukuran 25 persen dari ukuran asli dan 25 persen lebih kuat. Bagian tersebut diproduksi dengan satu pertiga biaya, dan waktu manufaktur dikurangi dari 5,5 jam menjadi hanya 1 jam.
Hasil seperti ini tidak dapat dicapai dengan metode konvensional, klaim Domin.
Ford Mencetak 3D Manifold Intake
Sementara kita telah melihat contoh komponen hidraulik yang dicetak 3D untuk peralatan berat dan pesawat, Ford telah menjadi pionir dalam cetak 3D untuk sistem hidraulik otomotif.
Tahun lalu, pabrikan mobil memamerkan apa yang dikatakannya sebagai manifold intake logam cetak 3D terbesar yang pernah dipasang dalam kendaraan beroperasi.
Kendaraan tersebut adalah ‘Hoonitruck’ Ford pickup milik Ken Block.
Kendaraan membutuhkan manifold intake khusus untuk menyuplai silinder mesin dengan udara dari turbocharger, dan Ford memutuskan untuk beralih ke cetak 3D logam.
Bagian tersebut dicetak 3D dari aluminium, menggunakan mesin Concept Laser, dan membutuhkan waktu 5 hari untuk dibangun. Dengan menggunakan perangkat lunak CAD terbaru, mungkin untuk menciptakan struktur kompleks seperti jaring laba-laba yang tidak dapat dibuat menggunakan metode manufaktur tradisional. Desain tersebut dioptimalkan untuk performa yang lebih baik dan bobot lebih rendah – bagian akhir hanya berukuran 6 kg.
Bosch Rexroth Menggunakan Cetak 3D Pasir untuk Manifold
Selain cetak 3D logam, ada juga opsi untuk mencetak 3D inti pasir yang kemudian dapat digunakan untuk mencetak komponen hidraulik. Proses yang digunakan untuk aplikasi ini disebut binder jetting, dan bekerja dengan menyetorkan agen pengikat secara selektif pada lapisan pasir silica.
Bosch Rexroth telah menggunakan cetak 3D pasir untuk produksi inti cetakan untuk blok kontrol selama beberapa tahun.
Di antara manfaat utama melakukan ini, Bosch Rexroth menyebut kemampuan untuk mengintegrasikan komponen mesin, seperti filter di dalam manifold, dan pengurangan bobot hingga 30 persen.
Manfaat tambahan termasuk kehilangan kebutuhan akan lubang bantuan yang dapat menyebabkan kebocoran dan optimisasi saluran aliran internal yang meningkatkan efisiensi energi.
Mencipta Ulang Komponen Hidraulik dengan Cetak 3D
Saat industri hidraulik berupaya menuju komponen hidraulik yang lebih hemat energi dan lebih kecil, cetak 3D menyediakan opsi untuk mengembangkan dan memproduksi desain yang berperforma lebih baik.
Melihat keuntungan dalam waktu penyelesaian, penghematan bobot, dan biaya serta performa yang diizinkan oleh cetak 3D, banyak produsen komponen hidraulik mulai menjelajahi teknologi ini untuk produk mereka.
Di masa depan, kami mengharapkan peran cetak 3D dalam produksi komponen hidraulik akan meningkat, membantu perusahaan dalam industri hidraulik untuk tetap mengikuti tren saat ini dan di masa depan.
