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制作工装夹具,为什么越来越多企业改用3D打印?

*文章来源:中关村在线

 

工装夹具是一种工具,它在引导切削或加工工具进行特定操作,同时保持和支撑工件,如最常见的钻模类型,它将钻头导向所需的位置。夹具又称卡具,从广义上说,在工艺过程中的任何工序,用来迅速、方便、安全地安装工件的装置,都可称为夹具。例如焊接夹具、检验夹具、装配夹具、机床夹具等。生产工装夹具的工艺有多种,其中,以CNC技术最为熟知。但随着3D打印技术不断地成熟发展,不少制造商也开始利用3D打印机来定制夹具。

 

为什么相比CNC外包,越来越多企业选择使用3D打印制作工装夹具?因为3D打印能帮助制造业实现以更低成本,进行更快速敏捷交付。

 

3D打印助力SpaceX航天部件翻修工作

 

 

作为SpaceX的重要供应商之一,Elite Aerospace负责承担于SpaceX部分航天部件的翻修工作。如何满足SpaceX回收后快速重复发射的商业模式,成为了公司工作的重中之重。由于每次发射的火箭都有迭代,且实际损耗的部位不同,无法提前预知。因此如何快速地定制开发出夹具成为了Elite Aerospace在承接SpaceX的猎鹰火箭翻修任务中最大的挑战之一。

 

在SpaceX研发人员的推荐下,Elite Aerospace公司开始使用3D打印机来制作夹具。在使用3D打印技术后,他们不仅达到了SpaceX的交付时间要求,同时也为整个项目节省了数百万美元的经费。

 

而作为面向制造业企业使用的3D打印设备,原型制作和工装夹具是Pro2系列用户使用最多的两个应用场景,在打印任务和工装产线的需求中,约有15% 都与之相关。Raise3D 的Pro2系列是一款基于FDM/FFF 3D打印技术的3D打印机,FDM/FFF 熔融沉积成型,和传统的注塑成型工艺接近,是一种将各种热塑性的材料(PLA、ABS或尼龙等材料)加热熔化,再逐层堆积的制作技术,这种技术的特点在于可以,一机多用,同时兼容多种熔点在300℃以内的材料。

 

图 | Raise3D支持的夹具使用材料种类十分丰富

 

多项材料的选择满足了不同的工业客户的需求,尽管都是顶尖的工业客户,但根据行业或者使用场景而言,每一家企业对于材料的使用偏好也会有所不同。如Tesla偏好使用PETG材料,相较于一般打印使用的PLA或者ABS材料,PETG除了较易打印之外,还具有一定的韧性,在夹具装配时不会刮伤车漆表面,并且对于一般的汽车用油,清洁剂、肥皂液等具有一定的耐化学性能。

 

而波音公司则更多地使用Raise3D的设备打印通用的PLA材料。PLA(聚乳酸) 是一种生物基热塑性高分子材料,具有优异的生物可降解性,是最为常用的3D打印材料。它除了可以满足超大尺寸零件打印的同时,材料价格还非常便宜(每公斤仅20-30美元),并且拥有鲜艳的各种颜色选择,波音公司通常选择橙色、黄色或者鲜绿等亮眼的颜色,以区别不同的定位体系,这对于飞机装配定位的准确性和快速辨认非常有帮助。

 

用户案例

 

 

意大利3D打印工作室Forma在为建筑工作室批量定制木头钻孔夹具时,采用了多色的PLA耗材,用以明确朝向。在打印时还充分利用了Raise3D E2复制模式的优势,同时打印制作两个夹具,节约了一半的生产时间。

 

当需要制作一些更高性能、耐高温,可替代铝合金的轻量化部件时,则可以选择如尼龙12碳纤维增强复合耗材。通过碳纤维短纤维的增强,使打印的零件拥有卓越的刚性和强度,良好的耐热性、并具有优异的强度/重量比。

 

 

与传统CNC制造的铝合金部件相比,制作的夹具重量轻了接近3倍,以其小批量定制的需求预估成本,无论是生产或是时间成本,都可以大幅减少。

 

当可以通过“以塑代钢”的方式大幅减少CNC加工后,夹具的加工时间缩短了50-70%,价格也比外发给长江、珠三角的CNC加工更便宜。

 

对于诸如日本、韩国、台湾等发达的制造产业地区来说,Raise3D的3D打印机系列逐渐成为首选产品。根据IDC日本分部的统计,Pro2系列在2018-2020年间,连续三年成为日本地区最畅销的3D打印设备,至2021年, Pro2系列在全球的销量达到20,000台。

 

随着国内3D打印市场的逐渐成熟,2019年Raise3D开始启动国内市场。目前在国内为上汽、商飞、特斯拉、安波福、大疆、SKF等企业的研发部门和生产部门的工程师提供3D打印设备。

 

上月,我们基于真实的用户数据,举行了一场关于工装夹具应用的研讨会,围绕着3D打印夹具案例、材料选择以及成本预估等方面探讨:“工厂究竟需要什么样的3D打印机?”

 

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