【加點製造】3D 列印創新突破：全木質墨水、結合射出成型

Posted By 加點製造 AddMaker on 7 月 25, 2024 in 3D列印, 創業故事, 加點製造, 案例研究 | 0 comments

文章導覽

作者：Addmaker

3D 列印技術開創以來，不斷革新的步伐深刻改變製造業與設計領域，從原型設計到個性化生產，持續挑戰著人類對物質製造的想像，本篇文章將介紹首個完全由木質材料製成的 3D 列印墨水，以及與射出成型技術結合的 3D 列印機台。

100% 木材製成的墨水，呈現木頭自然質感

木頭材料充滿自然質感，深受許多人喜愛，而最近科學家對於 3D 列印的創新突破，將帶來更多木材加工的可能性。

休士頓萊斯大學（Rice University）近期在最近在《科學進展》（Science Advances）發表了一款全新的 3D 列印「墨水」，是第一個完全由木材自然成分製成的墨水，其 3D 列印成品具備真正的木頭質感；這種材料的出現不僅可充分利用各種產品製程中產生的木材廢料，還能回收利用本來要被燃燒或丟棄的材料，相當一舉兩得！

（圖片來源：Addmaker 提供）

3D 列印「木材」並不是全新的概念，過去早已經許多混合了木質纖維素的 3D 列印技術，而由萊斯大學發表的木質 3D 列印「墨水」，其主要成分包含了奈米纖維素（cellulose nanofibers）、奈米晶體纖維素（cellulose nanocrystals）和木質素（lignin）。木質素是一種有機聚合物，構成了樹木中大部分的支持組織，因此奈米纖維素和木質素都可以萃取自各行各業的木材廢料。

這種木質墨水以直接墨水寫作（Direct Ink Writing，DIW）的 3D 列印技術，逐層列印出成品。與常用的熱熔融層積（Fused Deposition Modeling，FDM）技術很相似，後者是將熔化物質從噴嘴中擠出，然後冷卻時硬化，而在 DIW 中，則還要經過「燒結」的過程，讓列印成品完全凝固硬化。這款木質墨水的後續硬化步驟，首先要經過降溫，將列印出的物體在 -85 ℃ 的環境中凍乾 48 小時，然後在 180 ℃ 的環境中加熱 20 至 30 分鐘，加熱過程會讓木質素轉化為「分子膠水」，將纖維素纖維和晶體粘合在一起。

經過這一連串步驟材料列印出的成品，在外觀、結構、質地、熱穩定性甚至氣味上都與天然木頭非常相似，而在材質特性上，甚至可以比天然輕木更結實，而且仍然具備木頭材料環保的特性，進到自然環境中仍然會被生物分解。

使用天然木材塊製作成品，無可避免必須切割、銑削材料，移除不需要的木頭，這部分的木材都會變成廢料。這款木質墨水能夠善用木材廢料，直接列印出木質的結構，不僅代表了新一代的數位製造加工技術，更帶來善用天然材料的環保創新技術，讓人期待其未來發展。

結合 3D 列印與射出成型，在家量產成為可能

3D 列印機在量產的效率上一直不是強項，但最近在募資平台 Kickstarter 上出現了一組產品 Flovv 和 Flovv-e ，號稱同時提供 3D 列印和可量產的「射出成型」製造技術，讓在家生產變得更加簡易便利。

（圖片來源：Addmaker 提供）

Flovv 是一款專注於「射出成型」的桌面設備，使用者可使用自己原有的 3D 列印製作模具，再藉由 Flovv 完成零件的製造，不過 Flovv 提供的射出成型與工業量產中的高溫熔解塑膠並高壓注入模具的流程不同，更像是「澆鑄成型」或「灌注成型」，是透過設備將樹脂材料混合並手動注入模具當中，待其固化成型再脫模取出。