3D列印機-初學入門指南

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一、
時代變遷
   1.
舊石器時代
   2.
新石器時代
   3.
金屬《銅、鐵》器時代
   4.
機械工業時代
   
■ 第一次工業革命
   
■ 第二次工業革命
   5.
電子資訊時代
   6.
網路資訊時代
    
全球資訊網 Web1.0 /2.0時代
    
全球資訊網 Web3.0 時代
   
■ 第三次工業革命
二、
封面故事
   1.
「宅」經濟文化–新時代潮流
   2.
經濟景氣循環現象–適者生存
   3.
開源社群登堂入室–3D列印發燒全球
   4.
破除規模經濟魔咒–郭字倒過來寫
   5.
網路從虛擬到實體–未來已來到現在
三、
3D列印基礎入門
   1.
3D列印技術概觀
   2.
3D列印是什麼?
   3.
3D列印歷史沿革
四、
3D列印成型工藝
   1.
熔融沉積成型(Fused Deposition Modeling)FDM
   2.
光固化立體造型(Stereolithography Apparatus)SLA
   3.
數位光固化處理(Digital Light Processing)DLP
   4.
粉床噴墨3D列印(Powder bed and inkjet head 3D
      Printing)3DP

   5.
層壓實體製造(Laminated Object Manufacturing)LOM
   6.
選擇性雷射燒結(Selective Laser Sintering)SLS
   7.
直接金屬雷射燒結(Direct Metal Laser Sintering)DMLS
   8.
電子束熔化成型(Electron Beam Melting)EBM
五、
3D列印新手上路
   1.
3D列印運作流程簡介
   2.
3D列印使用材料與應用範圍
   
■ ABS樹脂
   
■ PLA聚乳酸
   
■ 尼龍 (PA)
   
■ 高抗沖聚苯乙烯 (HIPS)
   
■ 聚碳酸酯 (PC)
   
■ 環己烷二醇(共聚聚酯) (PETG)
   
■ 聚甲醛樹脂 (POM)
   
■ 聚乙烯醇 [水溶性塑料 (PVA)]
   
■ 仿橡膠高彈性柔軟塑料 (Flexible-PLA)
   
■ 原生木質複合塑料 (WOOD)
   
光敏樹脂–SLA「光固化立體造型」與DLP「數位光固化處理」專用
   
金屬粉體材料 – SLS / DMLS(SLM) / EBM 等3D成型工藝適用
   
石膏粉體材料 –「粉床噴墨3D列印」適合3DP專用
   
其他應用材料 – 生化/食材/陶瓷/特殊材料
   3.
3D列印相關應用軟體
   
■ 3D繪圖/輔助設計/建模軟體
   
■ 3D列印 控制介面軟體 & 切層分析程式
六、
入手3D列印機 & DIY指南
   1.
入手3D列印機 – 注意使用材料限制
   
■ 原廠耗材限定
   
■ PLA限定
   
■ ABS限定
   
■ PLA & ABS限定
   
■ 使用材料完全不設限
   2.
購買整台成機好,還是DIY套件好?
   3.
開源科技 - 3D列印機 DIY套件 介紹
   
■ 開源軟硬體技術 – 價格衝擊效應
   
■ 開源科技 – 自由開放的經營理念
   
■ 開源科技 – 取之於社群、用之於社群
   
■ 開源科技 – 3D列印機DIY套件「OpenTech-i3.1」
《附錄》
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3D列印機-初學入門指南

第三章:3D列印基礎入門

3D列印是什麼?

  「科技」對人類的影響程度,可謂遠比其他領域方面都還要來得更顯而易見與廣大。昔日的發明,諸如︰燈泡、蒸汽引擎,或是汽車、飛機、手機等等,看看這些科技的發展對我們如今日常生活的影響力就能清楚的明白這一點。就免再多說目前仍在快速穩定發展中的WWW (全球資訊網) 對我們日常生活的影響程度了。

  所有這些科技確實改善了我們生活中的各個層面,並為這個星球上的生命開啟了嶄新的方向,帶來更多更易生存的潛力。然而,通常在一項革新發明要能有「真正顯著的突破性與足夠的影響力範圍」之前,仍然會需要一段時間的醞釀發酵,有時可能會需要幾十個年頭。

  「3D列印」或又稱「加法製造」工藝,目前已被全球各界廣泛地認為極有潛力能夠如前述所提及的革命性新式科技發明一樣 – 此項科技的持續發展將會對整個世界的所有人類帶來全面性的變革與重大影響。

  「3D列印技術」所有相關主題,目前在傳統電視新聞媒體、報紙,以及網路上,仍在持續發燒的被熱烈討論著 ─ 此領域專家學者均一致認為將能徹底終結長久以來須仰賴「規模經濟模式」方能順暢運作而謀利的「傳統製造業」的「3D列印技術」,究竟將會對我們這一整個世界的經濟模式、社會型態,以及一般日常生活習慣帶來怎樣的變革與影響呢?

  我們已知悉「3D列印」與傳統製造工法最根本的不同之處便是︰它是一種「加法製造」工法 – 這其實便是最關鍵的亮點。

  因為「3D列印」以高端電腦科技為輔助基礎,完全不同於傳統的製造方法 ─ 基本上,它能以一種比mm還要更細微的精細度,用層層累加方式來堆積成型以製造出各式零部件 (也可直接製造出立即可用的整體成型產品);這其實就是與傳統製造業技術主要不同的關鍵所在。

  傳統的「減法製造」不只確實明顯的造成材料上的浪費,所有其餘傳統製造模式也都有著諸多實作上的限制,且通常在進程上大都還是會需要仰賴「手工」人力。

  無論如何,如今這個世界的「製造模式」一直都在持續的進步變革中,例如︰各類新式自動化機械工具的應用,這要比起傳統鑄造、射出成型與開模模具製造等等,相對而言已算是較新穎先進的製造方法。而越是複雜的製造工法,便越是需要仰賴自動化的機械工具、電腦、人工智慧,以及機器人 (機械手臂) 等相關技術的應用。

  然而上述所提到的無論是否夠先進新穎,那些技術大多還是需要仰賴使用一個比最終要成型的物品本身還要更大塊的材料去進行切、屑、磨等「減法製造」- 因此不管是做成一個最終產品,或是產生用以鑄造或製模的模具 - 如此這般的實作進程加工方法,在製造業界其實一直以來都還是個極度嚴重且幾乎無法突破的限制。

  這些限制包括了從在製造生產之前就必須先行完成的「設計」階段就已經開始遭受各項考驗 ─ 設計圖必須受到傳統工法上的施作限制而經常需要東修西改的來遷就諸如︰模具是否容易施作成型、該設計是否能夠順利脫模等等、是否能夠符合生產線上 (人工或機械組裝插件) 製程施作 … 等等。

  「3D列印」卻不會有這方面的問題 ─ 只要電腦中能畫得出來的3D圖形,通常都能夠印製出來。設計圖可完全不必理會是否適合模具 (或車、銑、鑽、削、磨等刀具能否得以順利進刀出刀等加工施作) 的成型製程,或考慮脫模的種種限制。

  於是,產品設計創作重心將能夠全面地發揮表現。設計師可將創意全應用在真正切合的實用性與方便性上 (或者也可以是純粹的外型美觀上),根本就不必去遷就傳統製造工法的種種無法確實施作的限制,而犧牲掉某些極具功能性與實用性 (或美觀裝飾性) 的原始設計理念。

  另外,昂貴的模具費用本身就是一項新式產品開發的限制條件。再者,首次製作的第一個模具所製造成型的物品就能很剛好的合用嗎?

  通常不是。

  那就會需要進行多次的修改 ─ 這可不是在電腦上改改3D圖形的尺寸大小,或按按鍵盤的上下左右鍵來移動某部件位置就可以解決的呀!

  所謂的「模具修改」有時意味著需要再次額外另製一個新的模具,且,通常不會只是修改「一次」便能剛好合用。

  一次又一次的車、銑、切、削、鑽、磨等方式加以成型的這種製造工法 ─ 這,可真的是很傷本的。

  傳統製造模式的限制其實還包括了賴以生產製造的相關設備,以及為了組裝複雜零件所需要的其他裝備、器具與人工勞力等等。所有這些,通常都是需要花費很多很多的銀子去堆積起來的,這當然也都會直接反應在產品成本與最終的售價上。

  另外「減法製造」將會造成的材料浪費可達到90% 以上。然而「3D列印技術」的「加法製造」則剛好相反,只需要在一邊層層「印製」的同時供應需要填上的材料即可 ─ 最終成型產品會需要多少材料就供應給多少材料,完全不浪費。

  「3D列印」是一種史無前例的「設計自由」技術 ─ 無需模具的工法,因而降低成本與交貨期的限制 ─ 也因為少了傳統工法上的限制,如此當然就會大大的鼓勵並強勁地驅策了設計上的創意與創新的自由度。

  目前市面可見由傳統製造方法所產出的所有日常生活用品或工具與零部件等,可以想見,都將會因為3D列印技術的日漸普及,全部商品均得以被重新設計,重新發明 ─ 所產出的商品將會比以往傳統製造所能夠做到的還要更切合功能性與實用性,還可更加美觀而不失其效能。

  在零件製造方面,3D列印技術可以用複雜精細的幾何計算,將之特殊設計成無需另外再進行人工 (或機械手臂) 組裝的整體成型產品,而這些複雜的特性主要都是由電腦自動演算,因此不會增加額外的成本。

  例如上圖中這隻大象玩偶即是以整體成型設計的3D模型圖所列印出的成品︰頭頸和四肢關節是可以活動的;整個一體成型列印製成,直接印出來就是可活動的關節,免組裝,當然也無法拆卸。

  「3D列印」其實也可以說是一種「節能省碳科技」─ 從製造進程本身能做到超過90% 以上材料使用率,再到產品的使用壽命,透過使重量能更輕盈然而結構卻更強的設計,如此可確實做到真正高效率的環保。

  近年來,3D列印技術已然發展成為一種「超越純粹作為工業快速打樣與正式量產製造之前的產品原型模擬」的製造機,這項科技發展至今已經進步到 ─ 不論規模多小的企業、工作室或者甚至是個人「自造者」,幾乎任誰都可以輕鬆擁有取得的「桌上型」製造生產設備。

  3D列印科技日漸普及,並且在各方面均逐年呈倍數成長。有更多的系統規格、材料種類、應用軟體,以及越來越多的相關服務與副加價值商品均將會陸陸續續逐漸浮現在市面上。


 
本文摘錄自 3D列印機-初學入門指南 第三章 : 3D列印基礎入門


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