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教學指南

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︰

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)
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︰


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FBIG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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