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這一座噴射引擎的模型是由全球知名的美國工業公司GE所發布的公開檔案,也經常被3D列印的業者拿來使用,除了複雜的零件造型與構造得以顯示3D列印一體成形的製造優勢之外,這樣高階的零件生產與產業應用也凸顯出高階的3D列印技術發展的潛力與野心,這包含了硬體設備與材料的研究開發與精進。

3D列印技術儘管已是人人能說上幾句的創新科技,實際上還有很大一段路要走,這也是為什麼硬體設備在企業用戶間還無法普及的原因,一部分的原因是用戶並不了解3D列印硬體設備本身的優缺點,再者是用戶不了解材料的特色與應用,最後一個原因是有些用戶期待3D列印技術應該要又快又好又便宜,這一點是現實中較不切實際的要求。

藉由這幾個展示模型,稍微為各位來介紹各式的基本材料與適合的用途。

1. FDM(熔融層積成型)與ABS/PLA材料

這是市面上最常見也最廉價的3D列印技術,一般而言這種硬體設備最常使用的是ABS與PLA材料,價格低廉親民配合硬體設備來使用,也能得到相當不錯的模型成果與精準度。許多學校或是入門玩家會購入較便宜的機台來使用,通常我們會建議初次使用3D列印機的中小型企業用戶購入FDM機台來操作,可以達到一定的模型製作的滿意度,並且體現企業部門內製造能力的自動化。

優點:

FDM機台列印的模型通常會有明顯的列印痕跡,如果只是製作一般的消費型產品類的樣品,並不需要過多的細節,市面上中等的FDM機台列印層厚的精度也提供0.1mm的設定值,可以獲得較光滑的表面效果,這樣的機台與材料可以滿足一般用戶需求。

ABS材料與PLA材料相比,簡單的說就是使用PLA材料來列印較大尺寸的物件時就不容易翹曲變形,這幾年來我們都推薦客戶使用PLA材料。有的FDM機台也可以列印軟質線材與可溶水耗材,材料的多樣化與平民價是FDM受到歡迎的原因。

缺點:

FDM機台列印模型的缺點自然就是它明顯的列印痕跡,對於某些用戶來說,這些明顯的路徑痕跡是非常刺眼的,雖然說它的尺寸精準度並非不能接受,但是不光滑的表面令人無法接受。以下來張照片佐證一下。右邊是SLA成型物件與左邊的PLA物件相較一目了然。

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此外,薄殼列印是FDM的天敵,尤其是又大又薄的物件,屢試不爽的~總是失敗。一般而言輕薄或是又小又細的物件通常都非常不適合使用FDM機台來製作。

2. SLA(光固化成型)與樹脂材料

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SLA,中文稱之為光固化3D列印成型技術就是利用光敏樹脂遇光固化的特性來逐層固化成型。光看照片就心曠神怡,這種成型的模型非常受到"設計師"們的青睞,而工廠端的工程師們相對比較能夠務實得接受FDM模型的效果,當然這也是基於應用端的判斷。

SLA機台從數萬到百萬,這幾年市占率提高不少,跟硬體設備下降與企業使用率提高都有關係。SLA成型技術使用的是液態樹脂材料,透過光固化原理來成型,加上應用範圍廣泛,獲得許多企業用戶的喜愛,舉凡對精細像品製作有需求的產業如醫療模型或珠寶模型等,當然一般企業用戶需要較高樣品精度的模型也需要使用SLA3D列印成型技術。

光固化樹脂材料比起ABS或PLA捲材,單價高出不少,加上成型後物件還需要後續處理,這也是一般用戶購入SLA 3D列印機時必須考慮的重點。

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就一個3D列印技術用戶來說,SLA 3D列印機幾乎是在CP值的天平上得到平衡了,這是指在有限的預算與材料選擇上。也難怪這幾年SLA機台與其應用材料都有顯著的進步與日益擴大的市佔率,推薦給所有用戶。

優點:

光滑無瑕的表面與比起FDM更為精準的模型精度是SLA列印廣受用戶喜愛的主因,加上可選用的材料相當多樣,可列印更為複雜結構的物件,這些都讓許多用戶選用SLA機台。圖片上的白色材料是一般通用的標準耗材(市面上可以看到各式顏色的樹脂材料只是各家廠牌不同,並非功能有所不同),這樣的標準材料列印出來的成品幾乎不需要再作表面打磨處理就相當光滑,即使是較細微的部分也毫不馬虎,在材料強度上也能承受正常情況使用(非功能測試用)。

當然,使用堆疊技術成型的SLA模型表面放大來檢視也是會發現列印成型的痕跡,可以利用拋光打磨來消除這些細微的列印痕跡,有必要的話還可以進行電鍍或是噴漆等後製加工作業,可以大幅提升樣品的完成度。

此外,透明材料的列印最近受到許多用戶的青睞,尤其是製作瓶罐或是光學產品的企業用戶。除了擁有SLA精細尺寸的優點也同時達到模擬透明材料的特性。

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缺點:

對一般用戶來說,SLA最明顯的缺點應該就是列印尺寸的限制了,許多的SLA機台能列印的尺寸都不大,如果只是列印齒模與珠寶模型當然是足夠使用。但是對於需要列印如汽車零件或是大型公仔的用戶就需提高到幾百萬的預算來購置硬體了。大尺寸的SLA硬體設備目前來說還是只有口袋深的企業用戶或高等教育機構有預算購置,一般企業用戶或是用戶對於大尺寸的SLA物件可以利用3D列印代工服務來使用。

此外,3D列印的物件由於與量產品成形條件不同,實際上還是不建議使用於樣品測試,例如透明物件的樣品雖然可以模擬透明物件(類PC)的特性但是實際上用於成品的光學測試如透光率折射率或是強度、耐酸鹼度測試等都不建議;或者是彈性材料物件用於少量醫療產品的小批量生產,這些都是不被推薦的用法。

 

彈性材料

彈性材料,在3D列印材料分類上常見的標示通常是TPE(Thermoplastic Elastomer)或者是TPU(Thermoplastic Urethane),基本上這都是熱塑性材料家族裡不同化學式的材料配方,所以化繁為簡的稱呼方法在坊間通稱為【軟性材料】,其材料特性借於塑膠與橡膠之間,最主要是提供3D列印物件一種柔軟、可彎折回復原型的材料特色。

在FDM的材料分類裡已經有好幾間公司提供軟性材料來使用,確實可以讓設計部門在最短時間內完成樣品的製作,不過如果條件許可的話,使用SLA機台來完成軟性材料的列印還是業者比較推薦的作法。不過,由於TPU材料特性有點難纏,選擇好用的機器與材料供應商是非常重要的事。

附上一則三秒短片來看看軟性材料的軟Q狀況。(TBD)

 

 

 

下一篇文章中我們會提到使用尼龍粉末耗材的SLS雷射燒結成型技術與與其他高性能材料的應用。

 

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