政大大學報

金屬細線代粉末 台3D列印勝日德

2016/10/19 22:24:19
1new
3D線性金屬列印過程,利用線狀列印並以雷射噴頭加工成平整面。圖/南臺科技大學機械工程系學生陳慶嘉提供

【記者李奇芸台南採訪報導】根據國際數據資訊(International Data Corporation, IDC)〈全球3D列印市場支出追蹤報告〉,西元2020年時3D列印市場經濟規模可望達到354億美元(約新台幣1.1兆元),且今年的列印支出將達159億美元(約新台幣4977億元),並以24%的年複合成長率增加。南台科技大學研發團隊開發出的3D金屬列印取得一項專利,解決傳統金屬列印的產品孔隙缺陷、金屬粉末回收不環保、保存困難及成本高昂等問題。

目前全球市場廣為人知的是以塑膠膠條為耗材的3D列印機;然而,因膠條的耐用性不足又極易造成環境負擔,而逐漸被金屬粉末列印取代。不過,粉末列印卻會因粉塵及其顆粒大小不一,而在燒結的過程中產生孔隙;另外,金屬粉末的回收系統及保存方式都較為困難,成本高又不環保,耗材容易被浪費。因此,研發團隊以金屬細線取代傳統金屬粉末,並與自行研發的新型送線機構結合,搭配雷射熔融的方式製作各式金屬體,為傳統3D列印的技術限制創造新契機。

6
3D線性金屬列印機台,右邊為人工介面控制系統,右下為放大金屬列印狀態的螢幕。圖/南臺科技大學機械工程系學生陳慶嘉提供

「線性金屬列印基本上可以解決孔隙的問題,並在保存、回收的過程中都比粉末來得容易,」機械工程系學生陳慶嘉驕傲地說,研發出的金屬列印機使用100微米(μm)的金屬細線,因此也能將產品細部加工,並利用雷射熔融的方式使金屬層層疊加,避免孔隙問題,「目前在日本、德國也有金屬細線的列印嘗試,但最細也只做到600微米(μm),是我們所使用的六倍大。」他提到,這種送線機構不僅承襲以往傳統產品的優點,更加設導正裝置使傳輸穩定,在噴嘴也設計巧思,加以固定線材,提高列印機台的穩定度和安全性。

「預計未來會開創一間新公司,以3D列印機台、代工、耗材三個核心技術為主,並以模具製作、創客、醫療器材的代工為平台。」擔任指導老師的機械工程系教授莊承鑫表示,在醫療器材的運用上甚少運用金屬3D列印,是顧及產品缺陷和品質管理的問題,現在國內廣泛運用的骨釘、骨板都是由人工塑造,但若這項專利未來能夠真正商品化,結合商業模型,透過多種方式進行代工、機台行銷,對醫療器材產業會是很大的助益。

「目前正在與廠商合作,並且共同協議、確立未來商品化的路程、方向。」莊承鑫提到,研發實驗的過程中是由廠商帶動產學合作的計畫,並與各通路商協調,預計年底會產出完整的機台,進駐南台科大校園並供實驗使用,在改良穩定之後問世。