这是夹具侠与Markforged公司合作举行的“3D打印夹具技术研讨会”第一部分内容回顾，本篇中你将看到3D打印产品和材料的讲解，以及在快速原型、生产工具、最终零件上的应用实例。
3D打印产品与材料讲解
Markforged公司2013年成立于麻省理工学院，2014年出货第一台打印机，但很快在2017年Q1的时候就实现了300%的增长。主要投资者有像西门子，保时捷，Microsoft这些比较强势的大公司。
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3D打印机应用目前涵盖了大部分的工业类型，比如航天工业，汽车装备，政府，还有消费类产品，医疗产品，鞋业，学校等。一些大品牌公司比如宝马，TOYOTA，西门子，耐克这些公司都在用3D打印产品。
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首先分享的是连续增强塑料系列产品，桌面型和产业方案两个系列，其材料都是图中一卷一卷的塑料卷，包括纤维也是做成一卷一卷的。
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上图左边表格中，纵轴是弯曲强度，横轴是弯曲应变。Markforged打印机塑材有两种，一种是尼龙复合了碳纤维的材料，另外一种是尼龙。可以看到光这个Onyx就比平常一般打印使用ABS 材料强度高1.3倍。右图展示的四种纤维材料，包括碳纤维，高温高强玻璃纤维，波纤还有另外一种叫凯夫拉的纤维。碳纤跟高温高强玻纤的强度都比6061铝合金的强度高，所以之前的3d打印技术普遍都应用在手板原型方面，不用在夹具上面是因为材料强度不够，太脆。而这项技术它的定位就在制做夹具和最终产品上面。
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以上组图都是关于材料的描述。Onyx是尼龙跟短碳纤材料的复合材料，特点是有比较出众的表面，强度比较高而且可以通过加纤维继续增强。尼龙具有比较好的柔韧性，同样也可以通过加纤维去增强。纤维方面有四种：碳纤维，凯夫拉，玻璃纤维和高温高强玻璃纤维。碳纤维是这几种纤维里面强度最高的，密度只有1.4，强度比6061铝合金还要高。凯夫拉韧性非常好，适用于一些要求耐冲击度比较高的零件，比如像齿轮之类的一些零件，或者是会受冲击的这种切割的夹具。玻璃纤维是成本在这四种纤维里比较低的，综合性能会比较好。高温高强纤维的特点是热变形温度能达到150度，强度是这四种纤维里面第二强的。
3D打印技术应用案例
3D打印技术主要的应用分为三大类：快速原型，生产工具，最终零件。快速原型方面，3D打印在做手板上的应用广泛，已经取代了不少CAD或者开快速模具的方法。
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来看第一个案例，美国的TurretLathe Specialists Inc这家公司是做机床加工服务的厂商，他们在做出原型之后，可以快速验证。还有在产品没有做出来之前就可以在三次元测量机先把测量程序先编好，节省整个开发时间。从ROI投资分析表可以看到，加工成本原来是3100美金，现在只需要63美金，节省了97%的成本。在时间上面，原来是需要差不多一周的时间，现在就只需要60个小时，节省了50%的时间。
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3D打印在手板上面的应用比较广泛，本次分享的重头戏是在生产工具上面的应用。Markforged技术在铣床的夹具，焊接夹具，还有工业机器人的夹手和检具上面都可以应用。
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另一种应用是自动产线的支架。现在很热门的概念是工业4.0和中国制造2025，很多产线要由原来的人工产线升级成自动化生产线，如果全都买新的话投入很大，而在原来的基础上面去加装和重新设计的话就会需要一些定制化的工具。
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在机械臂上面，比如说这种吸盘式的机械臂，使用3D打印吸盘的强度比铝高，但质量比较轻。所以用打印的方法可以增加多个吸盘，增加产量。
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GE打印的检测夹具，值得一提的是，这种喷嘴产品用3D打印机做夹具能够很容易做一些跟产品形状反向倒吹，一模一样的夹具。3D打印做这种夹具跟传统加工的优势就是，越复杂的东西反而不会增加成本。
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来自Dixon Valve的案例，其有大量的在使用发那科的机械臂去做两个加工中心间的转移，而且产品很多，每一款产品都需要一个夹具。这种夹具的需求量很大时，外发或者是自己加工周期都会比较长。另外管道配件还需要有耐化学腐蚀性。刚好Onyx材料具有比较好的化学抗性，再加上纤维增强强度，用来做夹手后把机械臂生产夹具的周期从72小时缩短到了24小时以内。
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来自Arrow Global的案例，应用是生产客车。原来使用PLA或者ABS打印，但是材料太脆满足不了要求。而用尼龙加碳纤维材料去做这个钻孔夹具，装配夹具，优点是工件在里面夹持加工时，因为塑料硬度没有金属硬，不会损伤塑料工件表面。同时夹具轻量化，生产搬运过程中就很省力。
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还有在冲压上的应用。很多汽车的一些金属零配件，原来都是需要在做量产模之前开一套快速磨，用铝金属或者便宜的钢材去做一套软模，压出几个产品做测试。用Onyx打印再加金属插件来增强这个打印模具表面，塑料打印的模具经过纤维增强和金属插件的增强，能够成功地完成这个冲压的过程。
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在最终零件上面的应用主要是利用3D打印机来做一些复杂的零件，比如说像360度的镜头架,传统加工几乎不可能做到这种360度的镜头架，用3D打印就轻而易举可以做到。
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除了Markforged的案例之外，业内也有很多其他公司在使用3D打印制作夹具。比如第一个的装配夹具。设计的辅助工具直接打印出来，让工人比较方便去完成插排线的工作。下面这个是一个鼠标打螺丝的夹具，同样利用了3D打印的优点，夹具设计成跟这个鼠标一模一样的形状，固定良好不会晃动。
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现代摩比斯的检具，用于汽车零配件。图中看到一整个中控台的检具，把它分成不同的支撑点模块，按照它要支撑的地方设计成相应形状，然后用3D打印的方式去做，这样的工艺成本很低，铸造时间也非常短，经过这种连续累加的工艺去做，每年的交付时间比原来的工艺减少了117天。
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除了装配夹具检具之外，在自动生产线工装和配件上，3D打印也有很好的发挥。如机器人的夹手，吸盘，自动生产线复杂形状的夹持器，还有自动生产线备件等。
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来自宝马的案例。这种夹具重量比较重，而且作业把手部分比较纤细，以至于工人操作久了会不舒服。重新设计的夹具握手部分变粗，符合更舒适的人体工学。
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来自欧宝的案例。这是一个装车窗、车顶、玻璃的工装，使用3D打印起到轻量化的作用，强度也能够满足使用要求。
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最后是QA上电子测试的工具。比如电子检测的夹具，三次元测量固定的夹具，产线功能测试的定制化检具等都有相关应用。
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