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3D列印專題報導(三):產業中的3D列印

現有的3D列印在產業上的應用,由於材料及製作技術的發展,除了現有的模具或產品原型製作外,在非安全性需求下,甚至可以以3D列印直接「印」出產品。而所「印」出的產品,不再侷限於高分子塑膠或是金屬類型產品,甚至可能是食品或是身體組織,強調客製化、多樣性以及生產效率
 
 
 
早期的3D列印,多應用在工業生產與設計上,在許多廠商思考如何在產品設計初期,減低模具生產所耗費的時間,3D列印成為最佳替代方案,常用的作法如下:先由產品設計師進行外觀設計,接著由工業設計師針對外型進行可行性微調,使其設計可進行工業生產,此部分可利用3D列印技術,快速進行功能件示意圖,讓各生產單位與工業設計師與產品設計師進行討論、修改及定案。再依據各需求進行產品分解,指派各對應單位進行各個單元生產或外購,再進行組裝。

另一種作法則是利用3D輔助設計進行繪圖後,進行離散運算與分層計算,直接堆疊材料來製作成產品;或是利用金屬類型材料,堆疊製作成模具,成形後的模具,其與生產材料之接觸面經過精修、拋光等,再進行量產計畫,目前所生產出的以塑膠成形用模具居多。

現有的3D列印在產業上的應用,由於材料及製作技術的發展,除了現有的模具或產品原型製作外,在非安全性需求下,甚至可以以3D列印直接「印」出產品。而所「印」出的產品,不再侷限於高分子塑膠或是金屬類型產品,甚至可能是食品或是身體組織,強調客製化、多樣性以及生產效率。

以成形方式分類敘述產業中3D列印發展如下:在液態成形方面,以立體快速成形(Stereolithography, SLA)為先驅,該技術除了在汽車工業有所應用外,日本也應用SLA技術,針對顱面重建手術進行模擬評估。該手術進行方式如下:先利用CT影像建立3D電腦影像,供醫生了解手術位置的神經管道分布情形,再使用SLA所建立的半透明樹脂模型,讓醫生便於了解手術截斷線與有效的手術模擬,台灣國立成功大學王東堯醫師與方晶晶教授也同樣應用此技術在下顎骨重建的術前評估中。

在固態成形方面,以疊層式製造(Laminated Object Manufacturing, LOM)為早期最常用的技術,近年來,另一種熔解層積造型技術(Fused Deposition Modeling, FDM)逐漸成為3D列印技術的主流。LOM的工業用生產產品及其生產原理,大小約0.3 mm的複雜曲面,利用機械加工很難達到此目的,利用3D列印,可以快速獲得產品原型,如需更精細之表面,可再用研磨拋光技術獲得。

在粉末成形方面,EOS公司開發,應用雷射燒結金屬粉末成形(Direct Meatal Laser Sintering, DMLS)技術於塑膠成型模具上,而開始了快速模具的發展。經由雷射燒結金屬粉末成形的方式,目前常應用在射出成形模具上。

3D列印技術在實際汽車相關產業也正在應用,電影「機器公敵」中,男主角所駕駛的車輛Audi© RSQ®概念車,正是利用德國庫卡公司©中,利用3D列印技術所生產的工業用機器人一次組裝而成。

在後續3D列印成形機構的專利陸續到期後,更多的產業將觸角伸入3D列印,且互相合作,嘗試以更多種類的材料作出兼顧多樣化、物美價廉,以及生產效率的產品,並期望創造出現有技術無法完成的成品。(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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