這是夾具俠與Markforged公司合作舉行的“3D打印夾具技術研討會”第一部分內容回顧，本篇中你將看到3D打印產品和材料的講解，以及在快速原型、生產工具、最終零件上的應用實例。
3D打印產品與材料講解
Markforged公司2013年成立於麻省理工學院，2014年出貨第一臺打印機，但很快在2017年Q1的時候就實現了300%的增長。主要投資者有像西門子，保時捷，Microsoft這些比較強勢的大公司。
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3D打印機應用目前涵蓋了大部分的工業類型，比如航天工業，汽車裝備，政府，還有消費類產品，醫療產品，鞋業，學校等。一些大品牌公司比如寶馬，TOYOTA，西門子，耐克這些公司都在用3D打印產品。
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首先分享的是連續增強塑料系列產品，桌面型和產業方案兩個系列，其材料都是圖中一卷一卷的塑料卷，包括纖維也是做成一卷一卷的。
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上圖左邊表格中，縱軸是彎曲強度，橫軸是彎曲應變。Markforged打印機塑材有兩種，一種是尼龍複合了碳纖維的材料，另外一種是尼龍。可以看到光這個Onyx就比平常一般打印使用ABS 材料強度高1.3倍。右圖展示的四種纖維材料，包括碳纖維，高溫高強玻璃纖維，波纖還有另外一種叫凱夫拉的纖維。碳纖跟高溫高強玻纖的強度都比6061鋁合金的強度高，所以之前的3d打印技術普遍都應用在手板原型方面，不用在夾具上面是因為材料強度不夠，太脆。而這項技術它的定位就在製做夾具和最終產品上面。
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以上組圖都是關於材料的描述。Onyx是尼龍跟短碳纖材料的複合材料，特點是有比較出眾的表面，強度比較高而且可以通過加纖維繼續增強。尼龍具有比較好的柔韌性，同樣也可以通過加纖維去增強。纖維方面有四種：碳纖維，凱夫拉，玻璃纖維和高溫高強玻璃纖維。碳纖維是這幾種纖維裡面強度最高的，密度只有1.4，強度比6061鋁合金還要高。凱夫拉韌性非常好，適用於一些要求耐衝擊度比較高的零件，比如像齒輪之類的一些零件，或者是會受衝擊的這種切割的夾具。玻璃纖維是成本在這四種纖維裡比較低的，綜合性能會比較好。高溫高強纖維的特點是熱變形溫度能達到150度，強度是這四種纖維裡面第二強的。
3D打印技術應用案例
3D打印技術主要的應用分為三大類：快速原型，生產工具，最終零件。快速原型方面，3D打印在做手板上的應用廣泛，已經取代了不少CAD或者開快速模具的方法。
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來看第一個案例，美國的TurretLathe Specialists Inc這家公司是做機床加工服務的廠商，他們在做出原型之後，可以快速驗證。還有在產品沒有做出來之前就可以在三次元測量機先把測量程序先編好，節省整個開發時間。從ROI投資分析表可以看到，加工成本原來是3100美金，現在只需要63美金，節省了97%的成本。在時間上面，原來是需要差不多一週的時間，現在就只需要60個小時，節省了50%的時間。
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3D打印在手板上面的應用比較廣泛，本次分享的重頭戲是在生產工具上面的應用。Markforged技術在銑床的夾具，焊接夾具，還有工業機器人的夾手和檢具上面都可以應用。
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另一種應用是自動產線的支架。現在很熱門的概念是工業4.0和中國製造2025，很多產線要由原來的人工產線升級成自動化生產線，如果全都買新的話投入很大，而在原來的基礎上面去加裝和重新設計的話就會需要一些定製化的工具。
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在機械臂上面，比如說這種吸盤式的機械臂，使用3D打印吸盤的強度比鋁高，但質量比較輕。所以用打印的方法可以增加多個吸盤，增加產量。
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GE打印的檢測夾具，值得一提的是，這種噴嘴產品用3D打印機做夾具能夠很容易做一些跟產品形狀反向倒吹，一模一樣的夾具。3D打印做這種夾具跟傳統加工的優勢就是，越複雜的東西反而不會增加成本。
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來自Dixon Valve的案例，其有大量的在使用發那科的機械臂去做兩個加工中心間的轉移，而且產品很多，每一款產品都需要一個夾具。這種夾具的需求量很大時，外發或者是自己加工週期都會比較長。另外管道配件還需要有耐化學腐蝕性。剛好Onyx材料具有比較好的化學抗性，再加上纖維增強強度，用來做夾手後把機械臂生產夾具的週期從72小時縮短到了24小時以內。
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來自Arrow Global的案例，應用是生產客車。原來使用PLA或者ABS打印，但是材料太脆滿足不了要求。而用尼龍加碳纖維材料去做這個鑽孔夾具，裝配夾具，優點是工件在裡面夾持加工時，因為塑料硬度沒有金屬硬，不會損傷塑料工件表面。同時夾具輕量化，生產搬運過程中就很省力。
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還有在衝壓上的應用。很多汽車的一些金屬零配件，原來都是需要在做量產模之前開一套快速磨，用鋁金屬或者便宜的鋼材去做一套軟模，壓出幾個產品做測試。用Onyx打印再加金屬插件來增強這個打印模具表面，塑料打印的模具經過纖維增強和金屬插件的增強，能夠成功地完成這個衝壓的過程。
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在最終零件上面的應用主要是利用3D打印機來做一些複雜的零件，比如說像360度的鏡頭架,傳統加工幾乎不可能做到這種360度的鏡頭架，用3D打印就輕而易舉可以做到。
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除了Markforged的案例之外，業內也有很多其他公司在使用3D打印製作夾具。比如第一個的裝配夾具。設計的輔助工具直接打印出來，讓工人比較方便去完成插排線的工作。下面這個是一個鼠標打螺絲的夾具，同樣利用了3D打印的優點，夾具設計成跟這個鼠標一模一樣的形狀，固定良好不會晃動。
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現代摩比斯的檢具，用於汽車零配件。圖中看到一整個中控臺的檢具，把它分成不同的支撐點模塊，按照它要支撐的地方設計成相應形狀，然後用3D打印的方式去做，這樣的工藝成本很低，鑄造時間也非常短，經過這種連續累加的工藝去做，每年的交付時間比原來的工藝減少了117天。
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除了裝配夾具檢具之外，在自動生產線工裝和配件上，3D打印也有很好的發揮。如機器人的夾手，吸盤，自動生產線複雜形狀的夾持器，還有自動生產線備件等。
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來自寶馬的案例。這種夾具重量比較重，而且作業把手部分比較纖細，以至於工人操作久了會不舒服。重新設計的夾具握手部分變粗，符合更舒適的人體工學。
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來自歐寶的案例。這是一個裝車窗、車頂、玻璃的工裝，使用3D打印起到輕量化的作用，強度也能夠滿足使用要求。
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最後是QA上電子測試的工具。比如電子檢測的夾具，三次元測量固定的夾具，產線功能測試的定製化檢具等都有相關應用。
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