SLS 3D列印技術提高了TFA機械加工車間的效率
位於紐約的阿姆斯特丹工廠 (TFA) 是一家專注於為消費電子、燃氣渦輪機等行業的客戶提供自動化和快速週轉生產的機械加工廠，擁有豐富的製造工藝——從數控加工到車床、激光切割、鈑金成型等等。然而，在製造輔助工具（例如用於零件製造的工具、夾具、工裝、遮罩或輔助裝置）方面，TFA 需要一種經濟、靈活且可靠的內部解決方案。我們採訪了 TFA 的老闆 Bradley Matheus，了解 Fuse 系列 SLS 3D 列印機如何幫助他們大幅降低輔助工具的製造成本並提高效率。
— 布拉德利·馬修斯，阿姆斯特丹工廠老闆
客製化耗材，價格從 150 美元到 7 美元不等
生產過程中，每個零件都需要客製化夾頭墊片，以便將金屬零件牢固地固定在主軸內。 
SLS 3D 列印技術擅長生產小型零件，例如這些夾頭墊——這些消耗品零件必須能夠承受 3,000 到 4,000 個零件的整個生產過程，並能承受車床以 3,000 rpm 轉速旋轉產生的徑向力。
TFA 公司定期承接金屬零件的加工訂單，訂單量在 1000 到 10000 件之間。他們的 CNC 車床需要針對每種新產品進行調整，其中一種方法是購買帶有可互換墊片的鋼製夾頭。夾頭安裝在主軸內，用於牢固地夾持金屬零件，而墊片是可拆卸的嵌件，無需更換整個夾頭即可適應各種形狀的工件。
這些夾頭墊片屬於耗材，因為它們需要根據每個作業進行客製化——它們是標準化機器與獨特設計產品之間的連接點。「這些夾頭夾持的零件可能已經過加工，形狀也很奇特，因此標準夾頭並非夾持該零件的最佳方式，」馬修斯說。
為了適應新的產品設計，您可以購買可加工的或標準夾頭，以便根據您的零件和機器進行調整，或購買一組可更換夾頭。但每種解決方案都存在成本和交貨時間。「可加工夾頭墊每個仍然要幾百美元，而且大約需要三週才能到貨，」Matheus 說。而使用 Fuse 系列，Matheus 可以根據需要 3D 列印任意數量的夾頭，每組只需 7 美元。
CNC 車削夾具比較
| 替代方法 | 內部 3D 列印 |
|---|---|
| 金屬 CNC 加工，外包 | Fuse 系列，尼龍 12 粉末 |
| 150 美元 | 7 美元 |
| 3-4 週 | 1 天 |
馬修斯曾嘗試使用其他技術製造這些零件，例如熔融沈積成型（FDM）3D 列印，但發現這些零件出現了蠕變和分層現象，並且不具備與車削過程中使用的冷卻液相反應所需的耐化學性。這種冷卻液由 10% 的石油基油和 90% 的水混合而成，對大多數塑膠具有很強的磨蝕性。尼龍 12 粉末製成的零件在整個加工過程中都表現出了優異的耐化學性。「尼龍 12 的耐化學性確實非常好，表現極為出色，」馬修斯說。
採用 SLS 3D 列印技術的夾頭墊片必須尺寸精確，精確度極高，才能與主軸無縫配合並整合。任何偏差都可能影響車削過程的完整性。 
刀具在車床內部持續與冷卻液接觸。冷卻液是一種半合成油，對許多塑膠具有腐蝕性，並且會溶解 FDM 材料。尼龍 12 粉末具有耐化學腐蝕性，不會因此而磨損。
將 Fuse 系列產品納入公司內部生產後，Matheus 得以客製化設計這些夾頭墊，使其具備足夠的精度和強度，以承受 CNC 車削過程中的夾緊壓力和徑向力。Matheus 曾使用一組夾頭墊，在超過 100 小時的生產時間內，完成高達 3000 件零件的生產，且未出現任何磨損跡象。
— 布拉德利·馬修斯，阿姆斯特丹工廠老闆
磁鐵組裝工具
這種磁鐵組裝夾具使磁性零件的組裝過程變得更加容易，減少了操作人員的疲勞，並提高了生產效率。 
生產流程要求在零件加工完成後，在其上安裝 6000 個 N52 級磁鐵（具有強大的磁力）。這改進了原本困難且勞力密集的組裝流程。
對於一個 3000 件的訂單，零件需要經過機械加工，然後與兩塊 N52 級磁鐵組裝在一起。這項工作既費時又費力，而且對操作人員的身體負擔很重。Matheus 設計了一種壓裝夾具，可以透過手動槓桿壓力機送料和安裝磁鐵，從而自動化了流程中最困難的部分。「磁鐵安裝的組裝工具需要根據不同的應用進行高度定制，所以無論如何我們都需要訂購定制工具。但內部的 SLS（選擇性激光燒結）技術使我們能夠更快地迭代，並生產出精度極高的零件。我當然可以加工類似的零件，但外圍工具耗時越短越好。我們希望釋放生產設備的資源，」Matheus 說道。
在研發自動化組裝夾具原型時，馬修斯開發了一個臨時解決方案——符合人體工學設計的磁鐵壓機，無需太多人工操作即可將磁鐵推出。
這款符合人體工學的磁鐵組裝輔助工具，能夠更輕鬆地將磁鐵分離並安裝到產品上，大大減輕了手動操作所需的繁重體力勞動。尼龍 12 粉末強度高、重量輕，即使一次性分發 6000 個磁鐵，也能輕鬆連續使用。
雖然目前仍主要依賴人工操作，但這款新型組裝工具能夠減輕操作人員的疲勞，並加快安裝兩塊磁鐵的速度。這類工具成本僅需幾美元的粉末，卻能顯著提高生產效率，幫助馬修斯公司更快完成訂單交付。
— 布拉德利·馬修斯，阿姆斯特丹工廠老闆
大規模生產的獨特之處
製造商都知道，設計產品並非困難——難的是找到能夠大量生產該零件（數萬次）的設備和製程。像 TFA 這樣的中小型企業擁有生產所需產品的工具，但加工週邊工具的效率並不高。
將 SLS 3D 列印技術引入公司內部，不僅解放了 Matheus 的生產設備，還能確保零件的高精度和高耐用性。利用 Fuse 系列 SLS 列印機在公司內部列印組裝夾具、夾爪、工件固定裝置等，使 Matheus 能夠專注於業務成長。
「在組裝流程方面，一切都是客製化的，並非那種可以現成購買的產品。因此，擁有高度靈活的內部製造方案是無比寶貴的，」馬修斯說。
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