積層制造
關注創建者：匿名 創建時間：2026-01-04
積層制造的實例教程
臺灣科技大學 多功能材料制造實驗室 / 文承瀚 研究生
(轉載自繁體版ACMT電子技術月刊No.091)
前言
隨著科技的進步，積層制造技術正迅速改變現代制造業的面貌，在這一變革性的制造技術背后，粉末材料不僅直接決定了最終產品的質量和性能，還會影響制造過程的效率和成本。
近年來，粉末技術在材料選擇、制粉工藝、顆粒特性控制和應用范圍等方面取得了顯著的突破，使得積層制造技術能夠應用于更多元化和更尖端的領域。本文將探討粉末分析技術的最新發展，并使用積層制造作為新技術運用的實例。
粉末特性
近年來，有許多研究探討粉末物理性質的改變，特別是在粒徑和形狀的控制方面，這些進步對于粉末材料的物理性質和應用性能產生了深遠的影響。
粒徑改變造成的影響
比表面積：隨著粉末粒徑的減小，一般比表面積會顯著增大。比表面積的增加使得粉末在積層制造中可以更有效地與添加劑進行混合。
分散性：小粒徑粉末具有更好的分散性，可以在液體或聚合物基體中均勻分布，這在漿料的制備中至關重要，有助于提升材料的打印性能，但是小顆粒也有相應的缺點，其會容易發生團聚，進而影響分散性，因此，粉末的大小要根據使用需求進行調控。
反應速率：奈米級粉末由于其顆粒細小，一般比表面積較大，而使化學反應速率顯著提高，這也會使漿料固化的性能顯著提升。
形狀控制的影響
流動性：球形粉末具有更好的流動性，這對于積層制造和粉末科學來說非常重要。良好的流動性有助于提高材料的成型精度和制造效率，同時減少制造過程中所產生的缺陷。
堆積密度：粉末的形狀影響其堆積密度。球形粉末通常具有較高的堆積密度，這意味著在相同體積內可以填充更多的材料，有助于提高燒結體的致密度和機械強度，這在制造高性能結構材料時尤為重要。
展開 ■ 耀德講堂 / 趙育德 講師
(轉載自繁體版ACMT電子技術月刊No.080)
前言
在積層制造推行至今，我認為采用SLM(Selective Laser Melting, SLM)制作模具零件無疑是MAM技術最成功的案例，如圖1與圖2表示。這是金屬積層制造迄今最成功的方向，沒有其二。這個成果其實是經過不斷的驗證和失敗，幸好跟著計算機科技的進步，包含金屬粉末制造的分選改良、設計與分析模具的軟件進步、制造模具的方法推陳出新、檢驗技術更加先進，多種條件技術的組合在一起才有今天這樣的成果。
我們都知道，金屬積層制造中有七大分類，在前面章節已經說明了最適合于金屬零件的加工方法就是SLM，主要在于直接融化金屬粉末并使其形成熔池，逐道再逐層的建立出整個產品的形狀，并且過程中以計算機輔助監控其尺寸并加以控制，因此SLM只要根據雷射能量功率和光斑尺寸，搭配足夠精細的粉末粒徑，以及更精確的機構動作，能夠控制到達10μm的精確度已經不成問題，這是MAM發展至今一直努力的目標。
圖1：SLM成型的原理（上視）──逐道完成產品形貌定義與結構固化（本圖片由邱博修改）。資料引用自https://www.researchgate.net/publication/328943270
圖2：SLM成型的原理（側視）──逐層完成產品形貌定義與結構固化（本圖片由邱博修改）。資料引用自https://www.researchgate.net/publication/328943270
再者，模具技術的進步已經是大家有目共睹，針對模仁與重要機構，以往是用模具塊材以減法加工的方式進行，而減法加工最大的問題在于移除不需要的材料所耗費的時間。此外，在模具材料價格昂貴的現況下，整套模具所移除的部分至少占整塊材料50%的重量，會在材料費用上造成許多不必要的浪費。
展開 Q的最強能力（久病成良醫），雖然MIM目前的設備都可以幫助到MBJT，但是現有MIM設備用于MBJT真是大材小用，許多燒結爐的規格包含燒結參數對于MBJT都是不適用的；舉個例子，燒結爐的空間、能耗成本和冷卻時間就是一個明顯的問題，MIM專用的爐子是希望容量更大、裝載更多，然而對于MBJT就相對過大而造成浪費，而且從專爐專用的角度來看，不同工藝成型品以及體積/重量大小差異過大的制品共燒存在許多不確定的因素，可能會導致燒結結果異常；不過，MBJT需要較為小型燒結爐的限制無疑提供了燒結爐制造商的新機會，小體積、可控加壓以及快速冷卻，將會是未來MBJT產業上的新需求；
金屬零件的后處理一直都是積層制造的短版，因為積層制造的產品數量通常是少量多樣，沒有辦法如大量生產的制品可以使用專門的設備和工、治具來進行后處理，這點就需要時間來累積經驗；打印分辨率與模具品的差異在于成型過程的壓力，因此機械加工的后處理是唯一可以縮短兩種差異的最好方式，保留燒結后產品可以夾持的特征將是BJT最迫切學習的設計要求，這個也需要時間來累積經驗！
新的一年，MBJT與MIM攜手并進的2024
其實積層制造的方式仍舊不能超越MIM在于模具品的精度和特征輪廓，不過對于變化密度包含特殊的拓樸結構則是MIM無法達成的，兩者處在各自擁有長短處但都能有一片天的優點。寫了一天，來到這里已經是2024/1/2中午，改來改去和收集圖片花掉Dr.Q許多時間，希望這篇開年的專稿能夠提供MBJT從業者們的一個指引，并且安撫MIM業者快速接納MBJT挑戰，并尋找兄弟聯手的合作機會，畢竟都屬于粉末成型技術的大家庭一員。新年快樂，又是陽光普照的一年。
點擊看更多技術資訊
展開 大綱
本研究以熱像儀搭配壓力/流量計構成的監測系統，對積層制造（3D打?。┲谱鞯蔫偧砻鏈囟燃爱愋退返牧髁啃苓M行實時監控，并與相同條件下的Moldex3D模擬結果進行比對，結果顯示仿真與實際測試一致，能有效降低復雜產品的開發成本。
挑戰
? 評估在投入生產前設計不銹鋼異型水路取代鈹銅高導熱的效益
? 模擬結果須與真實匹配性高
? 測試系統做為3D打印異型水路模具的效能驗證工具
解決方案
利用模座預熱模塊重現異型水路模具的熱成像溫度分布
效益
? 模擬與實際測試結果一致
? 模具壽命增加一倍
? 模具制造成本為原本鈹銅模具的一半
案例研究
水路設計對于塑料成型的模溫差與翹曲的影響甚為重要，而以積層制造/3D打印方式制造的異型水路能夠改善傳統水路的缺點，包括降低熱點溫度、減少制程周期時間等。但異型水路制作成本較高，需要搭配精確的模擬分析以提高應用普及度。本研究建立一測試系統，監控模具溫度場及流場，并根據實際熱傳效能來輔助模型建立與參數設定，提高異型水路的設計效能。
綜合上述，將使用3D打印的方式制造另一兼具使用壽命長與優異冷卻效率的模具，選用的模具材質為高硬度的不銹鋼，在3D打印生產前，先使用Moldex3D模擬結果協助客戶判斷模具的特定關鍵區域是否達到預期，評估項目包括溫度分布及異型水路的流場效能。
分析完成后，由水路的速度仿真結果可知，出水口流速約84.35cm/s，經由換算得到流量為3.97L/min，而實際測量的流量值為3.80L/min，兩者結果相當接近。
實驗進一步使用熱像儀紀錄模具升溫過程的溫度分布。由圖一比較溫度結果可知，仿真與實際測試的結果一致，呈現相同的分布趨勢，且隨時間增加，溫度分布逐漸趨于均勻。
展開 為了避免縮孔缺陷形成影響鑄件質量，傳統陶殼模工藝過程中，針對鑄件特征較厚區域，特別增加更厚澆冒口設計，藉此各區塊保溫、散熱、冷卻的速率控制，進而達到控制整體金屬液于模腔的凝固方向性；但此方法常造成材料利用率下降并增加鑄件的后處理工序，導致制造成本增加。
根據多篇研究結果顯示利用積層制造技術制備陶殼模鑄模，可以提供鑄模彈性化設計及提升精密鑄造鑄件質量[4-6]，對于少量多樣的創新產品開發，更可以縮短產品開發時間50%以上與降低研發成本75%以上。其中噴膠黏粉技術(Binder jetting)可適用于多種類粉末材料與黏結劑，噴印過程于常溫常壓下即可進行，噴墨頭接收驅動訊號后直接將黏結劑噴印圖案于粉床(Powder bed)上，將粉末黏結成形，隨后以逐層堆棧方式建構出初始對象 (Green part)，制作大型化對象，而未噴印粉末可回收再回到噴印工藝中，此陶殼模鑄模制作方法已成為主要發展工藝技術重點之一。
本文主要聚焦于陶瓷粉體積層制造方法應用于一體形精密鑄造用陶殼模鑄模的關鍵殼模設計參數，并整合3D打印無形狀限制優勢進行鑄造模擬及方案設計技術，探討不均厚陶殼模鑄模設計對于控制鑄件各區塊的凝固速度，藉此達到預測分析精密鑄造過程中金屬液凝固行為/方向及縮孔缺陷形成的關鍵影響因素，提供發展3D打印陶殼模鑄模的研究開發基礎。
精密鑄造工藝技術
精密鑄造法，又稱脫蠟法(Lost wax casting），具有可鑄造出更薄、形狀更復雜、表面亮度佳、尺寸精密度高及生產速度快的優勢。
展開 
積層制造的相關專題、標簽、搜索
積層制造的最新內容
大綱
本研究以熱像儀搭配壓力/流量計構成的監測系統，對積層制造（3D打印）制作的鑲件之表面溫度及異型水路的流量效能進行實時監控，并與相同條件下的Moldex3D模擬結果進行比對，結果顯示仿真與實際測試一致，能有效降低復雜產品的開發成本。
這種方法與傳統的基于電弧的金屬積層制造不同之處，在于它控制了點對點沉積路徑之間的凝固和冷卻時間，從而實現一次性連續金屬3D打印自由支撐和懸臂結構。另外，文章還探討了冷卻時熔融金屬的熱差異影響下的機械性能和微觀組織。
M3DPen設備及制程
M3DPen制程的工作原理
1.
根據多篇研究結果顯示利用積層制造技術制備陶殼模鑄模，可以提供鑄模彈性化設計及提升精密鑄造鑄件質量[4-6]，對于少量多樣的創新產品開發，更可以縮短產品開發時間50%以上與降低研發成本75%以上。
近年來，粉末技術在材料選擇、制粉工藝、顆粒特性控制和應用范圍等方面取得了顯著的突破，使得積層制造技術能夠應用于更多元化和更尖端的領域。本文將探討粉末分析技術的最新發展，并使用積層制造作為新技術運用的實例。
粉末特性
近年來，有許多研究探討粉末物理性質的改變，特別是在粒徑和形狀的控制方面，這些進步對于粉末材料的物理性質和應用性能產生了深遠的影響。
MBJT的其他優勢
在眾多金屬積層制造技術中，對于材料種類的廣泛性以及限制性，相信它們是無法與MIM技術比較的，這點Dr.Q非?？隙ā?/div>
■ 耀德講堂 / 趙育德 講師
(轉載自繁體版ACMT電子技術月刊No.080)
前言
在積層制造推行至今，我認為采用SLM(Selective Laser Melting, SLM)制作模具零件無疑是MAM技術最成功的案例，如圖1與圖2表示。這是金屬積層制造迄今最成功的方向，沒有其二。
圖4：高端品牌包與高爾夫球具也都開始用到MIM制品
小結
金屬粉末射出成型最少改變了我個人，把我再推向另一個需要粉末成型技術的技術──金屬積層制造，然而我所擁有的知識卻都是來自MIM，各位讀者一定仔細理解粉末技術的重要性，這是恩師邱博在2010年領我進到粉末技術世界一再叮嚀我并要求我的事情，沒想到在2019年開始當顧問進行巡回授課時，我也開始和各公司的伙伴們說起和邱博同樣的話。
透過DCM在光聚合物中加入功能性添加物，可將積層制造零件的性能表現提升到一個新的水平。(來源)
大綱
模流分析常用于獲取生產過程的起始參數，同時評估澆口位置/設計可能產生的問題。然而，在用于原型批量生產中，產品有無缺陷將比流程是否精準更為重要，而這些起始成型參數可能就是你所需要的。
圖4：高端品牌包與高爾夫球具也都開始用到MIM 制品
小結
金屬粉末射出成型最少改變了我個人，把我再推向另一個需要粉末成型技術的技術──金屬積層制造，然而我所擁有的知識卻都是來自MIM，各位讀者一定仔細理解粉末技術的重要性，這是恩師邱博在2010 年領我進到粉末技術世界一再叮嚀我并要求我的事情，沒想到在2019 年開始當顧問進行巡迴授課時，我也開始和各公司的伙伴們說起和邱博同樣的話。
圖4：高端品牌包與高爾夫球具也都開始用到MIM 制品
小結
金屬粉末射出成型最少改變了我個人，把我再推向另一個需要粉末成型技術的技術──金屬積層制造，然而我所擁有的知識卻都是來自MIM，各位讀者一定仔細理解粉末技術的重要性，這是恩師邱博在2010 年領我進到粉末技術世界一再叮嚀我并要求我的事情，沒想到在2019 年開始當顧問進行巡迴授課時，我也開始和各公司的伙伴們說起和邱博同樣的話。
