3D 列印

3D 列印的原理 傳統的加工方式是採用大塊材料慢慢切削雕琢的 減法方式製作，常造成材料的浪費。

3D 列印的原理2 目前的印表機墨水替換成噴出後即可硬化固定的材 質，再把噴頭從原本的 2 維移動（噴墨頭左右移動 視為 X 軸、紙張饋紙視為 Y 軸），改為 3 維移動 （加入噴墨頭高度的 Z 軸），就是目前 3D 印表機 的基礎原理。

3D 列印 快速原型以及3D 列印技術萌芽自1980 年代，這 些年來其製程不斷地突破創新。

3D 列印製程的技術 可以分成下列幾個步驟： 藉由電腦輔助設計軟體進行產品設計作3D 建模。 完成後的設計圖檔再經過類似電腦斷層掃描切片成像的概念， 把立體圖檔切片，每片切片包含產品的內外輪廓造型。 再送入切層軟體中輸出 G-code（工業製造中所使用的語言， 內含控制機器移動的參數或相關指令），此 G-code 即可控 制 3D 印表機印出所繪製的物體。。 3D 印表機接收到 G-code 之後，便會把噴頭吐出的東西繪 製成 1 個平面，接著再一個個地讓平面堆疊上去，即可形成 3D 立體的成品。

3D 成型的分類

1.選擇性雷射熔融(SLM) 將 SLS 的雷射功率再加高，就會是 SLM （Selective Laser Melting）或稱作 DMLS （Direct Metal Laser Sintering）。這種 3D 列印 技術主要的材料以金屬為主，將金屬粉末以高能量 雷射加熱到變成液態，便可和附近的材料融合在一 起，機械強度很不錯，幾乎和開模澆鑄產品相同， 列印出來後即可直接使用。

2.選擇性雷射燒結(SLS) 將 3DP 的膠水換成雷射，將粉末內部的黏合劑加 熱到一定溫度之後，便會黏著在一起，即是 SLS （Selective Laser Sintering），使用的材料從塑 料到金屬粉末皆可。

3.數位光處理(DLP) DLP（Digital Light Processing），又稱 FTI （Film Transfer Imaging），利用德州儀器的 DLP 投影技術，將切片後的一片片圖案照射在光固 化樹脂上，一層做完後就將物件稍微提高，再次投 射下一層的圖案，如此反覆堆疊就會形成物件。

4.光固化立體造型(SLA) SLA 身為第一種實用化的快速成型方式，其列印方 式和 DLP 類似。利用雷射（最初為紫外線，現在 發展成任何高能量光束皆可）照射光固化樹脂後形 成 1 片硬質切片，接著將模型往樹脂內部沉浸，再 用雷射照射硬化下一層。與 DLP 不同的是，DLP 在製造過程中將物件逐步拉出光固化樹脂，而 SLA 是逐步的將物件沉入光固化樹脂，兩者使用的光源 也不相同，DLP 使用燈泡照射，而燈泡的亮度會因 為時間而逐漸變弱，須注意光照強度問題。

5.熔融沉積造型(FDM) 這一製程是目前市面上最廣為流行的方法，一般平 價3D 列印機種大多採用這一種製程。製造方法類 似蛋糕師傅把奶油在蛋糕上擠出各式花樣一般，原 料熔融後一層一層地擠出堆疊上去，直到產品製作 完成為止。 大多數的材料是以塑膠類為主，製作成直徑約1.75 毫米的線材， 目前以使用ABS 與PLA（poly-lactic acid，聚乳酸）材料最多，也可以使用黏土或矽膠 材料等。

5.熔融沉積造型(FDM) ABS 材料本身有高強度、售價較低、耐熱度高等優 點，缺點是在列印時會因高溫而產生帶有臭味的有 毒氣體。相形之下，PLA材料雖然價格較貴且強度 上稍嫌不足，但它不具毒性且是生物可分解的材料， 使用上較安全。

3D 列印機製造方法 把塑膠原料加熱融化後，藉由擠料機構把熔融狀的 塑膠擠出噴頭，透過步進馬達控制噴頭位置與移動 速度，熔融塑膠在擠出堆疊的同時，利用噴頭底面 抹平。當已加熱至工作溫度的噴頭離開之後，塑膠 溫度降低就可自動固化成型。

未來與隱憂 所使用的塑膠材料並非完全無毒無害，若做為需要 高溫使用的餐具，是否會釋放出有毒物質還待驗證。 現階段除了部分金屬材料之外，其餘材料的強度仍 有待提升。 對智慧財產權的衝擊也必須重視。3D列印技術使玩 偶或公仔的再製或重新翻版變得很簡單，這一趨勢 會完全改變這類企業在市場上的商業模式與獲利狀 況。

未來與隱憂2 在國家與社會秩序的考量上，這議題尤其重要！現 在連具有殺傷力的槍械都能用3D 列印輕易打造出 來，成為執法當局頭痛的新問題。

3D製圖之自由軟體

FreeCAD FreeCAD 是一個通用的基於特徵的，參數化三維 建模的 CAD，MCAD，的 CAx，CAE 和 PLM，直 接在機械工程和產品設計的目的，但也符合更廣泛 的用途在工程，如建築或其他工程專業的。 它是100％開源，非常模塊化的，允許非常先進的 擴展和定制。 FreeCAD 是基於 OpenCASCADE 的，功能強大的 幾何內核，配備了投幣3D庫提供了 Open Inventor的兼容 3D 場景表示模型，以及廣泛的 Python API。

Blender Blender 是一套在自由軟體中，是一套完善的 3D 造模、動畫軟體，已經和商業軟體中的 Maya、3D Studio Max 不相上下，甚至有超越的可能。它目 前具有建構模型、 彩現輸出、動畫的功能，可以製 作流體模擬，軟材質模擬，粒子特效等，甚至包括 簡易的影片剪接。可以應用 在製作動畫短片、技術 視覺特效、商業圖表、變形、或設計使用者 介面等 用途上。

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