Destaque do aplicativo:como a impressão 3D permite componentes hidráulicos de melhor desempenho

[Crédito da imagem:Renishaw]

A demanda por novas abordagens no projeto e fabricação de componentes hidráulicos está aumentando. Uma tecnologia que permite aos fabricantes explorar novas oportunidades na fabricação de sistemas hidráulicos é a impressão 3D.

De Liebherr e Ford a Bosch Rexroth, as empresas recorrem à impressão 3D para criar componentes hidráulicos mais eficientes em termos de energia, mais leves e mais baratos.

O Application Spotlight de hoje mergulha nos benefícios da impressão 3D para sistemas e componentes hidráulicos, enquanto explora os exemplos mais interessantes da tecnologia em ação.

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Por que usar a impressão 3D para componentes hidráulicos?

A hidráulica é uma das maneiras mais eficientes de criar movimento quando estão envolvidas cargas pesadas ou quando é necessário movimento repetitivo.

Os sistemas hidráulicos usam bombas para pressurizar um líquido, e seu movimento é então usado para alimentar tudo, de guindastes a carros.

A hidráulica está ao nosso redor diariamente. É usado em veículos, equipamentos de construção, edifícios e instalações fabris. Os componentes hidráulicos são tradicionalmente fabricados por meio de usinagem ou fundição. No entanto, muitos fabricantes de equipamentos hidráulicos estão se interessando em produzir componentes hidráulicos, como manifolds, servoválvulas e blocos adaptadores hidráulicos, usando impressão 3D. Mas o que os faz considerar a tecnologia em primeiro lugar?

De acordo com Steffen Haack, chefe da Unidade de Negócios Hidráulica Industrial da Bosch Rexroth AG, há muitas tendências moldando a indústria hidráulica, incluindo:

• Eficiência energética (forças de fluxo reduzidas, perda de pressão reduzida, maior eficiência)
• Redução de ruído
• Volumes reduzidos do tanque
• Nível de pressão mais alto e espaço de instalação reduzido
• Propriedades aprimoradas de material e óleo
• Maior disponibilidade e manutenção preditiva
• Facilidade de uso
• Segurança

A impressão 3D, especialmente com metais e areia, desempenha um papel importante na condução de algumas dessas tendências, como maior eficiência energética e menor espaço de instalação.

Como? Ao permitir projetos avançados que possibilitam incorporar novos recursos, reduzir o peso e o tamanho dos componentes e melhorar o desempenho geral do sistema hidráulico.

Vamos nos aprofundar nos benefícios da impressão 3D para sistemas hidráulicos.

Reduzindo o peso e o tamanho dos componentes hidráulicos

A impressão 3D permite que os fabricantes de componentes hidráulicos tornem as peças mais leves e menores.

Pegue um coletor hidráulico como exemplo. Essa parte, que ajuda a regular o fluxo de fluido entre os componentes de um sistema hidráulico, é normalmente usinada a partir de um bloco sólido de metal.

Remover mais excesso de metal do que o necessário é caro e, frequentemente, o excesso de metal não é usinado, resultando em uma peça que pesa mais do que potencialmente poderia.

3D a impressão ajuda a superar esse problema, pois requer quase a mesma quantidade de material necessária para produzir um manifold. Em um processo de impressão 3D do metal, como a sinterização seletiva a laser, um laser traça uma seção transversal mícron-fina de uma peça, derretendo e fundindo seletivamente um pó metálico camada por camada. Isso permite que os engenheiros controlem a quantidade de material que entra na peça, usando menos metal do que a usinagem CNC exigiria.

Além de reduzir o peso dos componentes, a impressão 3D também permite peças mais compactas que se encaixam melhor em espaços com restrições de design. Esta vantagem torna os componentes hidráulicos impressos em 3D particularmente procurados em aplicações que requerem alta precisão e peso leve.

Destaque:manifold impresso em 3D da Aidro


Um exemplo de componente hidráulico impresso em 3D vem do fabricante italiano Aidro.

O coletor hidráulico da Aidro, usado em máquinas agrícolas, foi redesenhado para economizar peso e espaço em um sistema em que é usado. O coletor de alumínio impresso em 3D desempenha as mesmas funções que a unidade que substitui, mas é metade do tamanho e 75 por cento mais leve que o coletor anterior.

Consolidação da peça

A impressão 3D também permite que os componentes sejam menores, integrando várias peças em uma - uma abordagem conhecida como consolidação de peças.

Isso permite que os fabricantes eliminem montagens complexas de componentes, bem como aumentem a integridade estrutural de uma peça, pois há menos pontos de união fracos que podem causar vazamentos.

Otimizando a eficiência

A impressão 3D torna possível redesenhar as geometrias internas de um componente hidráulico para otimizar o fluxo de fluido e reduzir a queda de pressão.

Tomando os manifolds como exemplo, os engenheiros podem posicionar os canais de fluxo de fluido dentro de um manifold exatamente onde estão necessários e em uma variedade de formas e tamanhos. Isso significa que os canais de fluxo podem ter formas curvas e estar mais próximos uns dos outros do que os coletores convencionais, o que torna o produto acabado mais compacto e mais leve. Os caminhos de fluxo curvos podem melhorar a eficiência do fluxo em 30 a 70 por cento.


Redesenhar a forma da seção transversal dos canais de fluxo também pode fazer a diferença. Por exemplo, caminhos de fluxo em carretéis de válvula normalmente têm um formato redondo, porque são usinados com cortadores rotativos. A impressão 3D permite que os engenheiros projetem seções transversais de caminhos de fluxo para serem quadrados em vez de redondos, o que pode aumentar a capacidade de fluxo em até 20 por cento e reduzir a queda de pressão.

Além disso, os componentes hidráulicos tradicionais, como coletores, geralmente requerem a usinagem de passagens perfuradas que devem ser posteriormente tampadas para evitar vazamento de óleo. Esses canais conectados, no entanto, criam caminhos de vazamento em potencial que podem causar uma falha do sistema. A impressão 3D elimina esse problema, removendo a necessidade de criar passagens perfuradas em primeiro lugar.

Mais exemplos de componentes hidráulicos impressos em 3D

Impressão 3D de um bloco adaptador hidráulico

GKN Additive imprimiu em 3D um bloco adaptador hidráulico, que é um coletor que direciona o fluxo de fluido em um sistema hidráulico, conectando válvulas, bombas e atuadores. Os blocos hidráulicos usados ​​tradicionalmente tendem a ter um design em blocos com um conjunto de canais internos perfurados neles. O processo de fabricação de blocos hidráulicos começa com a perfuração de orifícios acima e abaixo.

Os orifícios verticais são então conectados por canais horizontais, e os fios são cortados neles. Para evitar vazamento de óleo dos canais horizontais abertos, eles são tampados com parafusos sem cabeça e selados.

Esse processo, no entanto, é altamente ineficiente por vários motivos. Em primeiro lugar, as bordas perfuradas e fresadas criam rebarbas afiadas que são difíceis de alcançar no pós-processamento. Às vezes, eles podem quebrar durante a operação e causar uma falha no sistema. Em segundo lugar, os pontos de conexão dos cantos agudos geram um fluxo turbulento, resultando em ineficiências de energia. Em terceiro lugar, os canais horizontais não utilizados podem acumular sujeira, reduzindo a vida operacional do sistema hidráulico.

A impressão 3D ajudou o GKN Additive a superar os desafios acima para criar um bloco hidráulico com melhor desempenho.

O peso do bloco hidráulico foi reduzido de 30 kg para 5,5 kg, sem sacrificar nenhuma das funcionalidades. Com um novo design, foi possível se livrar do excesso de material e garantir que não houvesse sobreposições de furos na peça.

Além disso, o novo design omite os canais horizontais não utilizados, de modo que a sujeira não tem onde se acumular. Finalmente, para reduzir o fluxo turbulento no sistema, os engenheiros substituíram os cantos internos agudos por tubulações suaves.

Resumindo os benefícios da impressão 3D para esta aplicação, a impressão 3D permitiu ao fabricante melhorar a funcionalidade do componente, usando menos material. Isso se traduziu em menor peso da peça e redução do custo de fabricação.

Bloco de válvula hidráulica impresso em 3D da Liebherr

Outro bom exemplo de impressão 3D para hidráulica vem do Grupo Liebherr. Com a ajuda da impressão 3D, a empresa conseguiu redesenhar um bloco de válvulas hidráulicas de alta pressão, usado em aeronaves, para torná-lo mais leve e eficiente.

A equipe Liebherr integrou 10 elementos funcionais no novo bloco de válvulas, eliminando o complexo sistema de tubulação com muitos furos transversais. O resultado é um bloco de válvula 35 por cento mais leve, feito com menos peças.

A peça impressa em 3D foi testada com sucesso em um vôo de teste da aeronave A380.

Domin Fluid Power reimagina seus sistemas de energia fluida com impressão 3D

O fabricante de sistemas hidráulicos sediado no Reino Unido, Domin, voltou-se para a impressão 3D para reconstruir suas servo-válvulas de acionamento direto de alto desempenho, usadas para transformar sinais em pressão.

Domin afirma que a impressão 3D lhe dá a capacidade de construir peças complexas, de forma mais rápida e livre de ferramentas. Por exemplo, a empresa projetou um de seus drives que é 25% do tamanho original e 25% mais potente. A peça foi produzida por um terço do custo, e o tempo de fabricação foi reduzido de 5,5 horas para apenas 1 hora.

Esses resultados seriam impossíveis de se obter com os métodos convencionais, afirma Domin. />

Ford 3D imprime um coletor de admissão

Embora tenhamos visto os exemplos de componentes hidráulicos impressos em 3D para equipamentos pesados ​​e aeronaves, a Ford foi pioneira na impressão 3D para sistemas hidráulicos automotivos.

No ano passado, a montadora apresentou o que afirma ser o maior coletor de admissão de metal impresso em 3D já colocado dentro de um veículo em funcionamento.

Esse veículo é o 'Hoonitruck' de Ken Block Picape Ford.


O veículo exigia um coletor de admissão especial para abastecer os cilindros do motor com o ar dos turbocompressores, e a Ford decidiu recorrer à impressão 3D de metal.

A peça é impressa em 3D a partir de alumínio, usando uma máquina Concept Laser, e levou 5 dias para ser construída. Usando software CAD de ponta, foi possível criar uma estrutura complexa semelhante à da web que não poderia ser feita usando métodos de manufatura tradicionais. O design é otimizado para melhor desempenho e menor peso - a parte final pesa apenas 6 kg.

Bosch Rexroth usa impressão 3D de areia para manifolds

Além da impressão 3D de metal, há também uma opção de impressão 3D de um núcleo de areia que pode posteriormente ser usado para fundir um componente hidráulico. O processo usado para esta aplicação é chamado de jateamento de aglutinante, e funciona depositando seletivamente um agente aglutinante sobre uma camada de areia de sílica. Há vários anos, a Bosch Rexroth usa a impressão 3D com areia para a produção de núcleos fundidos para blocos de controle.

Entre os principais benefícios de fazer isso, a Bosch Rexroth cita a capacidade de integrar componentes da máquina, como filtros no coletor, e redução de peso em até 30 por cento. Os benefícios adicionais incluem a eliminação da necessidade de orifícios auxiliares que podem causar vazamentos e otimização dos canais de fluxo internos que melhoram a eficiência energética.

Reimaginando componentes hidráulicos com impressão 3D

Como a indústria hidráulica está se esforçando para obter componentes hidráulicos menores e mais eficientes em termos de energia, a impressão 3D oferece uma opção para desenvolver e produzir designs de melhor desempenho.

Vendo as vantagens em termos de tempo de espera, economia de peso e custo e desempenho proporcionados pela impressão 3D, muitos fabricantes de componentes hidráulicos estão começando a explorar essa tecnologia para seus produtos.

Daqui para frente, esperamos que o papel da impressão 3D na produção de componentes hidráulicos aumente, ajudando as empresas da indústria hidráulica a acompanhar as tendências atuais e futuras.