夹具和固定装置等制造辅助工具在金属加工中对于确保精度、可重复性和效率至关重要。但是，使用传统方法生产夹具和固定装置可能需要几周时间，成本高达 1,000 美元，并且几何形状有限。Red Oak Fabrication 是爱荷华州西南部的一家机械车间，它使用立体光固化成型 （SLA） 3D 打印在数小时内生产出定制夹具，价格仅为 CNC 加工的十分之一，并且具有复杂的几何形状。

Red Oak Fabrication 生产钢、不锈钢和铝产品。他们专注于精密等离子、激光和水射流切割、CNC 操作、喷砂、粉末喷涂、钣金成型和先进的机器人焊接。焊接，主要是金属惰性气体 （MIG） 焊接，是他们活动的很大一部分，拥有 15 个手动焊接站和 3 个自动化机器人焊接单元。

“3D 打印开辟了一个简单的中间地带。我可以在几天内从设计到成品夹具，而不是几个月。

Taylor Smith，Red Oak Fabrication 的制图和工程经理

在 3D 打印之前，Red Oak Fabrication 有两种内部制造焊接夹具的方法：

• 将钣金件安装在一起：简单且经济实惠，但不准确。
• CNC 加工以制造高质量的金属夹具，但成本高且交货时间长。

这让他们对需要更快周转的中小型订单感到困惑。为了解决这一差距，他们引入了 Form 3L SLA 3D 打印机，可在一天内 3D 打印出准确而坚固的夹具和固定装置，而成本和时间比以前的方法减少了 90%。

实现复杂几何形状

“管道上的夹具几乎不可能加工。您将永远花费以 3D 打印以外的方式制作其中之一。如果我们用金属制作夹具，它的质量会更低，可靠性也会减小。这对操作员来说会有更多的工作。3D 打印简化了流程。

Taylor Smith，Red Oak Fabrication 的制图和工程经理

CNC 加工会限制可以生产的夹具的几何形状。相比之下，使用 3D 打印很容易获得几何形状。SLA 3D 打印可用于创建复杂的内部特征，如通道、底切和空心结构，并允许壁厚约为 2-3 毫米的精准、复杂的设计。此外，SLA 适合精细细节和光滑表面，这可以提高性能并减少成本。

这种几何形状很复杂，很难加工。这个夹具进行了数千次焊接，并且仍然有效，尽管由于靠近焊缝，它的颜色随着时间的推移从白色变成了黑色。

3D 打印夹具：几个月内几天的成本仅为十分之一

无论要使用它生产多少零件，设计和加工夹具所需的时间都是相同的。对于 Red Oak Fabrication，生产用于中小型作业的夹具所需的时间和成本与大型作业一样长，成本也一样多。

然而，借助 3D 打印，Red Oak Fabrication 发现他们可以节省近 90% 的成本，并将夹具生产的周转时间从几个月缩短到几天。此外，如果需要对设计进行更改，可以轻松实现和打印这些更改，而不会浪费时间，并且成本低。

焊接夹具成本分析

满足生产要求的材料：Rigid 10K Resin

焊接操作通常达到几千摄氏度的温度，这对聚合物模具来说是一个具有挑战性的环境。因此，该团队选择使用 Rigid 10K Resin 进行打印，这是一种坚硬的玻璃填充材料，其热变形温度 （HDT） 为  238 °C @ 0.45 MPa。

由于夹具不直接与焊缝接触，并且加工时间仅为 10 秒左右，因此工具不会过度加热。白色材质上会出现一些黑化，但不会影响性能。但是，如果夹具坏了，可以在短短几个小时内重新打印替换件。

90% 的焊接是用钢完成的，加上一些铝和不锈钢。与金属夹具不同，焊接 BB（由飞溅的熔融金属形成的液态金属钻头）不会粘在 3D 打印的塑料夹具上，这意味着 3D 打印夹具不需要清洁。

注意：对于超声波焊接或点焊等低温焊接工艺，可以使用 Nylon 12 Powder on Fuse 系列选择性激光烧结 （SLS） 3D 打印机 3D 打印夹具。

胜任这项工作的夹具

在 Red Oak Fabrication，大多数单个焊接夹具每月使用 1,000 多次，使用 Rigid 10K Resin 3D 打印的夹具经得起频繁使用。

开始 3D 打印夹具和固定装置

3D 打印夹具为 Red Oak Fabrication 节省了时间和成本，同时能够生产具有复杂几何形状的夹具，这是 CNC 加工无法实现的。Formlabs Form 3L SLA 3D 打印机的建模体积大，这意味着 Red Oak Fabrication 可以在一个构建中打印大型夹具或多个小型夹具，以便多个焊接站可以同时开始工作。