3D列印技術裡,SLS(粉末材料雷射燒結成型技術)在軟硬體的要求條件上都具有比起FDM與SLA有更高的門檻,所以SLS成型技術的應用觸及更多的產業與行業,對於製造業而言更具有實用性也更務實。

從字面上來說,SLS是Selective laser sintering的簡稱,利用雷射高溫燒結粉體材料,一樣是層層堆疊燒結成型但不需要列印支撐,這樣的技術對於專業複合材料或是高性能材料(可以參考舊文這篇這篇)的應用是相當需要的,尼龍材料(通稱PA12)是在SLS機台上最常用的材料,這裡有個圖片可以約略呈現為什麼高價位的SLS 3D列印技術與列印物件有別於(看起來已經夠厲害又好用的)SLA光固化成型技術(所有圖片未修圖)。

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PA12(尼龍粉末)

PA12尼龍粉末是在SLS成型技術裡最常見的材料,使用尼龍粉末的列印物件擁有較好的耐衝擊性、強度高也具有一定的韌性,各家各樣的尼龍粉末配方也各不相同,基本上它的熔點都可以到將近200度C,其熱變形溫度(HDT)在相同的條件下比起SLA也高出不少,可以達到140度C以上,這樣的材料特性就更適合工業用戶來使用。在某些特定條件下甚至可以作為小批量的客製化產品。

延續上一篇材料介紹用的組合件,這是GE渦輪噴射引擎發動機模型裡的外殼件,具有內外殼雙層結構設計,內有多片尺寸大小造型不一的渦輪葉片,這個外殼是包覆著壓縮機與扇葉,需要承受高溫高壓還要負責運轉時讓氣流流通以提高噴射推力與燃燒效率。有關更多噴射引擎說明請參照維基百科以免離題,這裡的只是想要展現這個物件本身複雜的結構性。尼龍粉末柔軟的特性也被大量應用在服飾流行業界,電影黑豹裡大量的服裝與帽飾造型各個複雜且輕薄,非得仰賴尼龍粉末來列印不可。

目前一般中小企業如果有尼龍材料列印的需求通常會委託3D列印業者來製作,假以時日一般的企業應該都會擁有兩台以上不同列印技術的3D列印機台來提供內部工作需求。

優點:

SLS+尼龍粉末成型的物件簡單明白的說就是適合輕薄結構或是複雜結構的工件,列印後的物件如果不厚還會有點彈性,非常適合製作鏡框,鏡腳,卡扣件、手機殼或是服飾設計的作品等等,話說回來也幾乎不會有人用尼龍材料列印實心厚的大物件。

缺點:

就應用面而言PA12非常討喜,除了昂貴的硬體造價與材料費用。如果真的要挑剔就是表面有一層粉末感,如果非常靠近看可以看到像是粒子的粗糙表面。但這真的瑕不掩瑜啊!

 

 

尼龍玻纖粉末複合材料

含有一定比例的玻璃纖維(GF)的尼龍粉末應該會是個被工業用戶喜愛的材料,GF的應用一直是傳統製造業拿來提升材料強度的好配方–耐衝擊、輕量、增加強度。圖片裡的物件是個只有3公分大小開放面的立體方塊,在L型邊框上各有一條1mm寬的溝槽與突起條,裏頭的X形交叉紋路與4條平行開口都十分工整與完整,顯示出這樣高性能的材料在實務效果上也表現得非常突出。

玻纖材料

 

以生產PA12尼龍粉末為首的粉末材料還有許多企業,許多歐美知名的化學材料大廠早已布局進入這個產業,工業化4.0指的不只是自動化的過程,也是材料的變化與突破,有關3D列印產業界的創新與進展我們都會定期編譯並發布在3DP焦點新聞的專欄裡。

 

金屬材料

使用金屬粉末材料的列印技術,通常我們簡稱為SLM技術(selective laser melting)或是DMLS(direct metal laser sintering),或者你也聽過其他如LMD、EBM、DED等稱呼,名稱的差異其實是來自於使用的成型技術方式的相異,背後也隱藏了各種成型方式的專利,這也表示了金屬成型列印還有許多創新與改進的空間,也是許多大企業或是新創企業可以申請專利與開創未來商業潛力的地方。

附上幾張由國家機構工研院研發的金屬列印機台所列印出來的物件,相信這些照片可以很快為大家解開一個藏在心中的疑問也可以立刻點出金屬列印的重要性。

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第一張照片是一盤列印出來的珠寶飾品的樣品,姑且先不問為什麼不是貴金屬的黃金(因為它沒用K金粉末啊!),首先這裡解開的一道謎題是列印物件表面十分粗糙留著非常明顯的列印痕跡,意味著要成為珠寶成品還是需要經過傳統金工拋光打磨的程序,這也破壞了許多消費者的想像,以為金屬3D列印是【要甚麼印甚麼】的列印神器,所以對於專業的珠寶業者來說不會選擇這樣需要投入昂貴的前置成本的金屬3D列印機來製造珠寶。

第二張照片對於從事醫療工作的專業人士就非常眼熟了,這是要人工膝關節,放大的內面有著許多不規則複雜的細孔,這些大量的細孔結構是傳統人工關節做不到的,這時候使用鈦合金金屬粉末製作的人工膝關節的金屬3D列印機就是創新的產物與技術,這也是下一波3D列印的重要發展領域。附上一張與傳統人工膝關節的合照,一目了然為什麼3D列印在醫療領域發展的重要性。

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金屬材料也有許多選項,不鏽鋼、鐵、銅與鈦金屬等等因應不同的產業需求,在我們的產業焦點新聞報導裡頭曾經多次提到應用的產業包括了航太如GE、SpaceX、重工業如西門子、機汽車產業如福斯(VW)與需要在特殊工作環境作業的船舶零件等。

3D列印產業是下一個世代也是正在展現影響力的技術,硬體與材料都在日益進步與變化之中,這篇文章上下兩集都會隨時更新,也歡迎與我們一起討論3D列印產業的點滴事物。

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