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積層製造如何邁向功能性終端使用與大量生產?

積層製造正加速擴大產品設計的自由度,兼顧形狀、重量、性能。MakerBot

疫情期間3D列印成為重要製造力量,積層製造(additive manufacturing)正加速擴大產品設計的自由度,使用者對運用新材料與製作新產品感興趣,預測95~99%的製造支出將用於功能性終端使用(functional end-use)零件,大量生產與功能性終端使用將是新的應用領域。

根據Design News報導,Stratasys子公司MakerBot的3D列印趨勢報告的重要發現顯示,在武漢肺炎(COVID-19)疫情對公司3D列印計畫影響的方面,56%的受調者未受影響、29%因而減少原本規劃的投資、15%將增加投資,74%將於2021年建置3D列印技術,50%打算投資10萬美元。疫情期間3D列印展現製造應用潛力,未來可望扮演日益吃重角色。

疫情蔓延造成傳統供應鏈斷鏈,3D列印成為重要的製造資源,被用於快速生產個人防護裝備(PPE)與呼吸器,成為關鍵物資傳統製造方式的可行替代方案。3D列印機的彈性與速度彌補疫情嚴重地區的供應鏈缺口,讓PPE等重要醫療物資供應不虞匱乏,並促成口罩、呼吸器等各種創新的可列印設計得以實現。

MakerBot的報告顯示,受調者對能製作固定裝置、夾具、機器人終端效應器(end-effector)等終端使用應用的高強度與耐高溫材料感興趣,而新近推出並加入MakerBot下一代桌面3D列印平台METHOD的高強度與高硬度材料,如Polymaker的聚碳酸酯與Nylon 12碳纖維均適合原型製作以外的其他應用。

3D列印的應用潛力仍有待發掘,MakerBot的報告指出,積層製造未來10年將在夾具與固定裝置的次領域出現成長,並開始有大量生產、備用零件的初期應用實例,以及傳統上以其他製造技術生產的元件功能性終端使用應用,製造業已足夠成熟能善用這些技術設計各種日常用品。

原型製作、產品發展、工具加工等目前3D列印的主要應用,僅佔整體製造支出不到5%。隨著積層製造技術成本降低,未來10年相關應用案例與原料供應將大幅增加與多元化,進一步擴大應用範圍,並促成終端使用零件與備用零件的新市場,95~99%的製造支出將用於功能性終端使用零件。

運用衍生設計(generative design)等最新的設計工具,積層製造可加速擴大設計的自由度,進行由數學或物理驅動的設計程序,兼顧形狀、重量、性能,節省材料用量與提升各方面效率。

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