3D 打印 – 簡單介紹


很多人都會對 “3D 打印” 這一個詞沒有明確的概念。 現時,積層製造 (Additive Manufacturing,AM) 的所有技術都會被稱爲 “3D打印”。 其實積層製造正正就代表著將一個物件續層續層那樣製造起來,而不是用工具從一塊已存在的材料雕琢出來。 “打印” 這個詞有時候亦都會令人混淆不清,因爲很多積層製造的技術跟傳統的打印技術不相同,有些但又好像常見的(二維)打印一樣。
在這裏,我們會爲您提供 3D 打印最基本的原理概覽,簡短的3D打印技術概覽以及介紹這項技術的好處和應用範圍。


什麽是 3D 打印或積層製造呢?


爲了打印一份二維的圖片或文件,您是需要一個適合的檔案。 就如 jpg 或 png 的文件格式就可以打印圖片,word 和 pdf 格式才能打印到文件。 因爲打印機是靠這些資料才會 ‘知道‘ 它應該要打印一些什麽東西出來。 3D 打印的原理都是一樣的。 唯一的分別就是那些擁有著物件的三維形狀的文件格式,有時候還會有顔色的資料。 常用的 3D 物件所需要的格式就是 STL (來自於 STereoLithography 技術,標準材料是 高分辨率樹脂), STP (一般工程師會用上的 CAD 格式) 或者 OBJ (給有顔色的物件的格式)。
所有的 3D 打印技術都有一個共通點,就是在打印之前,3D 模型會在電腦裏分成一個個打印層,這個過程亦稱爲 ’slicing‘。 之後,每層的資料會傳到去 3D 打印機裏,讓物件可以續層續層建造起來。
所有積層製造技術的製造過程都跟以上描述差不多,但打印層的真實建造方法是怎樣的就要看使用了哪一種技術了。


3D 打印 簡單介紹 SLA

圖片: iStock.com / PangeaPics

3D 打印技術


製造打印層可以通過多種技術進行。 讓我們給您介紹最常見的幾種。

技術方法:

激光燒結技術會使一層薄薄的粉末鋪在一個可以伸縮的平臺上。 然後會有一束激光選擇性地燒結那一層的指定位置。被燒結完的地方都會固定好,其餘的粉末仍然是散開的,所以打印過程完成後可以輕易除去那些多餘的粉末。 燒結完第一層之後,平臺會被降低於一層的高度 (~50 – 150 µm) ,新一層粉末會被舖在第一層上,過程會重複進行。

主要好處:

  • 設計上的自由度: 粉末會固定好整個打印品。 因此,甚至幾何形狀最複雜的物件都可以省了支撐結構的需要。
  • 速度: 所有技術裏打印週期最長的其中之一。 不過,每一個打印週期都可以同時間打印很多不同的物件,因爲它們不但可以並排打印,而且還能叠起來打印出來。

材料:

技術方法:

這種技術用的材料是液體的感光性樹脂。 衹有立體光固化成型技術和 Polyjet 會用上液體的材料,其他技術都用固體的。 首先,打印機會被裝滿液體的樹脂,而且打印平臺會設在接近材料頂部的位置。 打印過程開始時,一束紫外激光會通過頂部在液體的樹脂上繪畫第一層的輪廓,跟住立即將它硬化(‘光硬化樹脂’)。 模型的第一層因此已完成打印和固定在打印平臺上。 接下來,平臺會被降低了一個打印層的高度 (一般都是 50 – 100 µm)。 平臺再一次處於也體内,第二層會打印在第一層上,兩者會被融合。 然後以上過程會重複進行,直至所有打印層都完成了。 這種技術方法亦可以倒轉進行的,大的打印機會如以上描述由上打印到下,小一點的機器一般都會由下面打印到上面。

主要好處:

  • 表面: 將液體的材料固定化會令到表面非常均匀和光滑。
  • 準確度: 收縮情況是存在的,但跟其他使用熱量的技術 (如:激光燒結或FDM) 比起來并不會那麽容易斷裂。

材料:

技術方法:

一個 Colorjet 的打印機就如一個噴墨打印機一樣運行,但它會在一層很薄的白色石膏粉上打印。 打印過程中的 “墨” 其實就是將石膏粉粘在一起的粘合劑。 有 5 個不同顔色的粘合劑,一邊在混合時,一邊在製成模型的形狀。 物件的三維形狀會因一層在另一層上打印並同時粘合而形成的。 打印完一層之後,打印平臺會以一層的高度降低下來 (約0.1 mm),新的石膏粉會被鋪上,新一層會被打印。 以上過程會重複進行,直至所有打印層都完成了。

主要好處:

  • 全彩部件: Colorjet 能創造全彩的模型。
  • 石膏般的材料: 石膏這種材料在 3D 打印界是非常之突出的,而且還在某些應用範圍裏,就如建築模型或藝術和視覺模型亦是極受歡迎的。

材料:

技術方法:

打印過程跟激光燒結是一模一樣的。 唯獨材料不會用到塑料粉末,而會用到金屬粉末。 因此,激光亦都相對須要强烈幾倍,所以打印機器的價錢亦是非常之昂貴。 跟激光燒結塑料不同,這種技術需要打印支撐結構。

主要好處:

  • 複雜的金屬部件: 用研磨技術難以製成的複雜形狀,通常用 金屬 3D 打印技術 都可以輕易完成的。
  • 材料選擇: 專業和工業級的金屬可以用來製造堅固的部件。 那些部件因此可以在上市產品用上。

材料:

  • 特別材料有: 不鏽鋼 (1.4404 / 316L) 或 (Titanium; Ti6Al4V)

技術方法:

Polyjet 3D 打印技術裏,有將一個打印頭掛在一個打印平臺上。 那個打印頭包含了許多個噴嘴及一枚紫外燈。 打印過程時,打印頭會掃過從噴嘴滴在打印平臺上的液體和光固化的聚合物,然後用紫外光幾乎直接將液體硬化。 之後,平臺會被降低 15-32 微米 (根據所用上的機器和設備來定),下一層的聚合物會塗在以固定的一層上。 這個過程會重複進行,直到整個物件都完成了 3D 打印。

主要好處:

  • 極仔細的部件: Polyjet 在 3D 打印裏面是有最高解析度的技術之一。 因此,它能如注射製模技術一般,創造出非常好的微細細節。
  • 材料結合: 一個模型可以用兩個不同的材料同時進行打印。 比較受歡迎的結合就是透明和不透明的材料 (例如在一個透明的環境裏展示出内部結構) 或者軟跟硬的材料 (例如在一個手柄上打印橡膠質的表面)。

材料:

  • 透明的軟和硬的材料、不透明的軟和硬的材料、聚丙烯 (polypropylene) 或 模擬 ABS 的材料 —— 所以都可以在其他材料當中選出

技術方法:

熔融沈積建模技術 (亦稱爲 FDM 或 FFF) 使用噴嘴來熔化和壓擠塑料在一個平臺上。 擠壓后,塑料會即時冷卻及固定。 每一個打印層都會重複這個過程直至模型完全打印好。

主要好處:

  • 堅固的部件: FDM 打印出來的部件非常堅固,所以可以在機械測試裏用上。
  • 豐富的材料選擇: 這種技術可以用上許多热塑性塑料。

材料:

  • ABS、 PLA 和 PA6/PA66 —— 所以都可以在 特別材料 當中選出

應用範圍


由於 3D 打印是一項多樣化的技術,所以 應用範圍 亦都比較廣。 講到生產數量少的製作時,就如快速原型製作或非常個性化產品的零件,3D 打印絕對是一個正確的選擇。 此外,3D 打印技術也能夠製造幾何形狀極複雜的部件。 這是其他製作技術,例如研磨或注射製模技術不能做到的。

產品開發
3D 打印 簡單介紹 產品開發

最久的積層製造應用範圍就是製造原型。 現今已經有各式各樣的材料和機械選擇。 除了製作之外,我們還提供 CAD/產品設計和 3D 掃描/逆向工程服務。

製造業
3D 打印 簡單介紹 小批量製作
  • 小批量製作
  • 模具製作/快速模具
  • 3D 打印的備件

小批量製作日漸傾向於使用快速製造工藝就如 3D 打印技術和真空鑄造。 用快速加工亦能通過加法製造創建到工具出來。

模型
3D 打印 簡單介紹 全彩石膏 建築模型
  • 建築模型
  • 銷售或公平貿易模型
  • 3D 人像

建築或機器的比例模型 (建築模型和銷售或公平貿易模型) 越來越受歡迎。 3D 打印技術能輕易地將模型縮小到一個輕便的大小,可讓模型運送到去不同的地方。

科學 & 教育
3D 打印 簡單介紹 科學 教育 Polyjet

個性化的實驗或實驗室設備是如今最常見的應用範圍之一, 但器官或分子模型也越來越普及。

3D 打印的益處


  • 成本低 – 不需要任何工具或程序設計, 產品的數量由 1 開始已經可以打印到。
  • 高度個性化 – 創造出一個非常個性化的產品是十分之簡單的 (如: 3D 人像)。 當然, 大規模定製一樣可行。
  • 交貨時間短 – 在幾天時間内接收您的模型。
  • 設計自由 – 在 3D 打印裏,複雜的幾何形狀是 “免費” 的 —— 設計模型時不用管那些例如在工具設計要考慮的因素。

3Faktur – 您的 3D 打印服務公司! 我們支持各式各樣的 3D 打印物件。 您衹須要 上載您的模型,然後我們幫您打印。 您也可以給我們寄一個 另外請求。 若然您還有其他問題或要求的話,請隨時 聯絡我們

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