what is 3D print-headpic

3D列印是什麼?任何東西都能做的神奇技術

網路上能看到一些新聞報導,寫著使用3D列印製作出什麼東西,最早讓人注意到的,用3D列印製作出槍裡面重要的元件槍機,使得很多人擔心這樣的技術會不會危害到大眾的生命安全,經過了大段時間裡,應用到鞋子、房子和汽車,高科技的戰鬥機也可以列印,甚至是食物都用到3D列印,聽到某些公司突破技術能用3D列印製造物件,這些對於一般人的生活中,是很難用到甚至是看到這些3D列印出來的東西,當看到新聞又會好奇,這個被人一直提到的技術,號稱將取代先行大多工業製造,變成下一代的工業製造,到底是甚麼,此篇將使用最簡單的方式向大家解說。


3D列印運作方式

3D列印最基本的概念就是平面堆疊成立體,又稱積層製造法,想像一下一張紙很薄,當一疊紙的時候就變成像一個方體,如果在堆疊過程中,紙的最邊緣做一點造型,讓最外圍外觀慢慢改變,再把這些紙依序疊起來,就變成有造型的立體型,聽起來很像國小學習地理時,實作的地圖上的等高線圖(圖一),使用瓦挊紙切出同一個高度的頗面,然後再依序疊起來,變成簡化後的立體山脈,3D列印基礎概念也是相同的情況,不是什麼特別複雜的技術。

等高線圖
圖一
3D列印如等高線圖
圖二

由於電腦計算的進步,這種類是等高線的成形可以越來越精細,製作山脈地形時,只能將3000公尺高起伏,分別切成8個高度來成現,就會造成模型外觀很明顯的階梯狀(圖二),現在使用電腦計算去做更多的細分取樣,切分的越多,單一層厚也越薄,再由機器自動照順序堆疊起來,就能使模型外觀更接近原始的造型,所以單層厚度影響最後成形橫紋的明顯程度,層厚越薄,表面精細度越好

3D列印層厚差別
層厚差距

3D列印優勢

照上面所說的技術好像不是特別難的東西,目前的很多產品製造上,工藝技術也都有很好的製造方法,那3D列印為什麼會被稱取代現行工業製造呢,跟CNC加工的項目作比較,CNC是使用減法的方式做生產(如影片),一大塊原料使用刀子削切成想要的形狀,消除掉的部分都是材料的耗損,造成成本上的增加,如果使用3D列印的話,變成是加法的形式,將要的形狀用對應的料量去製造出來,減少了很多耗損,且由於CNC是有刀子在做消切,過小的縫隙或太深的結構,刀子非常不容易伸進去,對CNC來說很難處理出來的,3D列印能做的造型的複雜程度,可以比CNC高出許多,使以前不太能做的東西,都有可能生產出來。

除了CNC外,目前大多的生產製造都是要使用到模具,生產出成品前,必須要有個對應的模具,模具依照使用目的特別製造,像是塑膠射出必須製造金屬模具,金屬鑄造必須要做臘膜後,再去翻出土質模具,模具製造上就會要花上不少時間和人工,便宜的模具就可能4~5萬,貴的模具上百萬都是有的,做完模具才能產生出產品,變成每個產品都背負著部份的模具費,數量越少所要承擔的模具費用越高,如果只是要生產小量的數量,每件費用將會相當可觀,至於3D列印卻不用模具,只要電腦檔案繪製好後,就可以列印出成品,時間成本上都比一般的生產製造好很多 。

何謂新技術

網路上常說新的3D列印技術突破,都建立在基本的成形基礎之下,主要對於材料和設備上的突破,好的材料能順利讓機器列印成物件,但物件的物理特性很難完全符合需求,像我們生活在用的塑膠,有分耐熱耐酸等特性,金屬有堅硬程度和剛性,為了某特定要求,廠商就必須對於列印前的材料做配方調整,讓最終成品達到需求標準,以目前有能力這樣開發材料的,大多是大型廠商才有足夠的資源去做開發,最終成品使用上可能也侷限在某些部分或零件,才會聽到新聞說有在使用3D列印技術作生產,但是自己身邊好像都沒看到,現在已經知道主要成形原理,只是材料的配方或機器有新的突破,往後再看到類是的報導,只要仔細去了解,就會發現材料和設備的技術突破。


總結

現在3D列印已經使用再部分領域,這篇(3D列印可以做什麼)已經整理了實際大量的應用方式,3D列印要完全取代現行生產方式,還有很長一段路,材料上的突破會是一大重點,另外還有一個是列印的速度,當這兩個課題能完全解決時,變成很多特殊的零件能更低成本的生產,目前也很多技術成熟的列印方式,已經推出相當平價的列印機可以供給大眾購買,如果本身是會製作3D模型檔案的人,很建議購買一台來試試 ,對於有再思考購買列印機的人 , 也可以參考此篇文章(如何挑選適合的3D列印機)提到的要點來做評估 ,可以把3D玩出更多的可能性。

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