2020年5月19日星期二

3D 列印製造新的生活


【3D 列印如何改善生活?】

3D列印 (3D Printing) 是指任何列印三維物體的過程,主要有三種技術。

受疫情影響,工廠停工,用家可利用3D列印隨時打印所需的物件。

3D列印能縮短開發時間和成本,不需依賴大型工廠的供應。



現時立體 3D 列印技術,已非常成熟和普及,在香港,我們甚至只需要約$2000元,已經可以買到一部 3D 列印機,在自己家中,將需要的物件和零件製造出來。

所以,現今我們已經進到一個時代,即使所有人都要「宅在家中」,甚至連工廠都因為疫情而關門,無法製造某些日用品時,其實,只要我們擁有一部 3D 列印機,以及該物件的 3D 模型結構檔案,已可以在家中自行製造想要的物件,如果再加上另一部 3D 掃描器,更可以把所需物件不斷複製。

什麼是3D 列印 3D Printing?


在技術上,3D 列印 3D Printing,或稱增材製造、積層製造(Additive Manufacturing,AM),指任何列印三維物體的過程。

3D 列印,就如一種工業機器人,在電腦控制下,不斷進行添加層疊原材料的過程,而原材料,普遍為塑膠或金屬,根據三維模型或其他電子資料,列印出任何形狀和幾何特徵的三維物體。

3D 列印的優點


3D 列印的製成品,比舊式模具更細緻和複雜,以往,工廠要製造一件物件,必須先花數周時間,以數千,甚至數萬美元製造模具,這些繁複過程和金錢,單單為了製成一個尚未量產的樣本,如果樣本未能符合客人的要求,就需要作出更改,將上述程序再重複一次,過程不單費時,亦浪費大量金錢。

但有了 3D 列印機後,短短數小時,甚至數分鐘,已可以製造一次性的樣本,而且,不需要花時間製造模具,單單一個電腦檔案,已可以直接製造樣本。

3D 列印的應用

在日常生活中,3D 列印已被廣泛應用,例如︰當家中有物件損壞了,但連製造商都缺乏零件維修更換,這時,我們就可以藉著 3D 列印技術,自行複製零件維修。

又例如︰當我們需要一隻碟或是一隻杯,在 3D 列印機下,輕易就可以造出自己喜歡的大小、外型和顏色。

所以,3D 列印技術,絕對是一種革新傳統製造業技術和程序的科技產品,由以往,我們必須購買所需物件,到現在,我們可以輕易在家中列印想要的物件。

三種 3D 列印技術
3D 列印的範圍,大至飛機、火箭、房屋,甚或所有我們能夠想像的物件。目前,市面上普遍有三種 3D 列印技術,分別是 FDM 熱熔融層積、SLA 光固化和 SLS 鐳射粉末燒結。

FDM 熱熔融層積技術


FDM 熱熔融層積,或稱 FFF,是最普遍的 3D 列印技術,原料通常是捲軸上輸送的熱塑性聚合物,通稱為線材,線徑寬度,公定為1.75mm、2.85mm或3mm,透過安裝在移動桿上的加熱噴頭,藉著材料在列印範圍內層層堆疊、冷卻並固化,製造出物件。

                 

現時,市場上已有一些 FDM 3D 列印機,可以用一般膠水樽作循環物料,再製成物件,因為膠樽本來就是用作承載可飲用水,所以,這種 3D 列印機,亦適合用作製造食物器皿。

SLA 光固化技術

第二種 3D 列印技術,是 SLA 光固化,使用液態樹脂為原料,在槽內倒入樹脂,浸泡列印平台,再以 UV 鐳射或 DLP 投影器,在列印平台上照射,樹脂會隨著照射硬化成型,升起來層層堆疊成型。

SLS 鐳射粉末燒結技術


第三種 3D 列印技術,稱為 SLS 鐳射粉末燒結技術,以粉末聚合物為原料,將粉末倒入機器內,鋪平於列印範圍,再以鐳射光融合,透過微幅的高度升降堆疊,完成製品。

由於粉末列印材料會填滿整個內部空間,列印完成前,都是緊密的粉末,不需要額外使用支撐結構輔助成型,因此,不會有材料中空或掉落問題,未使用的粉末,亦可以透過專用設備過篩後,再與新的粉末混合使用。

三種技術比較

三種列印技術裡,FDM 熱熔融層積技術較經濟實惠,因此最為常見,由於體積細小,且容易操作,後期加工及廢料處理亦最為輕省,因此,一般中小企業也能快速上手,也是最多人使用,相關資源及教學討論也較多。

不過,由於開發相對容易,所以,市面上充斥參差不齊的品牌,選購時需要多方比較。

SLA 光固化技術,則非常適合列印具複雜細節的小型物件,如公仔、造型物體、珠寶等,成品表面光滑、可以呈現複雜紋理,在三種技術中,物理性和機械性較少。

而 SLS 鐳射粉末燒結,則具有最佳機械性、功能性,強調工業原型的應用,表面呈霧面質感、無須支撐,且成品相對堅固耐用。但相對而言,操作難度較高,需佩戴口罩及清除粉末。

小結:

總括而言,三種技術各有所長,沒有所謂好壞之分,只要設計得宜,都能 3D 列印出活動式結構與彈性材質,而桌上型 3D 列印機器,大小合適,更可以直接在公司內部,快速製成樣板,有效縮短開發時間和成本。

【文章重點整理】
  • 3D列印技術適合於個人及家居用途,取替工業的大量生產,可減低造模的時間和費用。
  • 3D 列印技術有三種: FDM 熱熔融層積、SLA 光固化及SLS 鐳射粉末燒結技術
  • FDM 熱熔融層積技術較經濟實惠和易操作;SLA 光固化技術適合打印複雜細節的小型物件; SLS 鐳射粉末燒結技術成品相對堅固耐用。
  • 3D列印技術是自給自足的好幫手。
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