制作工裝夾具，為什么越來越多企業(yè)改用3D打印？

Raise3D復(fù)志科技

2022年12月5日 10:37

* 文章來源：中關(guān)村在線

工裝夾具是一種工具，它在引導(dǎo)切削或加工工具進行特定操作，同時保持和支撐工件，如最常見的鉆模類型，它將鉆頭導(dǎo)向所需的位置。夾具又稱卡具，從廣義上說，在工藝過程中的任何工序，用來迅速、方便、安全地安裝工件的裝置，都可稱為夾具。例如焊接夾具、檢驗夾具、裝配夾具、機床夾具等。生產(chǎn)工裝夾具的工藝有多種，其中，以CNC技術(shù)最為熟知。但隨著3D打印技術(shù)不斷地成熟發(fā)展，不少制造商也開始利用3D打印機來定制夾具。

為什么相比CNC外包，越來越多企業(yè)選擇使用3D打印制作工裝夾具？因為3D打印能幫助制造業(yè)實現(xiàn)以更低成本，進行更快速敏捷交付。

3D打印助力SpaceX航天部件翻修工作

作為SpaceX的重要供應(yīng)商之一，Elite Aerospace負責(zé)承擔于SpaceX部分航天部件的翻修工作。如何滿足SpaceX回收后快速重復(fù)發(fā)射的商業(yè)模式，成為了公司工作的重中之重。由于每次發(fā)射的火箭都有迭代，且實際損耗的部位不同，無法提前預(yù)知。因此如何快速地定制開發(fā)出夾具成為了Elite Aerospace在承接SpaceX的獵鷹火箭翻修任務(wù)中最大的挑戰(zhàn)之一。

在SpaceX研發(fā)人員的推薦下，Elite Aerospace公司開始使用3D打印機來制作夾具。在使用3D打印技術(shù)后，他們不僅達到了SpaceX的交付時間要求，同時也為整個項目節(jié)省了數(shù)百萬美元的經(jīng)費。

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作為面向制造業(yè)企業(yè)使用的3D打印設(shè)備，原型制作和工裝夾具是Raise3D Pro2系列用戶使用最多的兩個應(yīng)用場景，在打印任務(wù)和工裝產(chǎn)線的需求中，約有15% 都與之相關(guān)。

Raise3D 的Pro2系列是一款基于FDM/FFF 3D打印技術(shù)的3D打印機，F(xiàn)DM/FFF 熔融沉積成型，和傳統(tǒng)的注塑成型工藝接近，是一種將各種熱塑性的材料（PLA、ABS或尼龍等材料）加熱熔化，再逐層堆積的制作技術(shù)，這種技術(shù)的特點在于可以，一機多用，同時兼容多種熔點在300℃以內(nèi)的材料。

圖 | Raise3D支持的夾具使用材料種類十分豐富

多項材料的選擇滿足了不同的工業(yè)客戶的需求，盡管都是頂尖的工業(yè)客戶，但根據(jù)行業(yè)或者使用場景而言，每一家企業(yè)對于材料的使用偏好也會有所不同。

如Tesla偏好使用PETG材料，相較于一般打印使用的PLA或者ABS材料，PETG除了較易打印之外，還具有一定的韌性，在夾具裝配時不會刮傷車漆表面，并且對于一般的汽車用油，清潔劑、肥皂液等具有一定的耐化學(xué)性能。

而波音公司則更多地使用Raise3D的設(shè)備打印通用的PLA材料。

PLA（聚乳酸) 是一種生物基熱塑性高分子材料，具有優(yōu)異的生物可降解性，是最為常用的3D打印材料。它除了可以滿足超大尺寸零件打印的同時，材料價格還非常便宜（每公斤僅20-30美元），并且擁有鮮艷的各種顏色選擇，波音公司通常選擇橙色、黃色或者鮮綠等亮眼的顏色，以區(qū)別不同的定位體系，這對于飛機裝配定位的準確性和快速辨認非常有幫助。

用戶案例

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意大利3D打印工作室Forma在為建筑工作室批量定制木頭鉆孔夾具時，采用了多色的PLA耗材，用以明確朝向。在打印時還充分利用了Raise3D E2復(fù)制模式的優(yōu)勢，同時打印制作兩個夾具，節(jié)約了一半的生產(chǎn)時間。

當需要制作一些更高性能、耐高溫，可替代鋁合金的輕量化部件時，則可以選擇如尼龍12碳纖維增強復(fù)合耗材。通過碳纖維短纖維的增強，使打印的零件擁有卓越的剛性和強度，良好的耐熱性、并具有優(yōu)異的強度/重量比。

可打印的復(fù)合材料	耐溫 HDT （℃）	楊氏模量（Gpa）	拉伸強度（Mpa）	抗沖擊強度（Kj/㎡）
PET CF	108	6.2	63	27.8
PPA GF	147	4.9	89	6.0
PA CF	131	4.3	88	9.2
PPS CF	220	13	125	19.0

與傳統(tǒng)CNC制造的鋁合金部件相比，制作的夾具重量輕了接近3倍，以其小批量定制的需求預(yù)估成本，無論是生產(chǎn)或是時間成本，都可以大幅減少。

設(shè)備選擇	桌面級設(shè)備 Raise3D E2CF	工業(yè)級設(shè)備Raise3D RMF500	傳統(tǒng)焊接 +CNC
材料	尼龍?zhí)祭w	尼龍?zhí)祭w	鋁合金
材料成本	294元	294元	175元
設(shè)備損耗/外包成本	30元	130元	300元
總費用	324元	424元	475元
時間	31小時	16小時	3-4天

當可以通過“以塑代鋼”的方式大幅減少CNC加工后，夾具的加工時間縮短了50-70%，價格也比外發(fā)給長江、珠三角的CNC加工更便宜。

對于諸如日本、韓國、臺灣等發(fā)達的制造產(chǎn)業(yè)地區(qū)來說，Raise3D的3D打印機系列也逐漸成為首選產(chǎn)品。根據(jù)IDC日本分部的統(tǒng)計，Pro2系列在2018-2020年間，連續(xù)三年成為日本地區(qū)最暢銷的3D打印設(shè)備，至2021年， Pro2系列在全球的銷量達到20,000臺。

隨著國內(nèi)3D打印市場的逐漸成熟，2019年Raise3D開始啟動國內(nèi)市場。目前在國內(nèi)為上汽、商飛、特斯拉、安波福、大疆、SKF等企業(yè)的研發(fā)部門和生產(chǎn)部門的工程師提供3D打印設(shè)備。

直播回放

我們基于真實的用戶數(shù)據(jù)，舉行了一場關(guān)于工裝夾具應(yīng)用的研討會，圍繞著3D打印夾具案例、材料選擇以及成本預(yù)估等方面探討：

“工廠究竟需要什么樣的3D打印機？”