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美大學新3D列印技術 將可應用於汽車、飛機零件

3D列印新技術「射出列印」,結合射出成型與材料擠出成型技術,能增加物體硬度,潛在應用包含更耐用的義肢設備、飛機與車輛等堅固的零件。法新社

3D列印對於製造業的貢獻功不可沒,近幾年相關技術迅速發展,目前已邁入成熟階段。近日美國麻省大學洛厄爾分校(UMass Lowell)開發一種新3D列印技術,不僅提高生產率,也提升產品的強度和效能。

根據Design News報導,被稱為射出列印(Injection printing)新技術結合射出成型(Injection molding)與材料擠出成型(Material extrusion),能增加物體硬度,潛在應用包含更耐用的義肢設備、飛機與車輛等堅固的零件。

負責研究計畫的UMass Lowel工程學教授David Kazmer表示,儘管全球3D塑膠列印機市場規模估計為40億美元並持續成長,要確保列印機能夠快速、精確地生產的物體,仍然存在挑戰。

射出列印透過材料擠出成型列印外殼,並使用射出成型技術填補空隙,目的是利用材料擠出列印機的完全熔化能力。據了解,材料擠出成型是美國材料和試驗協會(ASTM)所歸納的3D列印製程的其中1種,原理為熱塑性或複合線材材料經由噴頭加熱到熔融狀,擠出後冷卻沉積。

Kazmer指出,研究團隊使用3D列印機作為射出單元,以填充由列印製造產生的空隙,關鍵是計算裡面的間距和高度,這樣就能更好的填充而不會發生過度變形。此外,模具的工程設計在流動、變形和傳熱方面都與射出列印的製程有關。

Kazmer補充說明,雖然這個新技術兼容現有的3D列印機,但執行射出列印的數控(G-code)需要新的預處理器。

報導指出,大多數的可以透過熔絲製造(FFF)進行加工的熱塑性塑膠都能與射出列印相容,然新方法與FFF相比,材料的熔融能力大幅提高,這也代表材料能實現更高強度與等向性(Isotropy)。

不過相較於惠普(HP)的多射流熔融技術(Multi Jet Fusion;MJF)與Carbon的數位光合成(DLS)相比,Kazmer表示MJF及DLS具有較高的生產速度,但射出列印解決熱塑性塑膠材料、立體空間等問題,

值得注意的是,論文對測試後樣品進行圖像分析發現,射出列印比傳統3D列印技術快3倍左右;與材料擠出成型相比,其硬度、強度和應變失效特性分別提高21%、47%與35%。

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