3D打印又邁進一步

3D打印是以3D打印機,把數碼模型製作為實物。現時,該市場可以廣泛分為三個類別:生物打印、消費者3D打印,以及企業3D打印。3D打印的主要優勢,在於能夠訂造或製造無法大量生產的物件。3D打印發展潛力極高,就連美國太空總署(NASA),較早前亦公布,將重新設計其Z系列太空衣,並將於製作過程中,採用3D掃描及打印技術,可見3D打印應用之廣泛。

3D列印和增材製造解決方案供應商Stratasys,深明3D打印炙手可熱,近日乘勢推出配備其獨特三重噴射技術的Objet500 Connex1,和Objet500 Connex2多材料 3D打印機。Stratasys 的三重噴射技術,設計旨在讓使用者能於單次過程中,利用多達3種不同的材料製造產品,甚至結合多種材料,來形成新的數碼材料,例如堅固的Digital ABS。

多材料3D打印 無人值守執行時間更長

與年初推出的Objet500 Connex3彩色多材料3D打印機相同,Connex1 和Connex2,同樣可為設計師和製造商,提供材料通用性、功能性和產品擬真感。其中,Connex1多材料3D打印機具備大型製造空間,可單次利用多達3種不同的材料生產零件,更可利用由3種不同材料構成的元件來製造組件;該設備還能生產包含剛性和柔性材料的元件,例如橡膠類材料Tango,和硬質材料Vero。這款3D打印機,可生產尺寸高達19.3 x 15.4 x 7.9 吋的零件,或多個混合的小型零件。加上材料櫃較大,可容納8個墨水匣,與之前的型號相比,無人值守執行時間更長,材料更換需求也更少。

此外,該打印機具有熱交換功能,亦即可在操作期間,重新載入材料和支撐墨水匣,因而可持續生產零件。透過單一的自動生產流程,即可進行多材料 3D 列印,若利用傳統的單材料3D打印機,多項列印工作則需要手動進行裝配。

生產模具模芯及型腔

至於Objet500 Connex2多材料3D打印機,則可讓使用者製造兼具透明度、耐用性,和柔韌度的零件。除具有Connex1的所有功能,該打印機還能將2種基底材料相結合,生產新材料或「數碼材料」,如Digital ABS,即可用於Stratasys PolyJet流程中最耐用的材料,並且可用於生產模具的模芯及型腔,從而進行小批量注塑成型。Connex2可選擇過百種材料,以硬質元件或透明元件構成的同一零件,具有各種不同的肖氏 (Shore) 硬度A值;或能將Digital ABS與純粹的Tango相結合,生產堅固的包覆成型把手和握柄。

Stratasys資深產品行銷經理Ron Ellenbogen 表示:「自今年較早前推出的 Objet500 Connex3以來,我們注意到市場需要其他多材料3D 打印機,以滿足一系列應用及原型製作的需求,例如工具製造和鑄型。我們致力在三重噴射技術基礎上持續創新,為Objet500 Connex系列,增添2個3D生產系統,相信新系統將可為3D列印的性價比,制定全新標準。」

Stratasys 推新3D打印 支援多種質感硬度顏色

本港有大量的玩具、鐘錶、首飾甚至家居消費品廠商，每年設計出不少出色的工業產品。但設計至投產之間的，從概念至樣板周期極長，3D打印機技術可縮短產品籌備上市時間，有極大發展空間。

由於用途極廣，3D打印已成為最炙手可熱技術之一，甚至可從掃描實物並即時3D打印，本港已經有多家服務供應商，甚至打印出食物和手板模型。3D打印也可複製出原型樣品，作大規模生產之前的概念樣板；甚至打印出不同用途日常取代品，也開始應用於矯型外科等。不過，大部分3D打印成品仍粗糙，跟最後的成品顏色和質感，都有一定差距。

今年一月份，加州舉行的SolidWorks World 2014展覽會上，美國3D打印機廠商Stratasys AP推出了首部結合彩色與多材料功能的 3D 打印機Objet500 Connex3。這部打印機具備三重噴射技術，結合三種基本材料進行打印，混搭不同堅硬、彈性或透明質感的彩色材料，甚至彩色數碼材料。此功能讓用家省卻裝嵌或上色工序，完成裝配零件，有效節省時間；協助生產商在正式投產前，盡早評估設計及作出適當的調整決定。

Stratasys亦與日本設計師中里唯馬 (Yuima Nakazato)合作，創作了「2014 配飾系列」，採用Objet500 Connex3打印的作品，於日本、南韓、新加坡、中國以及香港等地巡迴展出。中里唯馬的作品利用 3D CAD 軟件以及3D打印出立體彩色飾品，同時採用了彩色、橡膠及透明質感材料，製作出不同質感，線條、色彩的配飾，其打印細緻度達 16 微米層，可呈現成品潤飾及細節。

以往，樣品涉及多種不同質料，可能要經多重工序，甚至重複多次3D打印。Stratasys強調採用數碼 ABS材料，可以摸礙出生產用的塑料效果，具有同樣硬度和抗熱能力。同一成品有不同的質感和顏色，甚至透明效果，可以一次過打印，省卻不少製作時間。

美國 Trek Bicycle 工程師也開始利用3D 打印機打印出單車配件，例如單車鐵鏈支桿防護與把手護套作生產前評估及測試。Trek 的原型開發組經理 Mike Zeigle 說：「3D 打印迅速及重覆進行原型設計與功能測試，成品接近生產效果，改善以往耗時的「電腦數值控制」(Computer Numerical Control CNC)生產流程。」

Objet500 Connex3利用三種原色材料（VeroCyan、VeroMagenta 和 VeroYellow），混合出數百種色彩，再結合 PolyJet 感光聚合物材料素材系列（包括數碼材料、堅硬、類橡膠、透明及耐高溫材料），可比擬標準及耐高溫的工程塑料。

Objet500 Connex3 適用的數碼 ABS材料，適用於3D 打印常用的積層製造（additive manufacturing），製作符合正式生產零件標準及特點模型、模具和零件，列印模型和零件具有成品一樣的顏色、耐用度及潤飾，具備不同的機械性質；例如拉力強度和斷裂伸長率，模擬多種不同硬度，比擬高性能熱塑性塑料；ABS 材料除了可進行積層製造，也引進數碼 ABS 的新 Shore A 值，範圍從 A27 到 A95，適用於製造消費產品。

去年中，美國Stratasys與以色列的Objet合併，而Objet擁有的Polyjet matrix技術，為現今唯一可利用不同物料打印物件的技術，故適用於工業用途。Stratasys於美國納斯達克上市，一年間股價已升逾一倍。

3D打印技術起飛 延伸無限可能

科技發展超乎想像，近年3D打印掀起熱話，複雜設計一夜之間變為實物並非不可能。有說3D打印會對傳統造業帶來顛覆性變革，成為未來全球製造業發展的關鍵；Stratasys 亞太區及日本區總經理Jonathan Jaglom認為，正如蒸汽機或電力之於工業革命進程一樣，3D打印技術將推動三次工業革命。

其實3D打印早於25年前已出現，稱為「快速原型製造」(rapid prototying) 技術，原為製作產品原型而研發。Jonathan指近年3D打印逐漸普及，主要因為軟件應用簡化，可打印內容(3D printable content)大幅增加，更開始應用於產品製造及開發領域；加上各地政府都大力支持，早前日本政府更投資4千5百萬以推動當地3D打印發展。

3D打印建基增材製造技術 (additive manufacturing)，利用數碼CAD設計檔案後，將一系列數字切片信息傳送到3D打印機上，便可逐層打印製作三維立體物件。 Jonathan指，新技術打破傳統扣減製造 (subtractive manufacturing) 的限制，可製作以往被視為過於複雜的作品，諸如結構複雜或中空的模具。

全球首創混合物料打印

Stratasys擁有FDM (Fused Deposition Modeling)及PolyJet噴墨式打印兩項專利技術，可因應製成品的不同要求和特性，採用不同技術達致最佳效果。「FDM技術原理是打印時擠出幼條狀、熔化的熱塑塑料 (thermoplastic)，然後待其沉積固化成型，其製成品以可靠耐用稱著。PolyJet則將物料噴墨式逐層打印，並利用紫外光即時凝固光敏聚合物 (photopolymer)，使零件得以成型，製成品表面平滑、細節分明見稱，並可結合多種物料製作單一零件。」

他解釋，由於3D打印以層疊多重物料製作而成，不但可製成精準、複雜的概念模型或實物樣板，某些以FDM製成的零件更可用以直接組裝成品；而Polyjet亦是全球首個可打印混合物料的技術，透過不同物料的調配混合，可依客戶要求造出強度、質感不同的製成品。

事實上，3D打印正廣泛應用於多個領域。Jonathan表示，任何進行產品設計的人都是Stratasys的目標客戶。「相比起虛擬測試，有實物作在手，絕對更準確無誤，令你心目中的製成品可以完美呈現。」

Stratasys的客戶由航運業、教育機構到醫療產品等橫跨各界，亦曾協助醫療用品機構制作訓練醫科學生進行腦部手術用的人體模型。「模型模擬人體腦部結構，多層組織如皮膚、骨骼、腫瘤俱備，甚至可加入液體令仿真度更高，我們很高興可以協助客戶將意念化作現實。」Stratasys亞太及日本區市場總監紀碧玲補充，3D打印除了實現以往的不可能，也可為企業節省產品開發時間和成本，韓國現代汽車採用了Stratasys的最高階打印機Fortus 900mc進行零件開發後，30個月內已取得投資回報(ROI)。

著重技術開發

問及市場最大競爭對手，Johnathan認為社會對3D打印的認識和關注不足才是Stratasys發展的主要障礙，故此會致力向大眾推廣3D打印的概念。其實3D打印近年發展得非常迅速，Jonathan亦估計截至2017年，全球3D打印產品及服務的銷售額可達260億美元。

Stratasys一直專注中高階市場業務，然而不少3D打印廠商都對消費者的龐大市場虎視眈眈。Stratasys於上月完成收購桌面3D打印機廠商MakerBot，加強公司在桌面3D打印技術的優勢，正式進駐入門級別3D打印市場。Jonathan表示，MakerBot在其市場一直有口皆碑，會繼續獨立營運其現有品牌，完整Stratasys的產品線。

相較市場上另一3D打印巨頭3D Systems的一站式服務，Jonathan指雖然Stratasys亦有生產Solidscape3D打印機，及經營RedEye On Demand 數碼製造服務，然而公司的發展策略以技術開發為重心。「物料才是關鍵，雖然現時打印的物料有限，大都只能作模擬製成品，然而隨著研發部門的努力，陸續會有更多不同物料提供。Stratasys每年投入整體收入的11%於R&D部門，因為我們深信持續開創更優良的技術是鞏固市場地位的不二法門。」