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善用FDM 3D PRINTER結合開發和量產製程的時間控制

中詮微動董事長林敬仁。

3D列印對創客經濟的重要性已是無庸置疑,中詮微動董事長林敬仁指出,中詮微動在四、五年前就已開始投入3D列印技術,發現創客經濟未來的發展關鍵,在於如何縮短開發和量產製程的時間,3D列印技術自然必須朝向相關的方向發展。

林敬仁回顧創客經濟崛起的過程指出,創客經濟的興起,是因為美國受到二次房貸重創後,許多製造業重鎮如汽車工業城底特律都在一夜間成為廢墟。在失業率節節升高之際,由於大型企業偏重海外投資,來不及返國救經濟下,各地政府為刺激就業,以舊金山政府為首的許多機構,開始推動Maker LAB獎勵創業創新產業,迅速拉起另一頭的經濟命脈火車頭。

而散布在各地的小公司,靠著募資機構的籌資管道,快速量化產品。較為著名的公司包括MAKERBOT(3D列印)、3DRobotics(無人飛機)等。而在各項專利解禁和國防工業開放下,也讓這些公司在新創版的股票市場中取得金援。

大陸則因為世界工廠的角色,接受到許多美國新創公司的委託生產,間接學會部分技術。其中較有名的3D列印有Flashforge CREATOR(閃鑄機台)及UP(北京太爾時代),至於無人飛機就屬深圳大疆(DJ)。

台灣工研院六甲分院雷射谷則是成為台灣企業的技術轉移和專利研究分享的重要來源,各大小公司紛赴取經學習,陸續有SKYTECH、ATOM、XYZ 3D、AURORA、FLEX、STARMEN紛紛投入3D列印桌上型機台的開發、生產、銷售。而大型機台也有東台公司的粉末金屬的工業成型機台推出,陸續加入的企業更加不及備載。

林敬仁指出,由於液狀及粉狀的材料,須由雷射光、冷光加熱,一隻簡易雷射光頭都需要美金1,000元起跳,加上光源和材料的匹配是一門配對科學,因此3D列印的高檔機台多半都是由歐美業者供應,而且造價高昂,價格動輒幾千萬,不是一般企業所能承擔。

所幸使用條狀材料的FDM機台,因為配合專利權到期和釋出開源技術,讓許多業者得以投入平價3D列印桌上型機台的開發。林敬仁指出,FDM機台是由堅韌的機台架構,配合控制數位機板和軟體,再和穩定的電源管理輸出所組合而成。在 0.1~0.05mm的微絲線徑下,按照行程累積堆疊而成,所以材料的好壞很重要,往往會影響到打印作品成功的機率。

林敬仁進一步指出,其實有更多人不清楚溫度與濕度也會對3D列印造成影響,所以不是打開印表機就可以完成作品,還是需要教育訓練及技術。如材料配方的研究和軟體的控制技術,就需要測試調配而來,在室內溫控25°C和40 PPM濕度的條件下,才是最好的FDM打印成型模式。

至於其他可能影響的條件,都會因為人員操作的細膩度而有間接影響。如手汗、油漬、打印平台清潔等等。林敬仁強調,FDM的成型時間相當緩慢,就如CNC車床機台一樣,越細的刀路,就能磨出精細的表面,刀頭一旦出現鈍化、斷刀的現象,在印表機裡頭,就是堆點的細到粗和過於細的R角會因黏貼不實而產生懸空而失敗,進而影響後面堆疊的行程。因此使用者除了要掌握各種3D列印使用的材料溫度差別外,打印的時間、硬度等參數,也都需要透過驗證工具來了解。

目前3D列印技術依照材料的形狀(如液狀、粉狀、線條狀)的不同,而有不同的積層堆疊的加工製成設備。價格也從新台幣萬元出頭到軍工鈦金屬加工機的5,000萬元不等。

近期由於FDM平價3D列印裝置陸續出爐,讓更多材料製造廠家也陸續投入生產,提供FDM直接打印的材料。現在最普及的是Poly Lactic Acid由玉米澱粉做成PLA環保樹酯、ABS/PC/PETG/POM/NELON等塑膠料,最新的材料則有碳纖維、石墨烯、導電鐵材類的青銅/類紅銅/類鋁材,更有類蠟材的推出。

林敬仁認為,數位製造中的最重要一環,是如何得到最完整和便宜的複製品。如透過鑄造加工法,將類蠟材的打印件,送到鑄造廠翻整後,可以復修古老機器的週邊零件,或是用少量的客製化機器零件,就可得到最完整和便宜的複製品。不但不需要為了不知道的需求而準備零件,而且只要當地有設備,只要網路數據送得到的地方,就有無限想像力的製造能力,也就能迅速組織虛擬製造實境。

林敬仁指出,FDM機台對中小企業就非常適合,投資成本和需求會比較接近。如曾有業者的汽車渦輪引擎進氣閥脫蠟製造,因需要開發數量和量產數量,投入3D打印機試作,結果因此節省成本達50萬元,人力/工時成本還未計入其中。另外也有電動車龍頭業者,原始使用CNC鋁合金車件,為降低成本,透過FDM機台開發期一個月,順利導入預鑄件,成本降低達到80%。

而在醫美領域方面,FDM機台也可運用醫院提供的資訊,列印手術刀版,林敬仁指出,長庚醫院以前一年只能開200刀,但透過3D列印來建模,一年可以開到400刀,開刀時間也可以因此縮短,讓過程變得更安全。

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