夾具是製造過程中使用非常普遍的工具，在零件機械加工、裝配、質量檢測等各環節中都會用到夾具。夾具在簡化整體操作，保證最終產品的質量可靠性、質量可重複方面發揮了重要作用。在製造中除了會用到虎鉗、夾頭等“現成”夾具，還會需要很多定製夾具，這些定製夾具是專為特定機器上的特定操作而設計與製造的。
近年來，3D打印技術在夾具製造中佔有日益重要的地位，包括寶馬、福特、大眾汽車、波音、捷普在內的大型製造商都已在產線中使用3D打印的夾具。
那麼，這些製造生產企業為什麼使用3D打印技術製造所需夾具？他們看重3D打印在夾具製造中的什麼優勢？ 本期，3D科學谷結合大型合約製造商捷普的3D打印夾具應用情況，以及Stratasys 公司夾具製造解決方案的應用情況來進一步瞭解這些問題。
快速響應企業對夾具的迭代需求
全球著名的電子合約製造服務商捷普（Jabil）可以說是將3D打印技術用於塑料零部件生產的先行者，捷普引入其合作伙伴惠普的多射流熔融3D打印機，為客戶生產小批量的塑料零部件，在這些應用中3D打印技術替代了傳統的注塑工藝。
但目前3D打印塑料零部件只佔捷普生產量的一小部分，捷普每年在製造過程中生產數百萬個零部件，在生產過程中他們需要使用很多夾具，所以通過3D打印技術製造生產中所需夾具也是捷普3D打印應用的重要領域。捷普所應用的技術包括惠普的多射流熔融和熔融沉積成形（FDM）技術。
捷普用FDM 3D打印技術製造的裝配夾具，圖片來源：TCT Magazine
對於3D打印技術在夾具製造中的優勢，很多情況下被強調的是顯著降低夾具製造成本以及提高夾具設計的靈活性，但捷普表示他們更重視的是3D打印夾具製造技術的快速和靈活性。
雖然夾具只是製造過程中的一種輔助性工具，但是能否根據生產線的需求，靈活而快速的設計、製造出所需夾具，將對整個生產流程和生產效率產生影響。
像捷普這樣的大型製造企業，對持續改進生產流程和精益生產有著很高要求，他們也會因此而不斷的需要迭代生產過程中用到的裝配夾具，而3D打印作為一種無模具的直接製造技術，在快速製造迭代夾具方面比傳統制造技術更加靈活。
自動化的3D打印夾具設計解決方案
基於3D打印技術製造夾具，除了能夠靈活、快速的製造企業所需的夾具之外，還將為夾具的設計帶來更高自由度，在這個基礎上，夾具設計師可以設計功能一體化的夾具或者是輕量化的夾具，有時3D打印熱塑性塑料夾具還能夠替代傳統的金屬夾具。
以下是幾種具有代表性的適合用3D打印製造的夾具：
在產品的初始生產和裝配階段以及零件加工階段所需的夾具，通常可以使用3D打印技術製造，以降低夾具製造成本，解決夾具設計的難題，提升夾具的準確性。
Stratasys 工業級FDM 3D打印機以及Ultem 9085材料製造的工具
如果製造企業所生產的產品預期將會進行頻繁的迭代，或者是所需夾具、工具使用週期很短，那麼通過3D打印技術製造這些夾具、工具是一種很好的解決方案，因為3D打印在製造定製化夾具方面更加經濟、高效。例如，寶馬的北美工廠，使用Stratasys的工業級FDM 3D打印技術製造ABS 夾具，其中一款用於裝配和測試保險槓的3D打印夾具，製造週期由18天縮短至1.5天。
Oreck用Stratasys FDM 3D打印技術製造的夾具
裝配、質量檢測等環節中所需的複雜固定夾具。以質量檢測中所需夾具為例，3D打印技術可以製造符合嚴格規格的高精度檢測固定夾具，滿足零件質檢的要求。例如，真空吸塵器製造商Oreck公司是3D打印夾具的早期使用者，他們使用Stratasys的工業級FDM 3D打印技術製造質量檢測所需的夾具，與傳統制造相比，3D打印技術節省了Oreck 78％的定製夾具成本，其中一個質量檢測夾具製造成本從250美元將至55美元。
雖然，採用3D打印技術製造夾具具有特有優勢，但對於製造企業中缺乏3D打印應用經驗夾具工程師來說，如果設計過程不易掌握，所需的學習週期太長，顯然是不利於他們應用這一技術的。
自動化3D打印夾具設計軟件的出現，有助於解決以上痛點，幫助製造企業掌握這一技術，有效利用3D打印在製造輕量化、功能一體化夾具方面的優勢。
根據3D科學谷的瞭解，Stratasys 發佈了一款Jigs and Fixtures for GrabCAD Print （GrabCAD Print工裝夾具版），這款軟件可簡化與工具快速製作有關的打印準備工作，提高其自動化程度。該軟件實現了幾個複雜且耗時的處理步驟的自動化，並且其工作流中不再需要多個程序同時運行，並且能夠接受本機CAD設計，保持零件的原始設計意圖，設計師無需再將其CAD設計轉換為STL文件。這個功能的優勢是避免在轉換過程中丟失關鍵信息的風險，同時幫助夾具設計人員和製造工程師簡化從設計到零件的工作流程，即使是沒有3D打印經驗的夾具設計師、工程師，也能夠更加便利的應用3D打印製造夾具。
Wohlers 2018 報告指出，有7.3% 應用3D打印技術的企業使用3D打印製造所需夾具。在3D科學谷看來，未來這一比例會更高，特別是隨著更加簡單易用的自動化3D打印夾具設計解決方案的出現與完善，更多製造企業將因需要一種更加高效、經濟的夾具製造方案而應用3D打印技術。
TCT Magazine. Why 3D printing jigs and fixtures “makes perfect sense” ?
Stratasys. 3D PRINTING JIGS & FIXTURE FOR THE PRODUCTION FLOOR
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