目前3D列印技術在國內不論是企業或是社會討論的聲量都還不大，主因是大多數人的印象都還停留在打樣或樣品製作的應用，譬如公仔、玩具、雛形品等家用技術。然而後面真正可能會影響眾多產業的關鍵，將是隨著3D列印技術在成本降低、速度加快、品質提升、材料多樣性等各方面的努力，已漸漸從「樣品、打樣」的應用，跳躍至「小量生產、大量製造」的應用，最終希望走到客製化的量產技術。
本文將從以下大綱，概述3D列印在國際上的發展，以及介紹工研院材化所3D列印設備能量與應用實例。
‧3D列印技術國際重要發展
1. 高分子材料3D列印代表—HP (Multi Jet Fusion)
2. 金屬材料3D列印代表—Desktop Metal (Binder Jetting)
‧工研院3D列印現有能量
1. 3D列印設備
2. 相關應用開發
(1) 醫療保健—手部護具
(2) 醫療保健—模型加工
(3) 汽車工業—Toyota 86多功能液晶儀表板
(4) 汽車工業—節氣門轉接座
(5) 航空防禦—油電混合系統大型無人機
‧工研院Jet Fusion材料測試平台
1. 墨水可噴印性測試
2. 墨水吸光升溫效果測試
3. 粉體成型製程參數測試
【內文精選】
3D列印(3D Printing)的技術演進及未來可想像的應用與發展，可參考圖一所示。此技術未來是否會快速成長最重要的關鍵在於進入了生產製造領域，如何讓3D列印可以符合製造業的需求—快速、低成本、品質佳等，這是目前國內外企業討論的重點。工業生產已開始進入下個階段，由3D列印技術帶領，從大量製造進入大量客製化生產(Mass Customization)，圖二所示的應用都是正在發生的改變，背後的理由也是因為客製化、少量多樣、即時生產等需求所帶動的。
圖二、現行大量客製化生產應用領域
3D列印技術國際重要發展
2. 金屬材料3D列印代表—Desktop Metal (Binder Jetting)
最近引起業界關注的3D列印公司Desktop Metal，主要獲得Google、BMW、Ford等知名企業投資，於2015年成立到目前為止已募得2.77億美元，準備進攻金屬的3D列印市場。該公司提出他們目前有的三項產品，包含設計工具(Live Parts)、打樣設備(Studio System)、量產設備(Production System)，如圖五所示。其中打樣設備主要是利用MIM材料的技術，搭配類似FDM熱熔的方式來完成3D列印製程，材料選擇性係屬於相對成熟的系統。另外此系統在支撐材料上也有特別的改變，捨棄金屬材質改用類似陶瓷的材料當支撐材，可讓燒結完成後的樣品，輕易地用手就能從基板上移除。
工研院3D列印現有能量
2. 相關應用開發
(1) 醫療保健—手部護具
常見會使用輔護具的症狀有腕隧道症候群（或稱滑鼠手）和狹窄性肌腱滑膜囊炎（或稱媽媽手）。工研院結合了材化所、電光所、雷射中心等跨領域專業研發團隊協同新竹馬偕醫院，研發出客製化3D列印輔護具，如圖八所示，其成品耐用、耐彎折，且不需開模及重覆調整或修改輔具，有機會成為下世代輔護具的新技術來源。
圖八、3D列印手部護具(a)狹窄性肌腱滑膜炎護具；(b)腕隧道症候群護具
(4) 汽車工業—節氣門轉接座
電子式的節氣門改善人為造成的油門遲滯現象，經由電子運算控制節氣門開度，減少了機械故障。工研院利用HP Jet Fusion 4200列印節氣門轉接座（圖十一），讓機械節氣門經由節氣門轉接座的孔位轉接，更換成電子式的節氣門。市售節氣門轉接座所使用的材質為7075鋁製品，而工研院使用材質為尼龍，重量比鋁製品輕，適用於競賽型的車種改裝，以輕量化車體。
工研院Jet Fusion材料測試平台
HP Jet Fusion系統目前只能使用原廠認證過的材料，無法像一般SLS可以放進自行開發的材料進行列印。然而，HP為了擴充其設備的應用性，提出一個Open Materials Platform，全世界對於Jet Fusion列印材料開發有興趣的廠商，都可以藉由該平台與HP合作，並進一步成為材料供應商。
工研院材化所也有開發Jet Fusion系統用的相關列印材料，為了測試這些材料的特性，我們建立了一個可用來初步測試材料特性的平台。該測試平台目前可測試的項目包含：墨水噴印性、墨水升溫效果以及粉體成型製程參數測試。
2. 墨水吸光升溫效果測試
圖十五是我們分別量測HP Fusing Agent以及工研院自製彩色墨水的吸收光譜，在這個實驗中，為了避免墨水原液的濃度過高，導致穿透光的訊號太弱，因此，我們將墨水的濃度稀釋為原本的0.01倍，並選用光徑為1 mm的石英樣本瓶。從圖十五可發現，HP Fusing Agent在可見光波段的吸收很強，因此呈現黑色的外觀，這也造成目前HP Jet Fusion 3D列印機只能列印黑色物件的缺點。而工研院自製墨水在可見光波段的吸收相對弱很多，因此可以調配成彩色的墨水；此外，在NIR波段…....以上為部分節錄資料，完整內容請見下方附檔。
作者：陳菁菘、江淳甄、陳品誠／工研院材化所
★本文節錄自「工業材料雜誌」385期，更多資料請見下方附檔。