用于拾放机器人的 3D 打印定制燃料喷射器夹持器

STS Technical Group 总部位于威斯康星州，已经运营了近 40 年，在人员配备和技术设计方面与客户合作。和工程挑战。该公司在美国各地的招聘中心拥有 250 多名员工，不断发展壮大并适应不断变化的制造技术格局，并在出现时提供新的创新服务。

STS 之所以采用 Formlabs 3D 打印技术，是因为其材料种类繁多，可广泛用于制造环境、能够生产医疗级 3D 打印组件，并且打印组件的质量很高。

在本案例研究中，STS 技术集团的工程服务总监 Benjamin Heard 将带您了解用于在制造环境中移动和定位燃油喷射器的定制夹具的开发，重点介绍 3D 打印组件与使用铸造等传统生产方法生产的优势和机械加工。 Heard 还将解释为什么定制 3D 打印抓手的功能远优于以前传统制造的抓手。

如何选择特定组件的生产工艺

对于特定组件的制造，在开发过程中必须考虑许多生产过程，例如铸造、制造、机加工和 3D 打印过程，如熔融沉积建模 (FDM) 或立体光刻 (SLA) 打印。

3D 打印制造组件的一些优势：

• 比铸造和/或机加工更多的细节。印刷层厚度可小至25微米。

• 在高度详细的设计方面，比铸造、制造或机加工更具成本效益。

• 与铸造、制造或机加工相比，交付周期和生产时间明显缩短。

• 打印后无需机械加工，因此无需昂贵的机械加工设备，需要熟练的劳动力和繁琐的设置。

• 多种耐用、轻便的材料可供选择。

• 使用CAD软件创建的设计可以根据需要保存和重复使用，无需库存。

• 通过战略性地加入额外的材料来加强支撑，并加入螺丝/螺栓孔和六角空腔等安装功能，3D 打印物品可以设计为更适合安装。

• 如果 SLA 3D 打印聚合物零件在操作过程中承受剧烈冲击，它可能会破裂，而金属零件往往会弯曲超出公差并继续生产不合格零件。

• 降低更换成本并缩短损坏组件和更换零件的交货时间。

• 印刷部件具有美观的外观，可以喷涂或覆盖所需的涂层。

• 为不适合加工的材料提供替代方案，因为它们会在加工过程中熔化、碎裂或破裂。

• 由于重量更轻和包装材料减少，运输成本更低。

在选择铸造、制造、机加工或 3D 打印组件时，首先要考虑零件必须具备的耐用性。虽然采用传统工艺生产的金属部件确实具有更高的强度、耐用性和耐磨性，但许多部件的要求可以通过使用特定工程材料的 3D 打印轻松满足。

在选择时还必须考虑工作环境，以确保材料能够承受温度、湿度或腐蚀物的存在。 3D 打印大型组件可能会带来挑战，但 Form 3L 等大幅面 3D 打印机可以满足更大的打印需求。

桌面立体光刻 (SLA) 3D 打印简介

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设计和 3D 打印定制燃油喷射器夹具

在设计用于拾取和放置操作的夹具时，需要考虑许多因素。拾取部件和夹具中使用的材料、夹持强度、拾取部件的几何形状、径向夹爪与线性夹爪运动、周围间隙以及所需的拾放位置公差。

通常选择的抓手手指材料比被拾取的部分更坚固和更硬，以确保手臂在数千甚至数百万次循环后不会磨损。典型的夹持器材料是硬化钢，这会在较软的拾取零件表面上造成损坏。当饰面细腻时，将涂层或鞋子添加到夹具上。此外，当零件移动到位以在物品上执行额外的机器工作时，握持接触不良可能导致零件错位并产生加工缺陷。

最初安装在气缸上的通用夹具。

通常，夹爪被切割成“V”形，用于拾取圆柱形或非平坦边缘的物品。这种形状以软切线接触方式在每侧的两个位置提供与拾取部件的可靠接触。更重要的是，它是一种简单且具有成本效益的设计，可以扩展到任意数量的流程。

这种设计的缺点包括力集中，这对夹具和物品都造成压力，导致夹具单独磨损。此外，“V”形夹持器只能抽象地定位物品，因此需要辅助定位机制来进行额外的制造过程。

通过选择 3D 打印来生产抓手，设计选项大大增加，并且可以生产在更大的接触区域上分配力的合身抓手。

在我们的示例中，我们使用 Creaform 激光 3D 扫描仪和 VX Elements 建模软件获得燃油喷射器的虚拟 3D 扫描，以协助夹具的设计。扫描产生了具有复杂细节的图像，而不必繁琐地测量燃料喷射器上的每个间隙、气缸和开口。然后可以将扫描的图像导入 3D CAD 软件，以使用软件中的模具特征生成极其详细的设计。

对燃油喷射器（顶部）进行 3D 扫描以创建可用于创建定制夹具的模型（底部）。

我们新的详细径向夹持器设计安装在连接到气缸活塞的旋转臂上。

新夹具在 Formlabs Form 3 SLA 3D 打印机上进行原型设计和制造。 Formlabs 提供多种用于快速原型制作的材料，例如用于快速原型制作的 Draft Resin。在我们的案例中，标准黑色树脂用于开发设计的初始原型。两个半夹具都可以在一次构建中打印在 Form 3 上。材料可以轻松更改，从而加快从最初的想法到最终产品的速度。

制造最终用途组件需要更耐用的材料来维持生产环境。因此，Rigid 4000 Resin 被用于制作最终的夹具。这种极其坚硬的玻璃填充聚合物材料为打印部件提供了高耐用性、刚性和吸引人的饰面。

逆向工程、修复和计量的 3D 扫描

3D 扫描和打印工作流程可应用于复制和修复、逆向工程、计量学等。下载我们的白皮书或观看我们的网络研讨会，了解如何开始使用这些技术来完善您自己的设计工作流程。

结果

不规则夹具的设计和 3D 打印过程取得了圆满成功，并且它们按预期运行。 3D打印抓手的性能远远优于以前的抓手。

气缸总成；完整的 3D 打印夹具固定燃料喷射器。

3D打印夹具的优点如下：

• 更大的表面积可以抓住喷油器，从而减少可能损坏或划伤喷油器并磨损夹具的力集中区域。即使夹持器要承受磨损，独特的完全包围式夹持器设计仍能让夹持器以所需的水平运行。

• 由于夹具以径向夹持运动运行，夹具内边缘上的间隙可以纳入设计而不是机械加工。这消除了夹持腔中的方形边缘，并允许均匀夹持和完全释放喷油器。

• 精细的夹爪可将喷油器对准和定向到所需位置，从而减少了定向拾取零件所需的额外设备和制造站的数量。

• 由于采用完全包围式夹具设计，夹持喷油器所需的夹具压力较小，从而降低了对物料搬运设备的气动或液压要求。

• 夹具旨在消除薄部件结构，并提供独特的设计以最大限度地提高树脂的材料强度，同时在组件中包含一个包含六角螺母的六角空腔，以简化安装。

• SLA 打印组件的序列化或标签在打印过程中实现，消除了冲压或蚀刻过程。

结论

Formlabs Form 3 配备了多种打印材料，为制造定制组件（例如制造辅助设备）的传统制造工艺提供了卓越的替代方案。

印刷组件具有足够的耐用性，更详细的设计成本要低得多，并且可以在很短的时间内生产和实施。自动化制造的未来将由使用 CAD 软件设计并使用各种材料 3D 打印的高度精细的产品组成。

使用 Formlabs 3D 打印机和 CAD 软件，STS Technical Group 可以为其客户设计和设计非常详细的不规则组件。