字級:
小字級
中字級
大字級

現代煉金術:3D列印與自由創造

你也是大夢想家嗎?有許多天馬行空的幻想,卻因為實踐不易,而只能任由這些好點子消逝。有人透過紙筆勾勒出腦中奇想,有人用雕刻刀一筆一筆刻劃實現;科技日新月異,近年來吹起Maker(自造者)風潮,透過3D繪圖軟體繪製出虛擬立體的形貌,再利用3D列印將虛擬的3D模型建構成真實的模型,幫助很多人夢想成真! 今天就來帶大家認識3D印表機較常用的技術與差異。

3D印表機是自由度極高的製造工具。此類工具把製造從傳統數控工具機(CNC)減法工程走向沉積推疊的加法工程,有如二維紙張般層層推疊成立體三維模型,原理就是先將3D繪圖軟體模型轉換成2D切層,層層將材料疊到要成型的區域,不斷堆疊直到成型,其堆疊出的3D模型可以隨設計者喜好製作成任何形狀和幾何特徵,讓人人都可以參與設計與製造,成為Maker(自造者)。

如今3D印表機已發展出七大類技術,如擠製、粉體熔化、光固化、噴塗、黏著劑噴塗、疊成黏合成形和指向能量沉積技術。每類的3D列印技術對應不同的材料與需求,這裡我們介紹三個較常用到的技術。

1. 擠製成型:材質以ABS樹脂與PLA聚乳酸等塑膠材料為主,首先會將其加熱至半熔融狀態後,再擠出至平台上,然後因為冷卻而固化,如此反覆向上推疊成型,因為價格平民,所以普及度也最高。

2. 粉體熔化成型:此類為金屬3D印表機,使用金屬粉體熔化成型技術進行3D模型列印,廣泛應用在航太、醫材、模具等領域,其原理是利用雷射熔融數十微米厚的金屬粉末,製作複雜精密的金屬物品,最為實用,但由於價格不斐,尚未普及。

3. 光固化成型:與擠製成型的材料類似為光敏樹脂,利用雷射一層層掃描液態光固化樹脂使其硬化成型,再讓成型部分往下移動,使液態光固化樹脂覆蓋後,再次掃描硬化成型直到完成3D模型。此技術的成品較擠製成型來的細緻,製程時間也較短,但光固化樹脂的材料成本較為昂貴,而且液化樹脂也較易變質與混入雜質,進而影響列印結果。

這三項技術中擠製成型和光固化成型較容易入門,但會受限材料限制而限制應用的領域,粉體熔化成型則有很好的剛性強度,適合做機械應用,但表面粗糙度和內部孔隙等問題仍需克服與改善。這三項主流列印技術,分別在普及度、精細度、機械應用方面各有所長,可依需求選擇適合的印表機。

3D列印技術發展至今,應用廣泛如模型公仔、珠寶飾品、航太機械、到醫療應用,甚至半導體封裝,可直接列印導線於平面/曲面/立體結構之上,對於中心在半導體製程研發上提供更多選擇。