有些物質加熱之後會硬化，有些物質遇冷會硬化，以此類推，有些物質見了光會發生硬化，這個現象稱作「光固化」。

「3D列印」利用「光固化」的原理製造成品已經行之有年，執牛耳的廠商叫做3D Systems 公司，業界稱這種方法叫做「SLA」。基本的「SLA」過程，如圖一所示。3D Systems公司研發出幾種不同的應用方法，以保持自己的優勢。（請參考北美智權報126期：光固化式3D列印—領導廠商研發了什麼？）

圖一

圖片來源：林士強

不過，光固化式3D列印還有哪些花樣呢？那就要看3D Systems 公司對手的表現了。

筆者認為最有創意且已經商業化的，應該是稱作「Polyjet」的這種方法。
（請參考北美智權報92期：由專利來了解3D列印技術（三） – PolyJet）

「Polyjet」的方發創意十足，但是開始的時候，設備是圖二這副長相，功能不在這裡詳述，但是光看它複雜的機構，猜想會讓使用它的客人心生畏懼，所以生意不好，結果公司以倒閉收場。

圖二

圖片來源：USPTO

接續的公司「Objet」，使用相同的概念，設計出來的產品就簡單而親民多了，產品如圖三、圖四所示。「Objet」現在是另一個3D列印大廠Stratasys公司旗下的一員，而這種「Polyjet」 的技術，也是Stratasys公司重要的產品線之一。

圖三	圖四
圖片來源：USPTO	圖片來源：stratasys 官網

Polyjet的方法，是將「光敏樹脂」用另外一種方法處理，如圖五所示。

圖五

圖片來源：林士強

這個方法是將所需要的光敏樹脂直接噴灑在工作檯面上，即刻以能量光源（例如：UV光）將檯面上的光敏樹脂固化，形成需要的剖面，這時候，工作檯不再需要弄一大缸的「光敏樹脂」備用。又因為採用噴墨頭的設計，工作速度的快慢就看同時有多少噴頭協同工作而定。

Stratasys公司對於Polyjet這個技術的改善是什麼？Polyjet技術的重點是噴墨頭及光源。有穩定的噴墨頭，可以保證適時適量的光敏樹脂，如果噴墨頭損壞，也希望可以輕易的更換。而多樣化的光源，也可以適用於不同的材料。

圖六

圖片來源：USPTO

圖七

圖片來源：USPTO

圖六的設計，提供模組式的噴墨頭，這種噴墨頭是容易安裝定位的，定位的方法是使用圖七的設計概念，模組的側邊，根據不同的需求，設定不同高度的定位塊 （圖七紅色部分所標示），讓各個模組式的噴墨頭的拆裝，變得相當簡單。

至於光源的安排方式呢？光源的安排，不一定必須是兩盞UV 燈掛在兩邊，隨著光源的多樣性導體，如圖八的方式也可以設計到Polyjet的設備之中。圖八的中間部分是噴墨頭，而側邊的能量光源則使用不同形式的光導體（例如：光纖）來完成。

圖八

圖片來源：USPTO

「光固化」還有什麼其他的作法？筆者發現一家德國公司－Envisiontec，另有它獨特的解決方案。這家德國公司的使用光固化技術的方式，主要是如圖九所示的方法。

圖九

圖片來源：USPTO

光源的設計在下，而工作檯位於上方，當每一層剖面在光敏樹脂槽中成型之後，工作檯15往圖中Z方向上升一層膜厚，準備製造下一個剖面。這時候發生一個問題，當完成的剖面離開底面的時候，有可能因為新形成的剖面與舊有的剖面接合力不足，導致部分甚至全部剖面無法離開底面，結果破壞了整個成品。

Envisiontec公司使用了一個有趣的解決方式，讓底面與剖面結合力降低，如圖十所示。

圖十

圖片來源：USPTO

圖十綠色代表光敏樹脂，其中的Fig2代表一般具有較高結合力的底部（標示為1），Fig 3A – Fig 3C是Envisiontec的解決方案，將（1）換成結合力低而且具有彈性的材料，當剖面（4）完成之後，與底面（1）的脫離，經由彈性膜的作用，分為好幾個階段，（Fig 3B-Fig3C），這過程有點像慢慢去撕膠紙，增加了不少緩衝，而不硬生生的將物體分開，這樣減少了完成的剖面被破壞的機會。

以這樣的設計，運用到圖九的設備上的時候，另一項好處是，當這層彈性膜損壞的時候，不必將整盆的光敏樹脂清除，只需要將這層彈性膜抽出更換就可以了，也節省了一些設備維護的時間。

這樣的設計，可不可以用在另一種工作檯面在下方的機具中？當然可以，如圖十一所示，也有同樣的效果。

圖十一

圖片來源：USPTO

光固化式3D列印的成型技術，還有沒有其他的新花樣？若是以技術的概念性來區分，目前大致就能找到這些。其餘的應該都是以上技術的改良。往後會不會有其他突破性的發展，讓光固化式3D列印的成型技術來個大躍進？世事難料，相信工業界一定是引頸期盼這件事的發生，讓咱們拭目以待。

作者： 林士強 現任： 北美智權 教育訓練處 資深研發創新顧問 經歷： 法商台灣康旭 研發工程處 專案經理 中科院飛彈製造中心 專案工程師 聖荷西州立大學機械研究所碩士 專長： 機械、供應鏈管理、專案管理

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