免费下载：《3D打印夹具和固定装置支持高效和有效生产》

来源：3DSYSTEMS

本电子书探讨增材制造(AM)在夹具和固定装置应用中的使用，并说明如何提高速度、成本和功能方面的生产支持。本电子书中所述应用情形仅浅析了增材制造可提供的生产支持。所选择的示例展示了在多种应用情形下通用的设计原则和技术能力的应用机会。

使用夹具和固定装置提高产值

无论是为获得特定部件或功能，还是保持多个部件一致，夹具和固定装置都帮助制造商保证制造过程稳定可靠，以便交付准确、优质的结果。

尽管用于生产夹具和固定装置的方法和材料已经超越了前些年所用的传统金属模具，但由于它们可带来的好处，它们仍然保有制造业重要组成部分的地位。

用于数控铣削的专业固定装置

增材制造是一种卓越的制造技术，采用此技术制造的夹具和固定装置在交付速度、生产成本和性能提升方面往往都优于传统生产的夹具和固定装置。
当最终装配使用带有配合面的部件时，通常需要铣削。

数控铣削所面临的常见挑战是主轴故障，该故障通常由于部件安装不当引起。在此情况下，牢靠的数控铣削固定装置可极大地改善操作并防止铣削部件和数控机床受损。

3D打印可使所制造的安全固定装置与生产的部件的实际尺寸而非部件的设计理想尺寸一致，有助于确保安全固定装置。
使用数字工作流程实施3D扫描、设计和打印，可制造出准确、稳定的数控铣削固定装置，与其他任何方法相比，每次都能够更加可靠地固定住部件。

图片为采用3DSystems选择性激光烧结技术(SLS)和DuraForm®PA（一种Nylon-12材料，坚固耐用，够承受振动）的3D打印模块化数控铣削固定装置。

由于3D打印固定装置比传统制造方法速度更快，3D打印为模块化固定装置设计，开启了新篇章。

通过识别生产用部件的主要偏差形式并3D打印出配合固定装置的一系列装配选项，3D打印提供了一种提高固定装置安全性的快速且经济的方法，减少了材料和时间浪费，从而创造更多利润。

与传统方法相比，采用选择性激光烧结技术制造部件可节省高达40%的成本，交付速度也更快。

通过新设计能力改进功能
如上方的数控机加工固定装置所示，增材制造使夹具和固定装置的设计与制造能够实现更高的复杂性和定制化。
由于3D打印逐层构建部件，设计方法不受减材制造的相同限制因素的限制。在与可用材料选项组合时，新的设计自由度使得新特征能够全面提高部件的功能。
除了更快、更经济地交付部件之外，3D打印可实现其他方法无法实现的复杂性和定制形状。建议设定部件性能目标并围绕这些目标开展部件设计，以便充分利用3D打印。

以下是您开始着手时需考虑的几个问题：
是否可以减去不必要的重量，以减少机器磨损？
创建符合人体工程设计的形状是否会提高工人的安全？
是否有任何优化机会可以简化下游工序？

对于制造各种能够通过多种方法进行优化的形状，例如通过拓扑优化、挖空处理或装配整合实现轻量化、针对应用情形或用户进行定制以及完成超出机加工范围的复杂、功能精细的细节，3D打印是一种相当经济的方法。

最佳设计实践
除了优化部件的最终功能之外，您还可以实施设计策略来优化部件本身。增材制造可实施大量设计策略，有助于您延长部件使用寿命、提高性能并限制不必要的磨损。

部分策略选项如下：

• 切掉尖角
• 通过轻量化策略（挖空处理、内部晶格结构、优化等）减少质量
• 针对预期使用情形进行设计与针对制造技术进行设计
  

3DSystems高级应用工程师团队可随时提供咨询，帮助您根据项目的具体需求实施这些策略。

经优化的钻具导向器
钻具导向器固定装置需要耐用且制造成本低。传统方法制造钻具固定装置因采用快速、简单的设计导致固定装置大且笨重。但传统制造方法并不是快速经济地获得钻具固定装置的唯一方法。

3D打印在制造速度和成本方面极具竞争力，同时可实现多种性能效率，从而改善固定装置的使用并改进下游工作流程。
3D打印的好处之一便是减轻了重量，操作员能够更加轻松地操作钻具固定装置。由于3D打印设计在减轻了重量之后需要的材料也更少，因此降低增材制造设计的重量就是降低成本。

速度是增材制造的一项多面优势。除了快速交付最终固定装置外，3D打印的快速制造速度还可加速设计迭代，从而在较短设计周期内最大化工具的效率。

此外，可以3D打印的复杂特征使工程师能够根据自己的具体需求定制工具。可在不改变最终制造时间或成本的情况下添加通风或冷却液通道等特征。

此处图片所示选择性激光烧结技术钻具导向器固定装置采用的材料是DuraForm®PA，固定装置还包括带真空吸尘器的除尘管道，以减少操作员接触空气中的碎片。同一个通道概念还可应用于加入一个冷却液管路，或惰性气体排放口，以减少氧气和火焰。

卡扣连接外壳
尽管大量生产任务均可通过手工完成，但结合3D打印，可以显著提高效率。

此固定装置由合同制造商PPI-TimeZero设计，目的是在清洁和运输过程中保护昂贵的电机。这些盖子尺寸稳定且不易碎，可用作卡扣连接部件装配于电机四周。该公司只需通过夹紧接缝即可密封盖子，立即实现防水以实施清洁。

在此解决方案之前，密封每台电机以便进行清洁要花费超过半个小时。在涉及50,000台电机的合同中，通过3D打印此固定装置，节约的人工工时也成倍增加。

另外一个好处是，这些盖子可作为重复使用的运输防护箱，确保这些昂贵部件的安全交付。

此应用使用3D Systems的MultiJet Printing(MJP)技术和VisiJet®工程级材料。VisiJet Pro Flex是一种低模量、半刚性材料，满足此任务对耐久性和功能的要求。
图片此3D打印应用帮助PPI-TimeZero平均每周节省40-50小时的时间。

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