2018 年，位于宾夕法尼亚州里奇韦的 Alpha Precision Group （APG） 增加了第一台金属 3D 打印机，其双重目标是试验这项技术作为迭代用于金属注射成型 （MIM） 的零件的手段，并能够为 CNC 加工创造更耐用的工件夹具。
该公司发现的金属3D打印的首批应用之一已被证明是一个宝贵的商机，既可以满足其姊妹加工业务的内部需求，也可以满足外部客户的需求。
APG开发了一种用于车削凸轮齿轮的卡盘颚式工件夹具组件，现在可以3D打印，作为传统解决方案的替代方案。此后，该公司已为该设计申请了专利，目前还向外部用户提供3D打印的卡盘钳口。
结合金属沉积的轻量化
这些凸轮齿轮的原始工件夹具解决方案由低碳钢加工而成的传统钳口组成。虽然有效，但卡盘钳口比它们需要的重，总共重 2,100 克。因此，需要更大的夹紧压力来抵消由于卡盘和零件在车削操作过程中旋转时产生的离心力而导致的夹紧力的潜在降低。这些传统的钳口经常将齿轮夹得如此之紧，以至于使零件变形并中断其圆周性。APG使用其第一台金属3D打印机，即Desktop Metal的Studio金属沉积（BMD）系统，开始重新设计，旨在减轻卡盘钳口的重量。
结合金属沉积应用携带金属粉末的聚合物长丝来构建绿色金属形式，类似于任何桌面熔丝制造 （FFF） 打印机在聚合物中打印。然而，为了获得全金属零件，必须对 BMD 打印件进行脱绑，然后进行烧结。在此步骤中会发生一些收缩，这必须在设计中考虑，类似于MIM。与其他方法相比，结合金属沉积提供了一种易于使用的金属 3D 打印方式，因为它的成本更低，安全性更低。与机加工相比，它还提供了更多的几何自由度，这对本应用至关重要。APG能够通过在模板内部使用格子结构，以及通过在特征之间架起桥梁而不是建造实心墙来减少卡盘钳口中的材料量。这种卡盘钳口的重新设计带来了更轻的工件夹具解决方案，允许夹紧压力从 30 psi 降低到 15 psi，从而减轻了变形挑战。
使用Moldjet进一步优化
APG在收购其Dominant 3D打印机时进一步发展了这一概念，这是Tritone Technologies的一台机器，它使用一种名为Moldjet的专有3D打印工艺。Dominant 机器不是直接构建几何形状，而是 3D 打印蜡模，然后填充金属浆料材料。在打印下一个模具并继续施工之前，每一层都经过干燥和检查。印刷后，蜡从构建中熔化，然后从机器中取出零件进行烧结。该过程非常高效，在转盘系统内可同时运行多达六个构建托盘。此外，该工艺 - 在零件制造时构建模具 - 实现了比沉积式3D打印更复杂的几何形状，APG能够利用这种方式开发更复杂和高效的设计。APG再次迭代了卡盘钳口，这次优化了它们，以便使用Moldjet制造，并进一步减少使用的材料。Moldjet 版本的卡盘钳口仅重 492 克，与原版相比减轻了近 77% 的重量。这种新设计在钳口制造过程中节省了材料，实际上有助于提高生产率，因为它允许车削操作以更快的主轴速度运行。该公司表示，对于APG的凸轮车削应用来说，周期时间的影响并不大，因为该部件的短暂切割使加速和减速成为更重要的因素。但是，该公司为卡盘客户看到的一个承诺是在不降低夹紧力的情况下实现更高的持续主轴转速。
