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3D列印專題報導(五):3D列印的未來

在由積層堆疊升級為連續堆疊方面,日前有美國廠商提出了在國際會議上展示了所謂的連續式液態表面成形製造技術(Continuous Liquid Interface Production, CLIP)。此種技術同時在2015年3月登上了《科學》(Science),有別於傳統的逐層列印方式需耗費數小時,這種CLIP技術,採用列印平台從液態聚合物池中「拉起」的方式來塑造物體,且能在數分鐘內便塑形完成,速度上比傳統基層製造的3D列印方法快上25到100倍,其解析度約0.1毫米。CLIP在成形時,液態池下方的紫外線燈將會照射固定區域,使光聚合物產生固化的「光聚合反應」,當固態聚合物被平台拉起後,在通過液態池中的氧氣層與聚合物交界帶的「死區」(脫氧層)時,只要被紫外線照射到的區域便會逐漸凝固,而未被照射的區域則能因氧氣阻隔而維持液態,讓物體能以「一體成型」的方式來塑型
 
 
 
3D列印自1990年發明以來,衍伸出了各式各樣的製造機台及製作方式,除了因製作材料的不同,產生不同的生產類型外,其產品開發與製作原理,大致上是相同的。

3D列印技術的發展趨勢,大致上有幾個特徵,包含:由積層堆疊升級成連續堆疊、由工業用高分子與金屬材料轉變成各種行業(如生醫、食品、服裝等)的特有材料,以及如何提升生產效率、降低材料成本與提高產品精度等。

在由積層堆疊升級為連續堆疊方面,日前有美國廠商提出了在國際會議上展示了所謂的連續式液態表面成形製造技術(Continuous Liquid Interface Production, CLIP)。此種技術同時在2015年3月登上了《科學》(Science),有別於傳統的逐層列印方式需耗費數小時,這種CLIP技術,採用列印平台從液態聚合物池中「拉起」的方式來塑造物體,且能在數分鐘內便塑形完成,速度上比傳統基層製造的3D列印方法快上25到100倍,其解析度約0.1毫米。CLIP在成形時,液態池下方的紫外線燈將會照射固定區域,使光聚合物產生固化的「光聚合反應」,當固態聚合物被平台拉起後,在通過液態池中的氧氣層與聚合物交界帶的「死區」(脫氧層)時,只要被紫外線照射到的區域便會逐漸凝固,而未被照射的區域則能因氧氣阻隔而維持液態,讓物體能以「一體成型」的方式來塑型。

在由工業用高分子與金屬材料轉變成各種行業特有材料方面,原先3D列印所使用的高分子與金屬材料多用於模具及產品設計,在未來的發展上,有更多的各行各業特有的材料,會成為「列印」材料,如建築用的廢棄材料或是水泥混擬土、工業設計用的紙張材料、醫療生技產業用的細胞組織、服飾產業用的纖維紡紗、飾品產業用的貴金屬材料或是食品產業用的麵粉及各式食材,在在顯示出不同應用產業所使用材料的巧思。

在如何提升生產效率、降低材料成本與提高產品精度方面,利用增加成形頭的數量、新的生產方式、較快的離散演算方式或驅動機構,都可增加生產效率;而在高分子材料部分,使用通用的塑膠材料,利用熱融方式成形,可確實降低材料成本,但其缺點在於精度是否能夠掌握;在提供產品精度部分,馬達驅動方式的調整、3D物件的離散計算精度、成形頭所能達到的最小單位(即雷射最小加工單位或是噴嘴頭最小注入單位)等,都是可以改良生產精度的部分。

可以預見的是,3D列印在未來的應用將越來越廣,事實上,資訊技術研究與分析公司Gartner 3D列印已與無所不在的運算、物聯網、無所不在但無形的先進資料分析技術、充分掌握環境的系統、智慧型機器、雲端/用戶端運算、軟體定義應用程式及基礎架構、全球網路規模IT、風險控管導向的安全及自我防衛等同列為2015年的十大策略科技趨勢了。未來,生活中是否會充斥3D列印的各項產品,打破我們對各項產品的傳統思維及想像,讓我們拭目以待!(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
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