【加點製造】金屬 3D 列印室溫就能成型，一點也不笨重

Posted By 加點製造 AddMaker on 7 月 18, 2023 in 3D列印, 加點製造, 案例研究 | 0 comments

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作者：Addmaker

3D 列印等數位製造的方法，已徹底改變製造業，讓原型的測試與製造變得更加快速與便利，然而 3D 金屬列印受限於金屬材料的特性，仍有一定的門檻，因為需要經過超高溫燒結的要求可能無法用於測試某些對溫度敏感的電子零件。

特殊金屬凝膠問世室溫下 3D 列印金屬成真

美國北卡羅萊州立大學的科學家研發出一款新型的金屬凝膠，讓 3D 列印金屬可以在室溫之下完成。

此款金屬凝膠的起點，是源自於含有奈米大小的銅顆粒溶液，在此溶液混合了少量在室溫為液態的銦鎵合金，合金會與銅奈米顆粒互相吸附在一起，確保金屬材料的均勻分布，因此列印的過程中，也不會有銅顆粒沉澱而堵塞住列印機噴頭，最後此溶液中還加入了鹽酸以及甲基纖維素混合，最終的成品是帶有黏性的凝膠。

當金屬凝膠被放到普通的 3D 列表機中，噴嘴就可以依需求一層一層的建構立體的結構。此凝膠列印而成的結構在室溫下就能夠乾燥成形、變得更加堅固，當水與鹽酸蒸發之後，最終是一個立體、由高達 97.5% 的金屬所組成的成品。

雖然導電性本身可能略遜於純銅線，但已經是現階段最具導電性的 3D 列印材料了。

此外，此金屬凝膠成品還有一種較為特殊的加工方式，如果在乾燥的過程中加熱，則成品會出現穩定的形狀改變，因此可以設計複雜的立體圖案，先以平面的方式進行列印，再加熱變形為所需的立體結構。如示範影片中的「蜘蛛」，彎曲的腿部結構是經過加熱而發生的改變。

這樣的技術或許不見得適合製造堅固的金屬成品，但極佳的導電性與由平面至立體塑形的潛力，都使其非常適合用於測試、製作各種精巧的電子零件，為未來更複雜的零件設計打開大門。

3D 列印單程噴射技術讓金屬把手更輕、密度更高

曾經在小時候玩過摺紙就知道，一個材料的強度除了取決於材料本身，還取決於其折疊方式與應力結構。金屬板手需要高強度的支撐能力，讓我們可以用來解開或鎖上精密的螺絲，因此最常見以實心金屬壓鑄而成，然而這也是讓金屬板手沉重的主因。

Desktop Metal 以 3D 金屬列印製作出一系列頗具特色的板手，除了在表面上有極具特色的紋路，經過特殊設計的支撐結構，讓板手實際的強度與功能不受影響。

（圖片來源：Addmaker 提供）

Desktop Metal 示範的這組板手，它在表面上與其他板手的差異顯而易見，有許多的孔洞與空腔。在板手的內部，Desttop Metal 使用 3D 列印多孔螺旋曲面（Gyroid）填充方式，這是種源自於仿生學的結構，除了形態有特殊的變化美感，還可以在低密度下提供最高的支撐強度，同時達到節省材料的效果。這樣的設計讓板手的強度相較於金屬壓鑄並不遜色，但減少了 30% 的材料與重量。

而當然，多孔螺旋曲面這種複雜的製造方式，現階段僅能使用 3D 列印的技術來完成。事實上這組板手也可以被視為 Desktop Metal 在金屬 3D 列印的一種「火力展示」，因為其應用了單程噴射（Single Pass Jetting，SPJ）列印技術。這款技術的特殊之處在於，它是在金屬粉末中噴射黏著劑的方式進行列印，在列印完成後送入熔爐中燒結，去除黏著劑並使金屬粉末完全融合在一起，相較於其他的金屬 3D 列印方法，SPJ 的成品密度更高也更均勻，速度也更快，而且解析度極高。