說文解字第19課:3D列印 3D Printing

2017.05.30 11:45PM
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是說文解字第19課:3D列印 3D Printing這篇文章的首圖

3D列印技術能夠快速、小量生產立體物件,不但適合創意工作者用於製作各式作品,也很適合用於大量生產前的試作程序,讓工業生產有更有彈性。

 

是專業工具,不是家電產品

3D列印的概念就是透過特殊機具,直接製作出塑膠或金屬材質的立體物件,舉個例子來說,使用者可以使用3D繪圖軟體建立鉛筆盒的模型,然後將模型透過3D印表機列印成實體的鉛筆盒。相較之下,傳統塑膠的加工方式需要先開設模具,然後再以塑膠射出的方式進行生產,改用3D列印技術可以省下製作模具的高額成本與時間。

在幾年前3D列印的風潮正盛之時,有許多媒體繪聲繪影地描述3D列印是改變世界的革命性發明,大家只要準備1台3D印表機在家裡,就可以自行列印多種器具,彷彿我們不再需要購買任何塑膠製品,只要自己動手列印就好。

但是事實上,3D列印具有一定門檻,首先使用者需要自行繪製3D模型,或是下載別人準備好的檔案,接著還需要對3D模型進行支撐、切片等微調,以及根據物件形狀、列印原料特性等因素,調整3D印表機的工作參數,操作上具有一定難度。

從上面的特徵來看,3D印表機的定位應該是專業工具,而不是家電產品,這就像是有些會自己裝修家具的人,才需要準備電鑽等工具,但是冰箱、電扇這類的居家生活用品,則是每個家庭都需要的家電。

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▲3D列印可以快速生產各式立體塑膠物件。

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▲由於3D列印不需使用模具,因此相當適合用於生產小量產品或是客製化產品。

 

常見3D列印技術

最常見的3D列印技術之一就是熔融沉積成(Fused Deposition Modeling,簡稱FDM),3D印表機運作時會以高溫將列印原料融化為液態並由噴頭噴出,當原料降溫後就會凝固為固態,所以只要先將底部「列印」出來,等冷卻凝固後再往上堆疊,並持續反覆就能堆疊成立體物件。

這類技術常用的原料為ABS樹脂或聚乳酸(PLA),前者比較能耐高溫,強度也比較高,不容易發生軟化的現象,但是因為具有毒性的關係,使用時需比較小心。聚乳酸則可由玉米等原料提煉生產,其耐熱程度較差,大約攝氏60度左右就可能會軟化,但是它沒有毒性,廢棄後可以快速降解,對環境較為友善。

▲熔融沉積成3D列印的方式有點像是「捏黏土」, 一點一點將物件的形狀塑造出來。

另一種常見的3D列印技術,稱為光固化(Stereolithography,簡稱SLA),它的特色是採用會對特定波長光線產生反應的光固化樹脂作為列印原料,當液態的光固化樹脂被特定光線照到後,就會產生凝固的現象,因此在使用前,需先將樹脂倒入3D印表機的原料槽中,然後3D印表機就會用光線照射樹脂,待樹脂凝固後,再照射下一層需要凝固的部分,如此一來反覆執行凝固動作,也能塑造出立體物件。

▲光固化3D列印看起來就像是讓成品從原料池中長出來一樣。

3D列印不只能應用於塑膠類的材質,金屬製品也能透過直接金屬雷射燒結(Direct Metal Laser Sintering,簡稱DMLS)或選擇性雷射熔融(Selective Laser Melting,簡稱SLM)等粉末冶金技術生產。其概念是利用高能量的雷射,將粉末狀的金屬原料燒結為固體,或是熔化後再重新凝結為固體,並層層堆疊在一起,如此一來就能製造出高精密度與高強度的金屬物件。

▲粉末冶金技術讓金屬物件也能透過3D列印的方式生產。

 

說文解字使用範例:

O:3D列印技術最大的優勢為不需開模具就能製作立體物件。

X:用印表機列印100張文件,因為疊起來很高,所以叫作3D列印。

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