Ventil 4 / 2025 • Letnik 31 210 HIDRAVLIČNI VENTILI 1 Uvod Aditivna proizvodnja na podlagi uporabe aditivnih tehnologij se hitro širi na nova področja. Več 3D- -tiskalnikov na isti lokaciji lahko omogoča serijsko proizvodnjo. Svoboda, ki jo aditivne tehnologije omogočajo konstrukterjem za optimizacijo, je izje- mno privlačna za različne inženirske discipline. Za področje hidravlike je še posebej zanimiva možnost optimizacije notranje geometrije in konsolidacije več delov v eno samo enoto. Optimizacija notranje oblike omogoča učinkovito usmerjanje pretoka tekočine skozi komponente in zmanjšanje tlačnih izgub, kar povečuje učinkovitost sistema. Povezanost delov in optimizacija zunanje geometrije pa pripomoreta k zmanjšanju mase tako hidravlične sestavine kot celotnega hidravličnega sistema in skrajšanju časa sestavljanja. V študiji primerjamo meritve konvencionalno izde- lane priključne plošče ventila in priključne plošče, izdelane z aditivno tehnologijo, pri čemer imajo plošče integrirana tlačna zaznavala. Glavni razlog za integracijo senzorjev je dejstvo, da je v prejšnjih raziskavah prišlo do pomembnih odstopanj med rezultati CFD-simulacij in dejanskimi meritvami 3D tiskanih ventilov. Ugotovili smo dva možna vzroka za odstopanja: prvi je hrapavost notranjih površin kovinskih 3D natisnjenih kanalov, drugi pa netoč- nost meritev zaradi neustrezne postavitve tlačnih merilnih zaznaval. Ta raziskava se osredotoča na razvoj in testiranje 3D tiskanega ventila (Slika 1), izdelanega s postopkom vezave kovinskega prahu (Metal Binder Jetting – MBJ). Za potrebe testiranja je bila s tehnologijo selektiv- nega laserskega taljenja (Selective Laser Melting – SLM) natisnjena tudi priključna ventilska plošča, ki je prikazana na sliki 2. Posebnost te plošče je v tem, da so priključki za tlačne senzorje integrirani neposredno vanjo, kar omogoča sprotno spremlja- nje tlaka na vstopu in izstopu brez potrebe po do- datnih priključkih ali naknadnih predelavah. Takšna Jan Bartolj, Univerza v Ljubljani, Fakulteta za strojništvo; Domen Strenčan, dr. David Homar, univ. dipl. inž., oba Solid World d. o. o., Radomlje; Izr. prof. dr. Franc Majdič, univ. dipl. inž., Univerza v Ljubljani, Fakulteta za strojništvo © The Authors 2025. CC-BY 4.0 https:/ /doi.org/10.5545/Ventil-31-2025-4.04 d odajalna tehnologija v prak Si : t eS tna analiza hidravličnega ventila z inovativno ventilSko ploščo Jan Bartolj, Domen Strenčan, David Homar, Franc Majdič Izvleček: Študija proučuje uporabo dodajalnih (oz. aditivnih) tehnologij pri izdelavi hidravličnih komponent, z osre- dotočenostjo na 3D-tiskane ventile in priključne plošče z integriranimi tlačnimi senzorji. Aditivne tehnolo- gije, kot sta Metal Binder Jetting (MBJ) in Selective Laser Melting (SLM), omogočajo oblikovno svobodo, konsolidacijo delov in optimizacijo notranje geometrije za zmanjšanje tlačnih izgub ter mase. V raziskavi so izdelani in testirani kovinski ventili, izdelani s postopkom MBJ, ki omogoča visoko produktivnost in izde- lavo kompleksnih struktur brez podpor. Primerjava s SLM razkriva prednosti MBJ zaradi večjih izdelovalnih hitrosti, nižjih stroškov in manjši potrebi po podpornih strukturah. Meritve pretoka in tlaka so pokazale, da ima aditivno izdelana ventilska plošča za približno 4 MPa nižji padec tlaka pri enakem pretoku, kar pomeni večjo učinkovitost. Poleg tega je 3D-tiskano ohišje ventila za 67 % lažje od konvencionalno izdelanega. Rezultati potrjujejo, da so aditivno izdelane komponente primerne za serijsko uporabo v hidravlični indu- striji, saj ponujajo boljše izkoristke, krajše čase montaže in možnost oblikovne optimizacije, kljub višjim stroškom v primerjavi s konvencionalnimi deli. Ključne besede: Aditivne tehnologije, optimizacija geometrije, hidravlični ventili, priključne plošče, meritve Izvirni znanstveni članek Ventil 4 / 2025 • Letnik 31 integracija izpostavlja oblikovno prilagodljivost, ki jo omogočajo tehnologije aditivne proizvodnje. Eksperimentalno delo je vključevalo meritve pretoka in tlačnih padcev skozi ventil z uporabo hidravlič- nega olja ISO VG 46. Podatki o tlaku so bili zbrani preko integriranih senzorjev in uporabljeni za oceno tokovnih karakteristik ter za prepoznavanje morebi- tnih izgub ali nepravilnosti v delovanju ventila. 2 Tehnologija MBJ Metal Binder Jetting (MBJ) je tehnologija aditivne proizvodnje izdelkov, ki združuje visoko produktiv- nost z izjemno oblikovno svobodo in primernostjo za serijsko proizvodnjo. Postopek temelji na nana- šanju kovinskega prahu v tankih slojih, vezavi dolo- čenih delov s tekočim vezivom ter naknadnem sin- tranju za utrjevanje materiala. T ehnologija je nastala na osnovi znanj iz tehnologije brizganja kovin (Me- tal Injection Molding – MIM), saj uporablja podobne praške in metode sintranja, pri čemer ni potrebe po brizganju v kalupe. 2.1 Proces MBJ  Priprava materiala: Uporablja se kovinski prah z velikostjo delcev med 15 µm in 45 µm. Za tisk ventila je bil uporabljen material 17-4 PH (EN 1.4542 / X5CrNiCuNb16-4) – prah nerjavnega jekla z dobro mehansko trdnostjo in odporno- stjo proti koroziji, primerno za sintranje.  T isk anje: Prah se nanaša v slojih debeline od 50 µm do 100 µm. Inkjet tiskalna glava selektivno nanaša tekoče vezivo na območja, kjer nastaja končni kos.  Utrjevanje »zelenih« kosov: Po tisku kosi pre- stanejo toplotno utrjevanje, pri katerem se vezi- vo mehansko in kemijsko stabilizira pri tempe- raturi 170 °C. Ta korak omogoča varno ravnanje z zelenimi kosi.  Odstranjevanje odvečnega prahu (ang. de- powdering): Odvečni nevezan prah se ročno odstrani s stisnjenim zrakom, čopiči in mehkim orodjem. Ta metoda omogoča nežno čiščenje kompleksnih geometrij brez poškodb. V po- stopku MBJ se več kot 98 % nevezanega prahu preseje in ponovno uporabi v nadaljnjih tiskal- nih ciklih. Ta visoka stopnja ponovne uporabe pomembno prispeva k učinkovitosti rabe mate- riala in znižanju stroškov.  Toplotno odstranjevanje veziva in sintranje: Odstranjevanje veziva (debinding) in sintranje potekata zaporedno v isti peči. Najprej se vezi- vo termično razgradi, nato pa se kovinski delci sintrajo pri temperaturah do 1350 °C. Končna gostota materiala presega 99 % teoretične ma- ksimalne vrednosti. 2.2 Primerjava s tehnologijo SLM Tehnologija MBJ se pogosto primerja z drugimi metodami aditivne proizvodnje izdelkov, zlasti s se- lektivnim laserskim taljenjem (SLM). SLM omogo- ča višjo natančnost in trdnost, zato je primerna za dele, ki so izpostavljeni velikim mehanskim obreme- nitvam. Vendar pa je postopek počasnejši, dražji in zahteva odstranjevanje podpornih struktur. Po dru- gi strani je MBJ primernejši za serijsko proizvodnjo, saj omogoča večjo pretočnost, manj geometrijskih omejitev in hitrejši potek izdelave. Razlike med teh- nologijama MBJ in SLM so povzete v preglednici 1. 2.3 Materiali v procesu MBJ V tehnologiji MBJ so najpogosteje uporabljeni pra- hovi teh materialov:  17-4 PH (nerjavno jeklo): kombinacija mehan- ske trdnosti in odpornosti proti koroziji,  316L (avstenitno nerjavno jeklo): primerno za biomedicinske in prehrambne aplikacije,  H13 (orodno jeklo): za orodja za tlačno litje,  Inconel 625/718: za uporabo pri visokih tempe- raturah. HIDRAVLIČNI VENTILI 211 Slika 1 : 3D tiskan topološko optimiran hidravlični ven- til, narejen s postopkom brizganja veziva Slika 2 : Priključna ventilska plošča, izdelana iz nerjav- nega jekla, 3D natisnjena s postopkom selektivnega laserskega taljenja Ventil 4 / 2025 • Letnik 31 212 Tehnologija MBJ je zaradi svoje sposobnosti soča- snega tiskanja več kosov, odprave potrebe po pod- pornih strukturah ter velikega nabora materialov primerna za različne panoge, kot so avtomobilska industrija, orodjarstvo in hidravlika. 3 Testiranje Preizkušanje je bilo opravljeno na preizkuševališču ob uporabi mineralnega olja, ki ima 30 kW instalira- ne moči in je omejeno na tlak 35 MPa. Pri najvišjem doseženem tlaku lahko zagotovimo približno 50 l/ min pretoka. Slika 3 prikazuje sestav ventila in ven- tilske plošče z integriranimi senzorji, ki je bil upora- bljen med preizkušanjem. Ventila z ventilsko ploščo in integriranimi senzorji med testiranjem prikazuje slika 4. Sklop je zgrajen iz naslednjih elementov: 1. ohišje ventila, 2. jedro vijaka za pozicioniranje krmilnega bata ventila, 3. pozicijski vijak, 4. krmilni bat, 5. podložka, ki potiska drsnik v sredinski položaj, 6. vzmet iz nerjavečega jekla, 7. dve 1-milimetrski podložki za zagotavljanje prednapetosti vzmeti, 8. tesnilna podložka, 9. jedro vijaka za pozicioniranje krmilnega bata, 10. protipo- zicijski vijak, 11. pritrdilni vijaki, 12. statična O-tesnila. 4 Rezultati Rezultat eksperimentalne meritve padca tlaka sko- zi konvencionalni in 3D natisnjen ventil je prika- zan na sliki 5. Jasno je vidna razlika v zmogljivosti med konvencionalno izdelanim ventilom in venti- lom, proizvedenim z uporabo Metal Binder Jetting (MBJ). Meritve so bile izvedene pri 90-odstotnem odprtju krmilnega bata. Ena najpomembnejših ugotovitev je zmanjšanje padca tlaka za približno 4 MPa pri prostorninskem pretoku 30 l/min pri adi- tivno izdelanem (AM) ventilu, praktično pa v celo- tnem območju meritve. Ta izboljšava je ključna in HIDRAVLIČNI VENTILI Preglednica 1 : Primerjava tehnologij MBJ in SLM Lastnost MBJ SLM Vir energije brez (vezivo + sintranje) laser Hitrost zelo visoka nižja (točkovno taljenje) Podporne strukture niso potrebne obvezne Zaostale napetosti zelo nizke visoke (zaradi toplotnih gradientov) Hrapavost površine mat videz, fina površina bolj groba površina Mehanske lastnosti primerljive s kovinskim brizganjem (MIM) zelo dobre, odvisne od parametrov Priporočena uporaba serijska proizvodnja, orodja, funkcionalni prototipi visoko natančni deli, kompleksna notranja geometrija Slika 3 : 3D natisnjen 4/3-potni ventil, spodaj ventil- ska plošča in integrirana tlačna zaznavala v sestavu na preizkuševališču med testiranjem Slika 5 : Izmerjene karakteristike konvencionalnega in 3D natisnjenega hidravličnega ventila Slika 4 : Prikaz sestavnih delov ventila, uporabljenega pri testiranju Ventil 4 / 2025 • Letnik 31 je posledica optimizirane notranje geometrije, ki je bila zasnovana posebej za aditivno proizvodnjo in je ne bi bilo mogoče izdelati s konvencionalnimi od- vzemnimi metodami. Poleg izboljšanih tokovnih zmogljivosti je ventil, iz- delan z metodo Metal Binder Jetting (MBJ), pokazal tudi znatno zmanjšanje mase za 67 % v primerjavi s konvencionalnim ventilom. To je bilo doseženo z uporabo oblikovne optimizacije, ki jo omogoča oblikovna svoboda, značilna za proces MBJ. 5 Primerjava konvencionalne in 3D tiskane ventilske plošče Aditivno izdelana ventilska plošča je prav tako pokazala jasne prednosti pred konvencionalno iz- delano, kot je prikazano na sliki 6. Zaradi pretoku prilagojene notranje geometrije lahko opazimo iz- boljšane tokovne značilnosti z zmanjšano turbulen- co in nižjimi tlačnimi izgubami. Poleg tega je plošča bistveno lažja, kar prispeva k zmanjšanju celotne teže sistema in olajša rokovanje med montažo in testiranjem. Ključna funkcionalna izboljšava je inte- gracija tlačnih senzorjev neposredno v geometrijo plošče, kar omogoča natančnejše in bolj dosledne meritve tlaka brez dodatnih priključkov ali zunanjih povezav. Ta integracija predstavlja povezanost de- lov, kjer se več komponent in funkcij združi v en sam tiskani del, s čimer se poenostavita tako za- snova kot tudi proces montaže. Rezultati obeh me- ritev, ki sta bili izvedeni pri 30-odstotni odprtosti ventila, so prikazani na sliki 6. Jasno je razvidno, da 3D tiskana plošča omogoča natančnejše merjenje značilnosti ventila zaradi integriranih senzorjev. Pri pretoku 20 l/min znaša ta razlika skoraj 10 MPa. 6 Zaključki Iz predstavljenih rezultatov lahko zaključimo, da je v hidravliki smiselno uporabljati aditivno izdelane (AM) ventile in ventilske plošče namesto konven- cionalno izdelanih delov. Kot je že omenjeno, ob- staja veliko prednosti: od lažjega montažnega pro- cesa do boljše zmogljivosti in natančnejših meritev. Komponente AM so deloma omejene le zaradi višjih stroškov, vendar pa, kot jasno kaže ta študija, nizka raven merilne natančnosti, dosežena s konvencio- nalno ploščo, naredi uporabo plošče AM z integrira- nimi senzorji bolj smiselno, zlasti pri višjih pretokih. Viri [1] O. Diegel, A. Nordin, D. Motte, A Practical Gui- de to Design for Additive Manufacturing, Sprin- ger Singapore, Singapore, 2019. https://doi. org/10.1007/978-981-13-8282-6. [2] M. Arena, P. Ambrogiani, V. Raiola, F. Bocchet- to, T. Tirelli, M. Castaldo, Design and qualificati- on of an additively manufactured manifold for aircraft landing gears applications, Aerospace 10 (2023) 69. https:/ /doi.org/10.3390/aerospa- ce10010069. [3] G. Matthiesen, D. Merget, M. Rückert, K. Schmi- tz, J. H. Schleifenbaum, Additive manufactu- ring processes in fluid power – properties and opportunities demonstrated at a flow-optimi- zed fitting, in: Proc. Int. Conf. Hydraulics and Pneumatics – HERVEX, 2018, pp. 1–6. ISSN 1454-8003. [4] U. Hofmann, M. Fankhauser, S. Willen, D. Inni- ger, C. Klahn, K. Löffel, M. Meboldt, Design of an additively manufactured hydraulic directio- nal spool valve: an industrial case study, Virtual Phys. Prototyp. 18 (2023) 1–18. https:/ /doi.org/1 0.1080/17452759.2023.2167905. [5] Tappeiner Z.*, Donners M., Schmid M., Schmi- tz K., Resource saving process route for inte- grated hydraulic components. HyRess Project poster; RWTH Aachen University; Octubre 2014. Available from: HyRess – Resource sa- ving Process Route for Integrated Hydraulic Components [Internet]. RWTH Aachen Univer- sity; [cited 2025 Jul 30]. Na voljo na: https:// acam.rwth campus.com/wpcontent/uploads/ sites/11/2014/10/HyRess Resource saving Pro- cess Route for Integrated Hydraulic Compo- nents.pdf . [6] K. Wegener, M. Zäh, P. Frankenberger, H. Heu- ßner, K. Hufnagl, C. Kokeisl, P. Mayr, M. Schmidt, J. Seitz, F. Vollertsen, T. Graf, Advanced manu- facturing processes: New insights into additi- ve and hybrid manufacturing, Addit. Manuf. 35 (2020) 101530. https://doi.org/10.1016/j.add- ma.2020.101530. [7] S. Lloyd, "Least squares quantization in PCM," in IEEE Transactions on Information Theory, vol. 28, no. 2, pp. 129–137, March 1982, doi: 10.1109/ TIT.1982.1056489. [8] Han, J.; Kamber, M.; Pei, J. Data Mining: Con- cepts and Techniques; Morgan Kaufmann Pu- blishers Inc.: Berlington, MA, USA, 2011 [9] Pušnik, T.; Hace, A. Region-Based Approach for 213 HIDRAVLIČNI VENTILI Slika 6 : Izmerjene karakteristike ventila na konvenci- onalno izdelani in pri 3D natisnjeni ventilski plošči. 3D natisnjena ventilska plošča uporablja integrirana tlač- na zaznavala. Ventil 4 / 2025 • Letnik 31 214 HIDRAVLIČNI VENTILI Additive Technology in Practice: Test Analysis of a Hydraulic Valve with an Innovative Valve Plate Abstract: The study investigates the use of additive manufacturing technologies in the production of hydraulic components, focussing on 3D-printed valves and manifolds with integrated pressure sensors. Additive te- chnologies such as Metal Binder Jetting (MBJ) and Selective Laser Melting (SLM) enable design freedom, component consolidation and optimisation of internal geometry to reduce pressure losses and mass. In the study, metal valves were manufactured and tested using the MBJ process, which enables high pro- ductivity and the production of complex structures without supports. A comparison with the SLM process shows the advantages of the MBJ process through higher production speeds, lower costs and a reduced need for support structures. Flow and pressure measurements showed that the additively manufactured valve manifold has a lower pressure drop of around 4 MPa at the same flow rate, which means greater efficiency. In addition, the 3D-printed valve body is 67% lighter than the conventionally manufactured one. The results confirm that additively manufactured components are suitable for series use in the hydraulics industry, as they offer better efficiency, shorter assembly times and the possibility of design optimisation despite higher costs compared to conventional parts. Keywords: Additive technologies, geometry optimization, hydraulic valves, connection plates, measurements Machining Time Improvement in Robot Surface Finishing. Appl. Sci. 2024, 14, 9808. https:/ /doi. org/10.3390/app14219808 [10] Stradovnik, S.; Hace, A. Task-Oriented Evaluati- on of the Feasible Kinematic Directional Capa- bilities for Robot Machining. Sensors 2022, 22, 4267. https:/ /doi.org/10.3390/s22114267. [11] Stradovnik, S.; Hace, A. Workpiece Placement Optimization for Robot Machining Based on the Evaluation of Feasible Kinematic Direc- tional Capabilities. Appl. Sci. 2024, 14, 1531. https:/ /doi.org/10.3390/app14041531 DOGODKI – POROČILA – VESTI ko (oblikovanje plakatov in logotipa), Dejan Roljič (finance in promocija) in Matej Sehur (pogon in izbor kom- ponent). Tudi ostali študenti so so- delovali pri zgoraj naštetih nalogah in so z a slu žni za izvedbo projekta. Wichita je zibelka svetovnega letal- stva, zato smo poleg tekmovanja Skupinska slika v podjetju Bombardier Learjet pred maketo njihovega novega letala Learjet 85 obiskali tri letalska podjetja in dva letalska muzeja. Ogledali smo si pro- izvodnjo v podjetjih Cessna Aircraft Company, Hawker Beechcraft De- fense Company in Bombardier Lear- jet Business Aircraft ter muzeja Kan- sas Cosmosphere & Space Center in Kansas Aviation Museum. Viri [1] Uradna stran tekmovanja DBF: http://www.aiaadbf.org/ [ 2 ] Letališče podjetja Cessna (CEA): http://www.fltplan.com/Airport- Information/CEA.htm [3] Vreme na letališču CEA v času tek movanja DBF: http://www. wunder ground.com/history/ airport/KICT/2012/4/13/Daily- History.html?req_city=NA&req_ state=NA&req_statename=NA [4] AMA (Academy of Model Aero- nautics): http://www.modelair- craft.org/ [5] AIAA (The American Institute of Aeronautics and Astronautics): https://www.aiaa.org/ Izr. prof. dr. Tadej Kosel, UL, Fakulteta za strojništvo, mentor projekta 21.–24. Vabljeni na premiero tehnološke evolucije v obrambni industriji www.sidec.si info@sidec.si Obiščite SIDEC 2025, prvi mednarodni sejem in konferenco obrambnih tehnologij nove generacije v regiji. Spoznajte ključne domače in mednarodne strokovnjake ter predstavnike oboroženih in varnostnih sil, s poudarkom na inovacijah na področju naprednih obrambnih rešitev. Na dogodku boste imeli priložnost srečati:  visoke častnike partnerskih in tujih vojsk, odgovorne za procese opremljanja na odločevalski ravni,  domače in tuje vojaške atašeje,  domače in tuje ekonomske svetovalce,  civilne strokovnjake s področja raziskav in razvoja. OSREDOTOČILI SE BOMO NA ŠTIRI GLAVNA PODROČJA: KIBERNETSKA VARNOST TEHNOLOGIJE PRIHODNOSTI (R&R) ENERGETSKA UČINKOVITOST & ODPORNOST UMETNA INTELIGENCA