2019年9月30日 星期一

3D列印是什麼?|3D列印技術、材料、應用說明一次分享!


✋什麼是3D列印?? 
相信大家對「列印」這個詞兒絕對不陌生,平時印作業、印票券等等也都常常用到,但這都僅止於平面的列印,那什麼是3D列印」呢?有朋友問我:是不是一張紙一張紙印出來,層層疊加就變成立體的?有朋友說:本身「列印」這詞,不就含有平面的意思嗎?NoNoNo~都不是,因爲葳從高中就一直覺得3D列印很有趣,大家不知道真的粉可惜~再加上輾轉成為了美國3D列印公司formlabs在台灣的一份子,所以決定寫這篇簡單的介紹分享~(本人也還在學習ing,期待未來可以變得更專業分享更多給大家嘻嘻)

「additive manufacturing icon」的圖片搜尋結果 「subtractive manufacturing icon」的圖片搜尋結果
(Photos credit to KENNAMENTAL and GOMEASURE3D, only for noncommercial purpose)

「加法製造」v.s.「減法製造」

3D列印又被稱作「加法製造」,是一種從無到有的生產方式,相反於「加法製造」的生產方式,有上數學課的小學生都猜得出來,那就是~~「減法製造」!那它們的差別是什麼呢?3D列印機是用不同的材料,例如:樹脂、金屬粉末、塑料線圈等,透過層層疊加、堆積的方式,來「印」出一個物體,而減法製造則是一般傳統加工的製程,將較大塊的材料,去做切割、研磨等工法,去做出想要的產品。相信聰明的大家可以發現,前者可說是你的產品多大,用的材料就用多少,而後者則是會有那些被切削掉的材料需要被丟棄,基本上3D列印可以節省掉許多原料與時間的浪費,但兩者當然還是各有優缺點喔,更詳細的比較之後再寫一篇詳細介紹~

3D列印技術有哪些?  

那關於3D列印的技術與原理,相信沒接觸過的人一定是霧煞煞,我本人一開始也是!簡單分大概有這幾大類(更多每種技術印出來的效果大家可以自己google一下圖片~):

1.  FDM熱融沉積(Fused deposition modeling


FDM的材料是用熱塑性的線卷(e.g. ABSPLAPCPP, etc),透過高溫的方式把材料加熱到半熔融狀態,再將材料從噴頭擠出在成形的空間,材料會快速變回固態,重複這樣的動作,印出一個固體的物件,優點的話FDM使用上簡單且便宜,缺點部分,印出的東西層紋會較深、精緻物較難達到,且容易卡料。

2.  SLA光固化成型技術(Stereolithography



SLA技術的材料是使用光敏樹脂,透過光學引擎將雷射光照射到樹脂上,使樹脂固化,變成一層固體的薄薄薄薄~切片(從0.3mm0.025mm之類的都有),再接著固化下一層,層層固化印出實體物件。那也因為雷射點非常細,算是從「點」到「線」到「面」再到「體」成型,所以物件印出來可非常細緻,此外,尚未固化的樹脂也可繼續使用。

3.  DLP光固化成型技術

DLP也是光固化的一種技術,材料也是使用光敏樹脂,不過光源不像SLA是使用雷射光這種「點」光源,而是使用投影光照射在樹脂上,一次固化一個面,從「面」到「體」的成型,所以速度會比較快,但光源就會有不均勻的現象,有些地方較亮有些地方較暗,細緻度相較SLA會差一點點~

4.  SLS粉末燒結

「sls printed parts」的圖片搜尋結果

SLS所使用的技術是透過高將粉末顆粒溶化,接著再用雷射光去掃描,使融化的粉末聚合固化,一層一層的固化,直到完整印出物件。列印完成時,印好的物件會處於粉末之中,把物件取出來後,剩餘的粉末可以再利用。優點的話SLS技術不需要支撐材、也較不會有層紋,不過表面會有細微的顆粒感。

3D列印可以應用在哪裡?

還有一個相信大家一定也非常好奇的,3D列印可以應用在什麼地方?遇到許多對3D列印不了解的朋友,認為3D列印的使用還很局限,但其實不然,3D列印的應用可說是五花八門,什麼都印得出來,這也是我覺得它實在太神了的地方!

1.    醫療:

      Doctor Pointing at Tablet Laptop
      在醫療方面的應用有很多,像是列印手術導板、術前模擬工具、模擬血管、頭骨模型、頭蓋板模型、輔具等等都有,且現在3D列印已經有通過生物相容性驗證的材料,是真的可以跟人體接觸(時間上不一,有些接觸24小時,有些30天等等),台灣有滿多醫院有將3D列印導入醫療應用的,透過將醫療數位化,其實可以縮短醫療時間,也能讓手術更精確、改善患者醫療體驗,台灣其實也有有許多大醫院使用formlabs的列印機。 

2.    牙科:

     Person Showing Magnifying Eyeglasses
      牙科方面可以用3D列印印出牙模、手術導板、牙冠牙橋、假牙等等,搭配全口掃描與真空成型的技術,也可以製作隱形牙套,有戴過牙套的人都知道,葳也有戴過(俺現在嘴裡還有呢XD),一般要取牙齒的模,是醫生會用一個盛滿黏黏軟軟矽膠的模具讓你咬,且不只要咬一次,上下左右都要,而且醫生會狂推那個模子非得讓你咬得非常緊,才能取出正確的齒模,那個味道確實是滿噁的,且咬完整個嘴巴都是殘留矽膠會有點想吐,那像這個問題,就可以透過口掃機跟3D列印的搭配來改善。 

3.    工業、數位製造:

  「new balance 990 sport triplecell」的圖片搜尋結果「gillette formlabs」的圖片搜尋結果
    工業方面的應用又更廣了,因為現在3D列印的精度已經可以達到非常高,且比起一般的傳統的CNC加工,可以節省很多時間與金錢的成本,所以有很多工業或製造業公司已經將3D列印導入,不管是做產品的打樣與驗證、生產工具的製造(e.g.模具、夾具、組合件之類)、或者直接小批次生產都有,台灣各個科學園區公司們、產品設計公司、運動用品大廠、高爾夫製造、耳機製造、窗戶製造商、航太業等等都有將3D列印技術導入(公司名字就先不在網頁公開,此為商業機密ㄉㄟ斯~有機會當面聊再說XD),說一些大家可能比較知道的國際大廠好了(他們自己已經有公開~),例如:New Balance(彈性鞋底), Gillette吉列刮鬍刀(客製化刀柄)、adidasDecathlon迪卡儂、Apple蘋果電腦、Disney迪士尼、3M、波音、BMWAudi奧迪、NikeBeats耳機、Microsoft微軟、Tesla特斯拉等等很多、也有許多是合作對象

4.    教育:

      現在有許多相關科系像是工業設計系、產品設計系、機械系、材料系、化工系、數學系等等,都有將3D列印帶入,台灣舉凡台成清交成或者其他學校相關的科系,不管是老師拿來教學或者是學生用來製作設計的產品與道具等,都有~甚至有數學老師用數學方程式來印製數學的模型!

5.     Maker創客、珠寶業:

     Assorted Plastic Toy on Yellow SurfaceShallow Focus Photography of Luigi Plastic FigureClose Up Photo of Diamond Stud Silver-colored Eternity Ring 
    3D列印除了醫院、企業與學校的應用外,有些個人或者工作室也會拿它來做一些作品的 設計,例如大小的模型、玩具、原創設計的產品等等,因為想要小量製造或獨立生產一個模型,用傳統的生產方式金錢跟時間成本都過高,所以3D列印可以大幅改善這個問題,做出獨一無二的作品,此外,因為高精度的優點、現在3D列印技術在珠寶業也滿盛行,除了有可作翻鑄的材料也可以直接金屬列印、不必擔心委外製造時產品機密外露的風險。

其實只要學會3D繪圖軟體,基本上你什麼都可以做,腳踏車手把壞掉了,自己畫一個印出來,筆的筆蓋裂掉了,自己設計一個印出來、書包卡扣壞掉了、狗鍊斷掉了、碗破了、相框壞掉…etc,都可以自己畫一個印出來!我覺得被稱為工業4.03D列印真的是很猛,現在有許多國家甚至用3D列印技術快速蓋房子、倫敦有3D列印餐廳、德國公司搭配掃描量身打造人像模型、紐西蘭更用3D列印打造火箭·並成功發射等等,它的極限不斷的被突破著,當然,一個尖端科技的發展過程中也會遇到許多問題,例如成本考量與材料的檢驗等,關於3D列印的發展,就讓我們繼續看下去吧~(更多關於機種推薦、價格、軟體之類的,有機會再跟大家分享~大家有空也可以到3D列印展上晃晃!會有很多酷炫帥棒讚的東西可以看~例如印出的龍貓!!💖💖(激動)

那我的簡單介紹就到這邊,如果有任何問題或者想一起交流,歡迎留言給偶~我會的話就回答你們XD不會的話也可以幫忙問問哈哈哈!


下次見囉!À la prochaine~~

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