使用Formlabs透明鑄造樹脂，以3D列印模型進行工業精密鑄造
Formlabs透明鑄造樹脂可用於SLA 3D列印熔模鑄造犧牲模型，省去金屬模具與蠟模射出成型流程，協助鑄造廠縮短交期、降低小批量成本並製作複雜金屬零件。
本指南整理透明鑄造樹脂的工業測試成果，並逐步說明模型空心化、晶格設計、SLA列印、清洗固化、陶瓷殼製作、模型燒除與金屬澆鑄流程。
什麼是熔模鑄造？
熔模鑄造又稱失蠟鑄造，是用於製造複雜金屬零件的精密鑄造工藝。其應用涵蓋輕量化汽車零件、高爾夫球桿、噴射渦輪機、工業葉輪與藝術雕塑，能製作傳統加工方法難以實現的幾何形狀，並提供良好的表面品質與零件完整性。
傳統蠟模通常需要以CNC工具機製作金屬模具，再進行蠟模射出。這套流程涉及專用設備、多道工序與熟練人力，模具成本及交期也較高，尤其不利於快速原型、單件與小批量生產。
3D列印熔模鑄造如何縮短交期與降低成本？
使用SLA 3D列印製作可燒除的犧牲模型，可省去金屬模具與蠟模射出流程。模型能直接由數位檔案生產，適合快速週轉、客製化零件、設計驗證及小批量鑄造，同時釋放CNC設備及熟練操作人員的產能。
SLA製程具有精細特徵、良好尺寸精度與平滑表面，可將模型表面與幾何特徵傳遞至最終金屬零件。相較於傳統蠟模，3D列印也能更容易製作倒扣、彎曲流道、薄壁與複雜內部結構。
Form 4L大尺寸生產
Form 4L建構體積為35.3 × 19.6 × 35 cm，適合較大型模型或同批生產多個犧牲模型。
Form 4高速小型零件
Form 4建構體積為20 × 12.5 × 21 cm，適合高速生產尺寸較小的精密鑄造模型。
Formlabs SLA生態系統容易部署、操作及維護，可將列印、清洗與後固化工作整合至既有鑄造流程。
透明鑄造樹脂的材料特性與鑄造測試
透明鑄造樹脂為不含銻、低灰分材料，灰分含量低於0.02%。Formlabs與北愛荷華大學（UNI）Foundry 4.0中心，以及工業鑄造、服務與藝術鑄造單位合作，驗證其尺寸精度、表面品質、燒除效果及零件成本。
合作鑄造廠曾使用此流程鑄造青銅、黃銅、A356鋁合金、Ti-6Al-4V鈦合金、4140鋼、8620鋼、316不鏽鋼與17-4 PH不鏽鋼。測試模型在700°C至900°C爐中燒除，未使用高壓釜；多數模型連接至標準蠟製澆道，再依各鑄造廠既有流程製作陶瓷殼。
A356鋁合金精密鑄造案例
UNI Foundry 4.0使用Materialise晶格模組將模型建立為四面體晶格，採用0.5 mm晶格壁厚及1 mm晶格直徑，再以Form 3L和100 μm層高列印，並依Formlabs標準流程完成清洗及後處理。
模型使用黏合蠟固定至標準澆道。陶瓷殼採用100%二氧化矽系統，以Remet RP-1作為面層砂、RG-1作為背層砂，通常包含兩層面層與三層背層；第二層面層後及後續每次浸塗均進行撒砂。自動化系統使塗層保持均勻，單一澆注樹製作時間約為9至10小時。
- 陶瓷殼乾燥後，在900°C（1650°F）下閃燒2小時。
- 冷卻後將陶瓷殼轉移至鑄造區。
- 鑄造前將陶瓷殼預熱至540°C。
- 以700°C至750°C進行鋁合金澆鑄。
- 金屬凝固後敲除主要殼層，再以噴砂移除殘留陶瓷。
「我們購買Form 3L的主要原因是模型成本。原本使用傳統蠟模射出模具製作葉輪，不但操作困難且耗時；改用PMMA列印後，單一模型成本甚至超過300美元。」
John Farr／Diversified Metal Fabricators
「Formlabs系統與透明鑄造樹脂讓我們能更快速、穩定地製作藝術鑄造所需的高精度模型，人工成本僅為傳統手工雕刻蠟模的一小部分；增加設備也能快速擴充產能。」
Julian Musi／Digital Atelier
透明鑄造樹脂的測試結果與成本分析
合作鑄造廠回饋顯示，透明鑄造樹脂3D列印模型可製作品質接近傳統蠟模的熔模鑄造零件。列印模型可能比蠟模更脆，搬運及組樹時需要小心；不過燒除後，陶瓷殼可見區域未發現明顯灰燼殘留，最終金屬零件亦未出現異常缺陷。
直接列印犧牲模型不需要金屬模具、可溶性蠟芯或其他複雜蠟模成型技術，可用於製作蠟模射出難以實現的倒扣、彎曲流道和薄壁特徵。
| 比較項目 | 複雜葉輪 | 12英吋簡易泵浦葉輪 |
|---|---|---|
| 生產數量 | 50件 | 50件 |
| 替代製程 | 金屬模具、可溶性蠟芯及蠟冷卻器的蠟模射出 | 使用金屬模具進行蠟模射出 |
| 替代模具成本 | 60,000美元 | 11,000美元 |
| 3D列印模型成本 | 每件78美元 | 每件30美元 |
| 節省交期 | 14週 | 8週 |
3D列印熔模鑄造流程概述
以下方法整理自10多家鑄造廠的實際回饋，涵蓋犧牲模型設計、SLA列印、後處理、組樹、陶瓷殼製作、模型燒除及金屬澆鑄。
步驟1：設計空心晶格犧牲模型
犧牲模型必須足以承受陶瓷漿料與操作壓力，同時又要盡可能降低材料量，使模型能順利燒除並減少殘灰。建議採用薄外壁搭配內部晶格結構，而不是列印實心模型。
可使用Materialise Magics精密鑄造工具或其他軟體，將CAD模型空心化並建立內部晶格。晶格設定可控制外殼厚度、內部支撐尺寸及排水孔位置。
| 設計參數 | 建議尺寸 | 建議範圍 |
|---|---|---|
| 外殼壁厚 | 0.5 mm | 0.4–1 mm |
| 細節尺寸 | 0.5 mm | 依關鍵特徵調整 |
| 晶格支腳厚度（a） | 0.75 mm | 0.5–1 mm |
| 晶格支腳長度（b） | 3 mm | 依模型尺寸調整 |
| 排水孔外半徑（r2） | 2 mm | 最小建議半徑1 mm |
| 排水孔內半徑（r1） | 2 mm | 直孔或輕微倒角 |
設定模型外殼厚度
較薄的外壁可減少燒除時的膨脹與材料殘留，但會降低列印成功率和搬運強度。Formlabs建議從0.5 mm壁厚開始，僅在列印失敗或尺寸精度不足時增加厚度。細節尺寸可先維持0.5 mm。
設定內部晶格結構
晶格可支撐模型外壁、防止翹曲並支援薄壁列印。增加晶格支腳厚度能提高模型強度，但也會增加材料膨脹與陶瓷殼開裂風險。建議從0.75 mm支腳厚度和3 mm支腳長度開始測試。
加入排水孔與排氣孔
排水與排氣孔能減少列印時的吸盤效應，排出模型內部未固化樹脂，並在模型燒除時改善氣流。設計孔洞前應先確認列印方向。
- 在列印方向的最高點與最低點配置孔洞。
- 優先將孔設於澆口等後續可切除或加工的犧牲表面。
- 孔洞半徑至少從1 mm開始；不影響關鍵表面時可適度加大。
- 採用直孔（r1＝r2）或輕微倒角孔（r1＞r2）。
- 在澆口附近配置通風孔，改善模型燒除時的氧氣流動。
- 晶格模型檔案較大時，可匯出3MF格式以縮小檔案並加快支撐生成。
步驟2：使用透明鑄造樹脂3D列印模型
設定模型方向與支撐
- 在PreForm中將模型相對建構平台傾斜30°至45°。
- 同時考慮排水孔位置，使樹脂能順利排出並減少翹曲。
- 使用完整底筏與輕支撐，支撐密度可從0.75開始。
- 支撐接點直徑使用0.30 mm或更小，並避免放置於關鍵表面。
- 使用Form 4L、Form 3L或Form 4，以100 μm層高列印透明鑄造樹脂。
- 表面積較大的模型可評估使用Flex Build Platform或Build Platform 2L。
徹底移除樹脂與異丙醇
- 將零件放入Form Wash L，以異丙醇清洗10分鐘。
- 使用壓縮空氣吹除模型內部液體，再清洗5分鐘。
- 以沾有異丙醇的紙巾擦除表面殘留樹脂。
- 自然風乾30分鐘，或使用壓縮空氣吹除殘留異丙醇。
依模型脆弱程度安排順序
將模型置於Form Cure L，在35°C下固化15分鐘。固化會提高剛性，因此固化前通常較容易移除支撐；對易碎幾何形狀而言，固化後再拆支撐則能降低模型斷裂風險。容易翹曲的模型可採用不加熱的後固化流程。
使用刮刀、斜口鉗及100至300目砂紙移除支撐並修整接點。
步驟3：封孔、組樹與準備模型
- 使用標準鑄造蠟或UV樹脂筆填補排水孔與排氣孔。
- 若使用UV樹脂筆，依材料說明完成固化。
- 由最後一個孔注入低壓壓縮空氣，檢查其他孔洞是否密封。
- 依既有流程安排澆口、分支及模型組樹。
- 使用黏合蠟將模型固定至蠟樹，並配置適合浸漬的T型桿。
- 可使用標準蠟製澆道，也可將澆道整合至3D列印模型。
對單件、極小批量或交期嚴格的零件，可在模型上增加額外排氣通道，以改善燒除氣流並提高首件成功率。燒除後須冷卻陶瓷殼，再使用包埋材料修補排氣孔。
步驟4：製作精密鑄造陶瓷殼
模型組樹後，可先依鑄造廠原有漿料及撒砂流程建立陶瓷殼。部分鑄造廠會使用膨脹容忍度較高的漿料，或增加浸漬次數以降低開裂風險；Formlabs建議先從既有標準流程測試。
UNI使用自動化機器人單元完成六次浸漬：
- 在不撒砂的面層漿料中浸漬一次，以維持表面品質。
- 浸漬一次背層漿料並使用面層砂。
- 再以背層漿料和背層砂完成三次浸漬，增加陶瓷殼厚度與強度。
- 最後在不撒砂的面層漿料中浸漬一次，形成密封層。
步驟5：高溫燒除3D列印犧牲模型
依鑄造廠常規流程在高溫爐中燒除模型。常見閃燒條件為705°C至900°C（1300°F至1650°F），持續約2小時。爐具須能維持高溫並提供充足氧氣，使模型完全燃燒。
完成燒除後，檢查陶瓷殼是否出現裂痕或毛刺，並清除內部灰燼。透明鑄造樹脂不含銻，灰分含量低於0.020%；搭配空心晶格設計，可將殘留灰燼量降至最低。
步驟6：金屬澆鑄與鑄件精加工
完成模型燒除及陶瓷殼檢查後，即可依既有金屬鑄造與精加工流程操作。UNI案例採用下列步驟：
- 將陶瓷殼在窯爐中以345°C（650°F）預熱30分鐘。
- 澆注金屬，並等待金屬完全冷卻凝固。
- 使用高壓水洗或噴砂設備移除陶瓷殼。
- 必要時可小心使用鑿具移除局部殼層，避免損傷鑄件。
- 使用帶鋸或其他合適工具，將零件從澆注樹分離。
- 依零件要求進行切削、研磨、噴砂或其他精加工。
透明鑄造樹脂與3D列印精密鑄造結論
透明鑄造樹脂讓鑄造廠能直接由數位檔案製作犧牲模型，省去傳統金屬模具及複雜蠟模成型流程，適合快速原型、快速週轉、客製化零件與小批量精密鑄造。
此工作流程也提高倒扣、曲折流道、薄壁及複雜幾何形狀的設計自由度。製造商可按需生產模型、延後硬模具投資，並在投入量產模具前以實際金屬零件驗證設計。
案例結果顯示，Formlabs SLA設備與透明鑄造樹脂可在只需調整部分既有流程的情況下，顯著降低特定專案的模型與模具成本，並將交期縮短數週至數月。實際效益仍須依零件、產量、材料及鑄造條件個別評估。