制作工装夹具，为什么越来越多企业改用3D打印？Raise3D

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。

相比CNC外包，为什么越来越多企业选择使用3D打印制作工装夹具？
——更低成本，更快速敏捷交付

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。

而这款由SpaceX公司向Elite Aerospace推荐的，用于制作翻修火箭夹具的设备正是Raise3D公司生产的Pro2 Plus打印机，而令人意外的是这款受到SpaceX推荐的3D打印机竟是由一家100%的国内科技公司出品。

由于Raise3D早年一直在海外销售，业内一度误认为Raise3D公司是一家如HP或苹果公司一样的，诞生自车库中的硅谷创业公司。事实上Raise3D是一家国内硬科技出海企业，自2015年在美国众筹网站Kickstarter上发布第一款产品后，其选择在美国加州建立分公司，正式销售专业级3D打印设备——价格在2,500-20,000美元的，面向企业级市场使用的3D打印机。凭借大尺寸和高精度两个亮点，在大洋彼岸备受制造业公司的青睐，并成为波音、SpaceX和洛马等公司的3D打印设备供应商。作为一家国内企业，这在美国市场是很罕见的。


△希尔空军基地的官兵正在使用Raise3D打印机

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。

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。

△意大利的家具钻孔夹具，由不同颜色的PLA打印定制而成，以明确朝向

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。Raise3D的3D打印机系列自然而然成为日本、韩国、台湾等发达的制造产业地区的首选产品。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。

根据调研机构Context 2022年最新年度报告，Raise3D 在最近5年市场的全球市场占有率不断增长，已超过过去的桌面打印机明星公司MakerBot，进入了全球专业级3D打印机的前三。

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。来源/中关村在线