3D列印專題報導（二）：3D列印的成形
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黃煒盛｜
第一科技技術股份有限公司
3D列印的成形方式可分為三類，液態成形、固態成形以及粉末成形，本文對此三種成形類別分別進行介紹：
立體快速成形（Stereolithography, SLA）為液態成形方式的主要核心技術，透過成形頭，發射出雷射光束及紫外線光束，照射工作台中的光聚合物，使其固化成為一層薄片，每層薄片約0.1~0.5毫米。完成一層的產品薄片後，工作台便下沉一個單位長度，繼續第二層的動作。如此重複至工件高度，才完成一個工件產品，此種工件的精密度，取決於工作台的移動步幅，也就是可移動的最小單位。
光聚合物又稱為光敏材料，這種材料會吸收電磁輻射的能量，而產生固化的效果。而電磁輻射的波長範圍包含γ射線、X射線、紫外線(UV)或電子束，絕大部分的液態成形系統是使用UV當材料固化的激發源。當光聚合物材料受到UV照射時，會吸收UV的能量，而產生光聚合反應。光聚合反應就是材料中的光起始元素分子（Photoinititator）吸收到能量後，促使材料中的單分子物體與材料中的低聚體(Oligomer)產生聚合反應。此種反應會持續進行，直到終止UV光線的供應。在光聚合反應期間，該聚合物必須確保聚合物本體不會再分解回液態的單分子物體，也就是該反應應該屬於非可逆反應；此外，經過光聚合反應的物體應具有足夠的強度，在固化後的工件在受到各種外力後，可維持其結構性。
固態類型的3D列印技術是以固態材料為基礎，經由吸收能量束使材料融化附著至下層材料，工作台向上或下移動，逐漸堆疊成實體物品。固態型的成形技術主要分為兩類，一種是疊層式製造 （Laminated Object Manufacturing , LOM），利用滾筒式送料機構，運送如紙張般的材料至工作台上，接著雷射將材料進行切割，工作台下移使被移除而剩下的材料回收，而送出下一層的材料。滾筒機構透過熱壓滾筒將材料熔融，產生與下一層的附著力，如此往復成為實體物品。另一種為溶解積層製造（Fused Deposition Modeling, FDM），將材料利用加熱機構，溶解高分子材料，利用送料機構送至成形頭，從工作台的底部開始堆積成形。由於成形頭所送出之高分子材料受到空氣冷卻，很快就會固化成形；此種方式後來因為成本及耗材上相對經濟，而所使用的高分子材料的持續改善，演變成現在3D列印方式的主流。
粉末類的3D列印技術，主要是以粉末為成形的主要材料。在3D粉末成形的部分，主要分為兩類，一種是局部雷射燒結（Selected Laser Sintering, SLS），類似液態成形，以雷射為能量源，對粉末材料進行燒結的方式，再一層一層堆疊成為工件。另一種類似固態成形的第二類，將粉末材料熔融後，在成形頭擠出材料的方式。在第一種方式中，粉末在經由雷射燒結後，工作台向下移動，滾筒將粉末抹平，再進行下一道次的成形。而美國麻省理工學院所提出的3D列印專利技術，類似此原理，但成形頭並非使用雷射能源，而是將高分子黏合劑，噴到待成形的粉末上，滾筒將粉抹平，再進行下一層的成形，而粉末顆粒所形成的壓擠密度，對成品的機械性質有顯著的影響。
各種成形技術，各有其特色及優缺點，可以針對產品需要選擇合適的技術。（本文由科技部補助｢學習在雲端―揭開科學與科技的神秘面紗｣執行團隊撰稿）
責任編輯：盧妍竹
審校：徐偉智
