《3D列印養成術二》3D列印的七大技術原理與優缺點

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2021/10/14 《3D列印養成術二》3D列印的七大技術原理與優缺點

3D列印有多少技術種類？來到第二集的《3D列印養成術二》，給你秀出7種主要的3D列印技術種類！只要掌握好這集大補帖，新手也能成為3D列印技術達人！

回顧《3D列印養成術一》什麼是3D列印？必修基礎大補帖！

1. 光固化(Vat Polymerization)
以光敏樹脂為主要材料，通過光照來使樹脂硬化並聚合成型，這種光照技術分為雷射光束(SLA)、投影光照(DLP)、連續DLP(CDLP)。SLA通過使用紫外線(UV)雷射光束，逐層固化樹脂來創造3D物體；DLP與SLA類似，但DLP使用數位投影，以一次性的繪製一整層圖像來成型；CDLP則與DLP相似，但依靠構建板Z軸的連續向上運動來成型。所有的光固化技術都有利於生產精細和光滑的成品表面，是珠寶和醫療用具的理想選擇。

優點︰

成品表面光滑，幾乎沒有堆疊紋路
適合複雜、精細的零件
具封閉性和整體性的設備易於操作

缺點︰

樹脂刺鼻及易燃，操作時必須注意防護措施
通常需要支撐結構，後處理比較耗時
樹脂具黏性，環境清潔不可少
對紫外線敏感

2. 材料擠出成型(Material Extrusion)
以熱塑性塑料為材料，通過加熱的噴頭噴出熱融的塑料，再逐層擠壓到構建板上，最終堆疊成型。最被廣泛使用的熱熔堆疊(FDM)，便屬於這種3D列印技術。

優點︰

列印迅速，成本較低
熱塑性塑料很常見，選擇性豐富
不須額外的清潔設備，容易維持環境整潔

缺點︰

表面較粗糙，通常有明顯的堆疊紋路
通常需要支撐
精度有限
列印品質會影響成品的物理強度

3. 粉末床融合成型(Powder Bed Fusion)
以粉末聚合物(塑料或金屬粉末顆粒)為3D列印的原料，通過雷射等高能量進行加熱、融化、固化。常見技術為選擇性雷射燒結(SLS)、電子束熔化(EBM)和多射流融合(MJF)；而金屬3D列印的選擇性雷射熔化(SLM)和直接金屬雷射燒結(DMLS)，也是使用粉末床融合技術來選擇性地結合金屬粉末顆粒。

優點︰

成品表面呈霧面而細緻的磨砂質感
成品堅固
可列印複雜的幾何形狀
不需要支撐結構

缺點︰

生產時間較長
成本較高(機器、材料、操作)

4. 材料噴射成型(Material Jetting)
這是一面噴出液態成型的材料，一面使用光照或熱能來進行固化成型的技術。納米顆粒噴射(NPJ)和按需噴射(DOD)是另外兩種類型的材料噴射。

優點︰

模型逼真
細節精緻
具高精度
成品表面光滑

缺點︰

成本高
機械性能具脆性

5. 黏合劑噴射成型(Binder Jetting)
以黏合劑噴射至粉末上結合成型後，降低成型平台，把新的一層粉末鋪平粉末床後，重複噴射工序，逐層固化並可同時混入墨水，印製成彩色成品。

優點︰

全彩選擇
不需要支撐結構
無翹曲或收縮問題
材料廣泛

缺點︰

零件強度低
比材料噴射的精度低

6. 指向性能量沉積成型(Direct Energy Deposition)
以金屬粉末或金屬絲進行雷射熔融，通過在沉積時熔化粉末進行成型。雷射近淨成型(LENS)和電子束增材製造(EBAM)也屬於這一類別技術。

優點︰

零件堅固
可產生較大型的零件
材料廣泛

缺點︰

成本高
成品表面光滑度較差

7. 板層壓成型(Sheet Lamination)
將單片材料切割成形，堆疊並壓合在一起成型。有幾種類型的壓合技術︰黏合、超聲波焊接或釺焊。

優點︰

工序迅速
成本低
無需支撐結構
多層材料

缺點︰

需要後處理
可用材料有限
成品表面可能會有所不同

以下的樹形圖，可簡單概括增材製造技術的整體格局︰

additive_manufacturing_technologies_pictures

如何選擇正確的3D列印技術？
要為特定的零件選擇最好的3D列印技術，也許是很困難的事，因為每種模型、零件通常會有不止一種適合的3D列印技術，而每種技術都會在成本和產量上產生細微的變化。一般來說，我們需要考慮3個關鍵因素︰

1. 材料性能：強度、硬度、衝擊強度等。
2. 功能和視覺設計要求：表面光滑、強度、耐熱性等。
3. 3D列印過程的技術能力：精度、構建尺寸等。

回顧《3D列印養成術一》什麼是3D列印？必修基礎大補帖！的基礎知識，再加上這一集的技術大集合，你對3D列印有更清晰的概念了嗎？歡迎來到DiMan的FB、IG討論，再一起期待下一篇的3D列印材料及應用的補帖最終回吧！

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