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2020-01-03 【3D列印知識】支撐效果比一比,哪種方法適合你?

【3D列印知識】支撐效果比一比,哪種方法適合你?
 
先前曾為各位介紹過三種3D列印技術比較後,獲得大家的廣大迴響;為因應各界了解3D列印技術的渴望,三帝瑪這次就帶大家了解FDM形式的「支撐結構」有哪些差異?又會影響哪些最終效果呢?(延伸閱讀:新手入門-常見3D列印技術比較及原理

 
基本概念
由於3D列印是透過層層堆疊的方式完成物體,而材料在懸空時會往下掉,因此在懸空處增加的輔助結構通稱為「支撐」,完成後再從本體上分離。以全可動的「巴克球」為例,3D列印的最終成品應該獲得圖中的最終效果:每一層次皆可轉動、運動順暢阻力小。
 
 
一、單噴頭 3D列印機
首先,最常見的FDM 技術在市面上主要為單噴頭及雙噴頭兩種3D列印形式,單噴頭系統一次僅能使用一種線材,因此支撐材料會和列印本體相同。如果以單噴頭FDM 3D列印機使用PLA材料來完成「巴克球」則會獲得如下結果,由於球體共有五層,每層間距僅0.3公分;在支撐和本體黏合緊密的狀態下,支撐幾乎難以拆除,或者會破壞物件本體。
 

好處是這對於大面積的結構影響不大、拆除也算方便,例如圖中的滑雪鏡框就可以用單噴頭系統製作懸空部分,不過表面的光滑度及美觀性會不如雙噴頭3D列印系統的表現。
 

(左圖為單噴頭3D列印的滑雪鏡框,右圖為使用雙噴頭3D列印搭配水溶性支撐PVA(白色部分)的滑雪鏡框及溶解後的成品。)
 
二、雙噴頭 3D列印機
雙噴頭FDM 3D列印機可同時使用兩種線材,因此可以選用不同線材分別作為本體及支撐,下方的縮時攝影可以看到,在Ultimaker 的雙噴頭3D列印機中,物件的本體和支撐材料是同步列印的,支撐結構在免費的官方軟體Ultimaker Cura中也會根據物件本體自動產生,無需人工建置。
 

 
常見的支撐專用材料有Breakaway水溶性PVA本次使用PVA作為「巴克球」的比較示範,如下圖中的綠色為PLA部分為物件本體、白色部分為水溶性支撐PVA。
 

白色部分為PVA,是可生物分解的水溶性材料,搭配PLA結構本體列印後,連同本體浸入一般冷水中即可溶解(如果配置打氣筒或超音波震動增加水流可加快約兩倍速率),完成後直接取出物件清洗乾淨即可,是雙噴頭系統中最廣受歡迎的用法(若使用非獨立式雙噴頭3D列印機可能無法消除黏膩感)。
 

由於過程中對於物體表面不會造成物理性破壞,因此成品表面相較於單噴頭3D列印機更為光滑、美觀,特別適用於有精度要求的組合件、卡榫…等工業零件。
 

而另一款Breakaway支撐拆解性佳且速度快,但較適合大面積拆除的物體,例如下圖中的電鑽外殼因表面有美觀性的需求,因此下方僅需使用Breakaway支撐材料輔助列印,就可以達到整塊快速拆除的效果。


 
三、單、雙噴頭怎麼挑?
如果預算有限,建議以最常用的3D列印物件特性作為主要依據,例如:高消耗性、結構單純的輔助工具較適合單噴頭機種;而款式眾多、未來變動性大的樣品開發,則適合選擇雙噴頭3D列印機;或者,兩者一起使用以兼具創新開發與縮短生產時間。(延伸閱讀:直擊「Club 5-五哥毒窟」!從代理模型到改裝外銷!
 
  單噴頭 3D列印機 雙噴頭 3D列印機
支撐形式 .單一材質
.與列印本體相同
(常見為PLA)
.水溶性PVA
.快拆式Breakaway
.其他雙料結合應用
適用範圍 .大面積支撐
.結構簡單
.快速量產
.可動式結構件
.物體細節交錯
.需維持精細表面

單噴頭3D列印機:通常適合製作結構簡單的列印物件或少量生產開發,價格較低。
雙噴頭3D列印機:適用於複雜結構、要求美觀的樣品、發展技術較新、功能較多,價格也相對較高。

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