半导体设备中流体歧管多而复杂，金属3D打印怎样提升其性能？
在《深度剖析3D打印（增材制造）如何升级半导体制造技术》一文中，3D科学谷谈到用于半导体制造的光刻机内部有许多流体歧管管线。3D打印-增材制造在生产具有随形或内部冷却结构的零件方面颇具优势，零件设计师可以构建优先考虑功能实现更复杂的流体歧管或冷却结构设计，并不需要像传统设计那样折衷。最终将获得平滑的通道或没有直角弯曲的通道，提升流体动力学性能。
本期3D科学谷将通过GF加工方案的金属3D打印技术在半导体装备流体歧管领域的应用，来透视金属3D打印怎样提升流体歧管性能，为下游的半导体制造装备提供助力。
▲半导体制造装备
....流体歧管是连接两个或多个流体管道或通道的部件。虽然概念上很简单，但此类部件在所属系统中发挥着重要作用。提高流体歧管性能，将提升整个系统的性能。
当采用传统制造工艺时，流体歧管的设计优化空间受到了制造技术的限制，重量和体积过大、尖角、滞流区和多个易漏连接点等问题很常见。
金属增材制造-3D打印技术能够以传统制造无法实现的方法优化流体歧管。其背后的逻辑是，采用增材制造设计思维的部件可以采用整体设计，无需组装操作，能够生产有机的薄壁形状，还减少了最终组件的重量和体积。
这些优势在半导体制造设备等应用中尤其有益。因为半导体制造设备的特点是在洁净环境中封装密实、快速运动的组件，其包含许多流体管道。增材制造流体歧管旨在提供更好的性能，在一些应用中，测得的干扰力最高降低了90%
▲灵活多样的增材制造流体歧管
增材制造流体歧管可用于各领域所用的快速运动组件的流体连接。在这些以性能为主的环境中，增材制造优化所带来的优势是关键。增材制造可以减轻重量来获得更好的惯性结果，消除尖角以更好地控制压力下降和干扰，并通过最大程度减少连接点来降低泄漏风险。
使用增材制造的好处通常是相互关联的。无论项目的主要目标是什么，都可以通过巧妙的设计策略来实现所有这些好处，令产品的表现超越主要目标（例如，减轻重量和改善流动性）。推动流体歧管应用采用增材制造的关键因素包括：
●轻量化
轻量化对于快速运动系统中的组件尤其有重大影响，例如赛车和半导体设备，增材制造设计策略可以减轻质量，同时保持或提高强度。
●薄壁
增材制造可实现低至0.3毫米的壁厚。生产壁厚更薄的部件有助于降低组件重量和成本。
●有机形状
通过消除尖角，并将形状从以制造为导向调整为以性能为导向，减少歧管内的湍流和滞流区。
●减少部件数量并提高密封防漏性
增材制造能够将多部件组装件整合为更少的甚至单个组件。通过减少或消除组装作业，可以消除已知的故障点，从而提高可靠性和组件使用寿命。
●形式追随功能
传统制造具有一定的局限性。当歧管的设计专门针对传统制造工艺时，必须相应地对歧管作出调整，这通常会增大部件原本所需的占用空间，或者必须降低性能。采用增材制造，可以更加轻松地根据歧管预期功能的理论最佳形式来设计和制造歧管，从而提升歧管性能。
1.增材制造设计提示
要充分利用增材制造，针对增材制造开展设计非常重要。当然设计并不是在现有技术上进行修改，而是从希望实现的功能以及设计约束条件出发，重新开始设计。
2.文件准备
恰当的文件准备同时考虑了打印流程和3D打印流体歧管的后处理。在后处理环节中，某些操作可能会受到限制，例如无法对内部特征执行数控加工操作，因此应在进行增材制造流体歧管设计之初，考虑到后处理工艺。
3.打印设置和参数
金属3D打印设备（如 DMP Flex 350 ）的参数经过验证，可以为用户提供内置增材制造专业知识，向任何增材制造熟练程度的用户推荐使用。
4.后处理
一般情况下，建议使用液体来清洁和抛光，因为液体清洁和抛光工艺更适合采用增材制造生产的有机复杂形状。此外，建议流体歧管增材制造用户从后处理环节中获取相关反馈，并使用这些见解来改善和改进部件设计或文件准备两个方面。
5.增材制造解决方案组成部分
/ 金属3D打印
GF加工方案通过软件，基于粉末床激光熔化的金属3D打印设备和后处理设备，以及专利设计的System 3R夹具，这三股平行工作流程，为复杂金属零件提供从设计到成品交付的完整增材制造解决方案。
例如上图所示高温合金双壁涡轮增压器增材制造解决方案是由GF 加工方案 AMotion Center 应用中心（瑞士）针对用户需求开发的。GF加工方案位于上海的 AMotion Center 应用中心，专为中国制造业用户推进增材制造应用，实现产品创新提供技术先进解决方案的支持。
/ 软件
3DXpert®是GF合作伙伴3D Systems的集成式增材制造工作流程软件，涵盖从设计和文件准备到打印设置和参数的所有流程。
/ 材料
•钛合金等级Gr5/Gr23
•铬镍铁合金718/625
•铝合金
•不锈钢316L
增材制造能够提升流体歧管的性能，并通过其带来的优势（例如减少部件数量和组装工作）延长整个系统的使用寿命。成功实施增材制造，在于将制造部件所花费的成本，转化为整体的附加价值。对于半导体制造装备等极具高附加值的装备来说，通过增材制造技术对其中的零部件进行性能升级，是个值得探索的方向。
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