夹具是制造过程中使用非常普遍的工具，在零件机械加工、装配、质量检测等各环节中都会用到夹具。夹具在简化整体操作，保证最终产品的质量可靠性、质量可重复方面发挥了重要作用。在制造中除了会用到虎钳、夹头等“现成”夹具，还会需要很多定制夹具，这些定制夹具是专为特定机器上的特定操作而设计与制造的。
近年来，3D打印技术在夹具制造中占有日益重要的地位，包括宝马、福特、大众汽车、波音、捷普在内的大型制造商都已在产线中使用3D打印的夹具。
那么，这些制造生产企业为什么使用3D打印技术制造所需夹具？他们看重3D打印在夹具制造中的什么优势？ 本期，3D科学谷结合大型合约制造商捷普的3D打印夹具应用情况，以及Stratasys 公司夹具制造解决方案的应用情况来进一步了解这些问题。
快速响应企业对夹具的迭代需求
全球著名的电子合约制造服务商捷普（Jabil）可以说是将3D打印技术用于塑料零部件生产的先行者，捷普引入其合作伙伴惠普的多射流熔融3D打印机，为客户生产小批量的塑料零部件，在这些应用中3D打印技术替代了传统的注塑工艺。
但目前3D打印塑料零部件只占捷普生产量的一小部分，捷普每年在制造过程中生产数百万个零部件，在生产过程中他们需要使用很多夹具，所以通过3D打印技术制造生产中所需夹具也是捷普3D打印应用的重要领域。捷普所应用的技术包括惠普的多射流熔融和熔融沉积成形（FDM）技术。
捷普用FDM 3D打印技术制造的装配夹具，图片来源：TCT Magazine
对于3D打印技术在夹具制造中的优势，很多情况下被强调的是显著降低夹具制造成本以及提高夹具设计的灵活性，但捷普表示他们更重视的是3D打印夹具制造技术的快速和灵活性。
虽然夹具只是制造过程中的一种辅助性工具，但是能否根据生产线的需求，灵活而快速的设计、制造出所需夹具，将对整个生产流程和生产效率产生影响。
像捷普这样的大型制造企业，对持续改进生产流程和精益生产有着很高要求，他们也会因此而不断的需要迭代生产过程中用到的装配夹具，而3D打印作为一种无模具的直接制造技术，在快速制造迭代夹具方面比传统制造技术更加灵活。
自动化的3D打印夹具设计解决方案
基于3D打印技术制造夹具，除了能够灵活、快速的制造企业所需的夹具之外，还将为夹具的设计带来更高自由度，在这个基础上，夹具设计师可以设计功能一体化的夹具或者是轻量化的夹具，有时3D打印热塑性塑料夹具还能够替代传统的金属夹具。
以下是几种具有代表性的适合用3D打印制造的夹具：
在产品的初始生产和装配阶段以及零件加工阶段所需的夹具，通常可以使用3D打印技术制造，以降低夹具制造成本，解决夹具设计的难题，提升夹具的准确性。
Stratasys 工业级FDM 3D打印机以及Ultem 9085材料制造的工具
如果制造企业所生产的产品预期将会进行频繁的迭代，或者是所需夹具、工具使用周期很短，那么通过3D打印技术制造这些夹具、工具是一种很好的解决方案，因为3D打印在制造定制化夹具方面更加经济、高效。例如，宝马的北美工厂，使用Stratasys的工业级FDM 3D打印技术制造ABS 夹具，其中一款用于装配和测试保险杠的3D打印夹具，制造周期由18天缩短至1.5天。
Oreck用Stratasys FDM 3D打印技术制造的夹具
装配、质量检测等环节中所需的复杂固定夹具。以质量检测中所需夹具为例，3D打印技术可以制造符合严格规格的高精度检测固定夹具，满足零件质检的要求。例如，真空吸尘器制造商Oreck公司是3D打印夹具的早期使用者，他们使用Stratasys的工业级FDM 3D打印技术制造质量检测所需的夹具，与传统制造相比，3D打印技术节省了Oreck 78％的定制夹具成本，其中一个质量检测夹具制造成本从250美元将至55美元。
虽然，采用3D打印技术制造夹具具有特有优势，但对于制造企业中缺乏3D打印应用经验夹具工程师来说，如果设计过程不易掌握，所需的学习周期太长，显然是不利于他们应用这一技术的。
自动化3D打印夹具设计软件的出现，有助于解决以上痛点，帮助制造企业掌握这一技术，有效利用3D打印在制造轻量化、功能一体化夹具方面的优势。
根据3D科学谷的了解，Stratasys 发布了一款Jigs and Fixtures for GrabCAD Print （GrabCAD Print工装夹具版），这款软件可简化与工具快速制作有关的打印准备工作，提高其自动化程度。该软件实现了几个复杂且耗时的处理步骤的自动化，并且其工作流中不再需要多个程序同时运行，并且能够接受本机CAD设计，保持零件的原始设计意图，设计师无需再将其CAD设计转换为STL文件。这个功能的优势是避免在转换过程中丢失关键信息的风险，同时帮助夹具设计人员和制造工程师简化从设计到零件的工作流程，即使是没有3D打印经验的夹具设计师、工程师，也能够更加便利的应用3D打印制造夹具。
Wohlers 2018 报告指出，有7.3% 应用3D打印技术的企业使用3D打印制造所需夹具。在3D科学谷看来，未来这一比例会更高，特别是随着更加简单易用的自动化3D打印夹具设计解决方案的出现与完善，更多制造企业将因需要一种更加高效、经济的夹具制造方案而应用3D打印技术。
参考资料：
TCT Magazine. Why 3D printing jigs and fixtures “makes perfect sense” ?
Stratasys. 3D PRINTING JIGS & FIXTURE FOR THE PRODUCTION FLOOR
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