3D列印技術漸成熟 實現快速成型、關鍵零組件製作需求
3D列印技術漸成熟 實現快速成型、關鍵零組件製作需求
魏淑芳
2017-6-14 上午 02:12:05
DIGITIMES企劃
3D列印技術被譽為新一波工業革命，或是新潮的「自造者」革命，若以現有的3D列印技術進展觀察，3D列印不但成品材質可在耐用度、材料強度上滿足需求，甚至已有高階航太零組件已嘗試3D列印成型製造技術，解決小批量、高精度製造需求…
3D列印可以說是近年來最熱門製造議題，因為3D列印有別於現有的材料加工成型技術，例如塑膠的注塑成型或是金屬材料的CNC的銑切材料處理方式，以塑膠類的加熱注塑成型，製成品的加工複雜度跟精密度取決於注塑模具的製作品質，而可加熱注塑的材料自然在高溫環境的使用狀況與材料強度也會因此受限，而金屬加工件受限於車床、銑床或CNC加工工法，材料也會有塑型上的極限。
相反地，3D列印技術採用SLA(Stereolithography Apparatus)立體平板印刷技術進行製成物成形，透過層層材料疊印或積層產生立體製作物，在新製作概念下成品的製作複雜度更高，製作多元成品的塑形更不受限，甚至在新一代的是快速成型(Rapid Prototyping；RP)觀念下，跨國工廠的生產物甚至可以透過數據傳輸造型檔，異地使用3D列印技術產製關鍵零組件進行生產，成為新一代智慧製造、智慧工廠常常會被拿出來討論的新穎製作技術。
切層、堆疊、加法製造 形塑3D列印製程
其實3D列印技術原理相當簡單，簡化製程就跟一般使用的印表機輸出成品概念差不多，只是印表機是將碳粉或是墨水印製在紙上，而3D列印為3D版印表機，印製材料為層層加疊印製成為立體造型，將碳粉或墨水更換成可以加熱印製遇冷固化成型的立體物件，也就是原先紙張文件列印僅為X/Y軸印字頭的移動印製，而3D列印將列印材料採X/Y軸印製外、同時針對Z軸適時提高累積印製成品高度，印字頭的3D運行動作自然而然可以建構成3D列印的材料處理過程。
3D列印技術將列印材料自噴頭擠出後繪製成平面，再透過Z軸逐層加高產生列印物件高度，透過逐層列印平面累積堆疊的立體成品，隨著長時間不間斷印製即可形成3D立體成品構造。目前全球已有多家快速成型設備商，有針對工業用途、高精密製程需求開發的設備，亦有中∕低偕的家用或個人Maker使用的3D列印平台。
由3D列印成形原理回頭檢視3D成型技術分類就會相當清晰，在3D成型原理下棋時仍有不同實作方案，雖然概念架構相去不遠，但在3D列印材質、固化所採行的機制與方式會因列印材料不同而會有實作上的差異，目前主要有FDM(Fused Deposition Modeling)熔融沉積成型(Fused Filament Fabrication；FFF)、LOM(Laminated Object Manufacturing)層狀物體製造、DLP(Digital Light Processing)數位光處理成型(Film Transfer Imaging；FTI)等不同製作方法。
FDM熔融沉積成型
FDM會另有FFM不同名稱，其實不是技術方案不同，只是為了迴避專利限制市場才會有不同技術稱號，在核心成型技術仍相同的，基本上為先將成型材料加熱增溫到一個半熔程度，形成半熔融狀態時透過類似噴頭的設計擠壓出列印面的線體狀態，透過類似從線至面、累積面列印面至立體物件過程。
影響FDM 3D列印件精密度、完成度與耐用度關鍵，即在列印材加溫再固化過程是否會有體積上的顯著差異，變異量大的材料自然會影響列印件精密度，另半熔材料自噴頭擠出的孔徑尺寸，也直接影響列印件的精密度，而同時材料用於立體物件輸出還需考量列印成品是否容易移除、固化後的表面額外處理、支撐材料的去除便利性等，此會影響製作3D列印件的速度與便利性。
若在個人用的3D列印設備，多數僅設置單一列印材擠出噴頭，列印速度除了偏慢外，列印材料配色較單一化，無法製作多色立體成品，支撐件材料多半為使用現有列印材料替代，也因FDM的技術門檻、設備條件較低，現已成為個人3D列印成型設備主流，列印材料有ABS(Acrylonitrile Butadiene Styrene)、PLA(Polylactic Acid或Polylactide)聚乳酸，即便ABS製成定型成品的材料強度較高，但實際上加熱熔融過程會產生有毒氣體，列印件也會有較明顯的熱漲冷縮現象，列印件可能在印製過程出現底板翹曲導致列印成型失敗，底板須持續加熱避免列印失誤問題。
PLA材料強度雖稍遜於ABS，但製成品在列印過程無異味、較不會釋出有毒物質，製成品對環境熱原有一定強度，不要過於接近熱源都還算堪用，較受家庭用戶小型Maker專案用戶歡迎。
LOM層狀物體製造
LOM(Laminated Object Manufacturing)層狀物體製造方案，為在3D列印成型印製過程有點類似採用機械式點陣印表機進行列印的概念操作，傳統點陣式印表機為運用撞針將色帶色彩打到紙材表面上，形成色帶轉印油墨至紙上的效用，至於LOM為將色帶改換為塑料薄膜、點陣式撞針換成雷射或刀具處理，運用雷射或刀具將塑料薄膜材料裁切成積層列印所需的形狀，經由透過膠水將各層層疊相加堆砌成3D塑型立體物件。
原文網址: 3D列印技術漸成熟 實現快速成型、關鍵零組件製作需求 http://www.digitimes.com.tw/tech/dt/n/shwnws.asp?cnlid=1&cat1=20&cat2=25&id=0000504190_AB90VFFQLA0I66LWE2XJ0#ixzz4jw0W7NQl
