3D學院

金屬加工公司使用高強度10K樹脂3D列印焊接夾具

金屬加工公司使用高強度10K樹脂3D列印焊接夾具
台灣天馬科技股份有限公司
2026-04-23 發布
2026-04-30 更新
Metalworking Jigs

在金屬加工中,夾具等製造輔助工具對於確保精度、重複性和效率至關重要。然而,採用傳統方法製作夾具可能需要數週時間,成本高達 1000 美元以上,幾何形狀也受到限制。位於愛荷華州西南部的 Red Oak Fabrication 是一家機械加工廠,他們利用立體光刻(SLA)3D 列印技術,只需數小時即可生產客製化夾具,成本僅為 CNC 加工的十分之一,而且能夠製作複雜幾何形狀和有機形狀的夾具。

紅橡木製造公司生產鋼、不銹鋼和鋁製品。他們擅長精密等離子切割、雷射切割和水刀切割、數控加工、鋼材噴砂、粉末塗裝、鈑金成型和先進的機器人焊接。焊接,尤其是金屬惰性氣體保護焊(MIG 焊),是他們的主要業務之一,擁有 15 個手動焊接工位和 3 個自動化機器人焊接單元。

「3D 列印開闢了一條便捷的中間道路。我可以在幾天內完成從設計到成品夾具的整個過程,而不是像以前那樣需要幾個月的時間。」
— 泰勒史密斯,紅橡製造公司繪圖與工程經理

在 3D 列印技術出現之前,Red Oak Fabrication 公司有兩種內部方法製作焊接夾具:

  • 將鈑金零件組裝在一起:簡單且經濟實惠,但精度不高。
  • 採用數控加工製造高品質金屬夾具,但成本高昂,交貨週期長。

這導致他們在需要快速交付的中小訂單方面處於劣勢。為了彌補這一缺口,他們引進了一台 Form 3L SLA 3D 列印機,可以在一天內列印精確且堅固的夾具和工裝,成本和時間比以往方法最多可節省 90%。

實現有機形狀和複雜幾何形狀

「由於管道的結構非常複雜,用機械加工來製造這種管道夾具幾乎是不可能的。除了 3D 列印之外,用其他方法製造一個這樣的夾具會耗費大量時間。如果我們用金屬製造夾具,質量會更低,可靠性也會大大降低,而且操作人員的工作量也會更大。3D 列印可以簡化整個流程。」
— 泰勒史密斯,紅橡製造公司繪圖與工程經理

數控加工會限制可製造夾具的幾何形狀。相比之下,3D 列印可以輕鬆實現各種有機幾何形狀。 SLA 3D 列印可用於建立複雜的內部結構,例如通道、倒扣和空心結構,並可實現壁厚約 2-3 毫米的精確複雜設計。此外,SLA 非常適合精細細節和光滑表面,這可以提高性能並降低成本。

Complex Welding Jig 這種幾何形狀複雜,呈現有機形態,加工難度很高。這台夾具已經完成了數千次焊接,至今仍能正常使用,只是由於長期靠近焊縫,顏色從白色變成了黑色。

3D 列印夾具:幾天內即可完成,成本僅為傳統方式的十分之一

設計和加工夾具所需的時間與最終生產零件的數量無關。對於紅橡木製造公司而言,生產中小型夾具和大型夾具所需的時間和成本都相同。

然而,Red Oak Fabrication 公司發現,借助 3D 列印技術,他們可以節省近 90% 的成本,並將夾俱生產的周轉時間從數月縮短至數天。此外,如果需要對設計進行更改,這些更改也可以輕鬆地實施並列印出來,既節省時間又能最大限度地降低成本。

焊接夾具成本分析

替代方法 內部 3D 列印
金屬 CNC 工具機自主加工 Form 3L,Rigid 10K 樹脂
1000 美元 100 美元
數月 數天*

*使用 Form 4L(Form 3L 的下一代產品),這些零件的列印時間將從幾天縮短到幾個小時。點擊此處了解更多關於 Form 4L 的資訊。

滿足生產需求的材料:Rigid 10K 樹脂

Rigid 10K Resin Jig 之字形夾具沿著管道焊接 20 根圓鋼,並且靠近焊縫放置,因此焊縫呈現黑色。

焊接作業的溫度通常高達數千攝氏度,這對聚合物模具來說是一個極具挑戰性的環境。因此,團隊選擇使用 Formlabs 推薦的 Rigid 10K 樹脂進行列印。這是一種剛性玻璃纖維增強材料,其熱變形溫度(HDT)為 238°C @ 0.45 MPa。

由於夾具不直接接觸焊縫,且加工時間僅約 10 秒,因此工具不會過度發熱。白色材料上會出現一些發黑現象,但這並不影響性能。此外,如果夾具損壞,只需幾個小時即可重新列印一個替代品。

90% 的焊接工作使用鋼材,少量使用鋁和不銹鋼。與金屬夾具不同,焊接時飛濺的熔融金屬形成的液態金屬顆粒(BB 彈)不會附著在 3D 列印的塑膠夾具上,這意味著 3D 列印夾具無需清洗。

注意:對於超音波焊接或點焊等低熱焊接工藝,可以使用尼龍 12 粉末在 Fuse 系列選擇性雷射燒結 (SLS) 3D 列印機上進行 3D 列印來製作夾具。

能夠勝任這項工作的夾具

在 Red Oak Fabrication,大多數個人焊接夾具每月使用超過 1000 次,而使用 Rigid 10K 樹脂 3D 列印的夾具能夠經受住頻繁使用。 Red Oak Fabrication Case 1 Red Oak Fabrication Case 2 這套直臂夾具由兩個小型 3D 列印零件組成,安裝在一塊鋼板上。其幾何形狀複雜,具有難以機械加工的有機形狀。此外,團隊需要在一天內完成這套工具的製作。儘管一些焊料不慎掉落在夾具上留下了痕跡,但它在完成約 2000 次焊接後仍然能夠正常使用。 Protection Plug Before and After 左圖為保護塞使用前,右圖為使用後。它們被放置在帶有磁鐵的鋼製半接頭內,用於在焊接管道時保護內螺紋。保護塞可防止銲渣進入半接頭內部,損壞螺紋。該夾具已進行了約 3000 次焊接,保護塞仍然有效。

開始 3D 列印夾具和工裝

3D 列印夾具為 Red Oak Fabrication 公司節省了時間和成本,同時也能生產 CNC 加工無法實現的複雜幾何形狀和有機形狀的夾具。 Formlabs Form 3L SLA 3D 列印機的大成型體積意味著 Red Oak Fabrication 公司可以一次列印大型夾具,也可以一次列印多個小型夾具,從而使多個焊接工位能夠同時開始工作。

瀏覽更多案例研究,了解如何在我們的白皮書中列印 3D 夾具和工裝,或聯絡銷售人員討論您的應用需求。

建議使用Chrome、Firefox、Safari最新版本瀏覽
icon 採用全球最先進SSL 256bit 傳輸加密機制