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2021/10/06
《3D列印養成術 一》什麼是3D列印？必修基礎大補帖！
3D列印就是不停堆疊材料來形成3D物體的技術？你還能深入了解更多！DiMan將為3D列印技術展開一系列的知識補帖，從各方面詳述技術與知識，讓你不再對3D列印一知半解！
什麼是3D列印？
3D列印是一種製造3D物體的增材製造技術，簡單來說，它是一種「添加劑」，不須利用任何模具，透過「添加」的方式來堆疊和融合材料，最終形成3D物體。此外，通常3D列印的速度非常快，它固定的設置成本也低，並可創造比傳統技術更為複雜的幾何形狀，再加上它可應用的材料正不斷地擴大，令成品更具多樣性的突破，3D列印因此被廣泛應用於工程行業，特別是模型設計和創建幾何形狀。
3D列印與增材製造
3D列印通常與自造者、業餘愛好者、桌上型列印機、FDM(熱熔融層積)等列印技術，以及ABS和PLA等低成本材料相關，而3D列印技術得以「平民化」，要歸功於RepRap這款3D列印機的原型機，與MakerBot和Ultimaker最初的原型機一樣，它們都推動了3D列印的發展，更直接領導了3D列印在2009年的爆炸式增長。
Ultimaker FDM 3D列印機，適用於中小型企業或家用
相比之下，增材製造(Additive manufacturing)幾乎只跟商業和工業應用相關。
商業增材製造的規模
3D列印和快速成型
「快速成型」是3D列印的另一個術語，因為在80年代首次發明3D列印時，當時的技術只適合成型製造，並不適合生產零件。
近年來，數位製造愈來愈夯，3D列印也已成為生產多種零件的最佳方法，而其他製造技術，例如CNC加工也愈來愈便宜，且更容易製作模型。因此，雖然有些人仍使用「快速成型」來稱呼3D列印，但這個術語已演變成所有快速製成模型的方法。
如何像專業人士一樣進行模型製作
3D列印的工作原理
增材製造 vs 傳統製造
在增材製造技術問世前的其他製造方法，都被統稱為傳統製造，為了了解增材製造和傳統製造之間的主要差別，我們把所有的製造方法分為3種——增材製造、減材製造、成型製造，以下逐一說明︰
增材製造的原理、優點與限制
增材製造利用層積和融合材料來創建3D物體，這種方法幾乎沒有學習的入門時間與成本，所以成為模型設計的理想選擇。可快速製造零件、模型，也可精準製作幾乎所有的幾何形狀，這些都是3D列印技術的重要優勢。
3D列印其中一個最大的限制，是大多數的零件具各向異性(物體的物理、化學等性質，會隨方向依賴性的不同而有所變化)，或無法完全填滿零件本身的密度，這是因為缺乏了像減材或成型技術製造的零件材料和機械性能，且由於在3D列印完成後，冷卻或固化條件有可能會因各種因素而形成波動，有時就算列印同一個零件，也有機會出現輕微的變化，影響了零件的一致性和製造的可重複性。
減材製造的原理、優點與限制
減材製造如CNC銑削和車削，通過從原固體材料上削除材料來創建零件、模型等物體的技術，幾乎令所有材料都可以進行加工，因此減材製造的應用相當廣泛。另外，在加工的過程中，因各方面都需要大量的數據控制，所以這種技術可生產出相當精確、且具重複性的零件。
雖然大多數的設計都需要電腦輔助製造(用電腦進行生產設備的管理、控制和操作的過程)來繪畫刀具路徑和有效的材料削減，無疑增加了設置的時間和成本，但對於大多數的設計來說，減材製造仍是最具成本效益的製造方法。
減材製造最主要的限制是切割材料的刀具，必須到達正確的表面位置進行削除材料的工序，這對複雜的設計會有很大的局限性。雖然像五軸工具機能夠消除一些限制，但複雜的零件在這種加工的過程中，仍須不時重新調整削除方向，難免會增加工序的時間與成本，另外，減材製造會涉及到浪費的問題，畢竟這是一種以削除大量材料來生產3D物體的方法，但若能與數位製造相關的環保技術相結合，也不失為一個理想的方案，例如把銑削後的廢木做成木材線材︰《用3D列印也能拯救森林？你一定好奇的另類木材再生術！》
成型製造的原理、優點與限制
成型製造如射出成型和沖壓，是透過加熱、加壓等方法使材料成型，或以模壓來製造物體。
成型技術是以降低大批量生產的成本為目的，但這種技術所使用的專用模具或機器，會使設置成本非常高，不過，由於這種技術可以在很大的材料範圍內(包括金屬和塑料)生產零件，並有接近完美的可重複性，因此對於大批量生產來說，成型技術反而是最具成本效益的。
增材製造、減材製造、成型製造的比較
數位製造業是複雜的，因為有太多面向可以把所有製造技術進行全面比較，也幾乎不能同時對製造技術的成本、速度、幾何形狀的複雜性、材料、機械性能、表面處理、精度等因素進行優化，在這種複雜的情況下，只能從大部分的製造經驗中找出最適合你的製造方法，簡單比較如下︰
- 增材製造最適合小批量生產而複雜的設計，同時也對速度有所要求的製造。
- 減材製造最適合中批量生產、簡單幾何形狀、嚴格精度和具一定硬度的材料。
- 成型製造最適合大批量生產相同的零件。
其實，通常零件的成本才是選擇使用哪種製造技術的主因。
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