過去3D列印技術(shù)多指塑膠材質(zhì)，但在此則特別意指用雷射燒結(jié)金屬粉末，再層層堆疊成型。

雖然近年來屬於3D列印工法之一的金屬積層製造（Additive manufacture, AM），因?yàn)橄噍^於塑膠材質(zhì)，更接近工具機(jī)及終端加工業(yè)者習(xí)慣；且同樣可提供一個(gè)快速實(shí)現(xiàn)複雜成型的途徑，達(dá)成較佳設(shè)計(jì)自由度和零件的複雜性，而備受外界期待。惟因其最終精度還是不及於傳統(tǒng)CNC工法，恐導(dǎo)致工件、產(chǎn)品表面品質(zhì)易受影響；加上企業(yè)導(dǎo)入成本與生產(chǎn)效率仍無法克服，在過去一段時(shí)間以來發(fā)展緩慢。

有別於現(xiàn)今投入金屬積層製造的各方產(chǎn)官學(xué)研單位，多年來在自動(dòng)化、工業(yè)量測(cè)、機(jī)械運(yùn)動(dòng)控制與精密加工等領(lǐng)域，均佔(zhàn)有業(yè)界領(lǐng)先地位的英國(guó)雷尼紹公司（Renishaw）也在今年5月初落幕的「臺(tái)北國(guó)際數(shù)控暨製造技術(shù)展（MT duo）」正式發(fā)表最新快速堆疊成型製造系統(tǒng)（AM250），將有機(jī)會(huì)解決過往金屬積層製造最為人垢病的品質(zhì)與效率問題。

Renishaw推出快速堆疊成型系統(tǒng)

Renishaw推出的快速堆疊成型製造系統(tǒng)係採用SLM技術(shù)，先將所得到的3D CAD檔案轉(zhuǎn)換為STL檔案後輸入設(shè)備後，在嚴(yán)格控制的大氣壓力下，直接經(jīng)高功率光纖雷射熔融多種金屬細(xì)粉末，燒結(jié)產(chǎn)生出厚約20~100μm層層堆疊的緻密金屬工件。該技術(shù)現(xiàn)已廣為用於製造特定的醫(yī)療植入體、輕量化航太與賽車零組件、高效率熱交換器，以及含有異型冷卻水路的射出成型模具嵌件，提供設(shè)計(jì)師更多自由度，創(chuàng)造出不受傳統(tǒng)製程或大量生產(chǎn)模具需求限制的複雜結(jié)構(gòu)和形狀、嵌入式特徵。

雷射熔化（加法）還能與傳統(tǒng)機(jī)械加工（減法）技術(shù)相輔相成，形成製造系統(tǒng)的一環(huán)，包括熱處理、表面後處理等，有助於客戶減省前置開發(fā)時(shí)間、模具及材料成本浪費(fèi)，僅製造所需產(chǎn)品而率先上市。使用者還能受惠於Renishaw對(duì)製程排放量及粉末處理技術(shù)，減少不必要的材料浪費(fèi)，在改進(jìn)粉末調(diào)節(jié)系統(tǒng)內(nèi)精煉後，超過98%以上粉末材料，都可循環(huán)再利用。

圖1 : 隨著金屬積層製造發(fā)展，將主要先用於滿足輕量化需求，近年來Renishaw更一舉跨足金屬積層製造領(lǐng)域，成為新進(jìn)設(shè)備製造商。（攝影：陳念舜）

Renishaw在今年MT duo雖僅展示2014年與知名自行車廠商Empire Cycles合作成果，強(qiáng)調(diào)以積層製造出世界首件單車鈦合金骨架，符合登山越野型車種對(duì)輕量及耐衝擊、碰撞要求；Empire Cycles也得利於該工法具備汽機(jī)車沖壓鋼板「單體」構(gòu)造擁有的各項(xiàng)優(yōu)點(diǎn)，卻不必大量投資添購設(shè)備。

但由於該系統(tǒng)具有防輻射和粉末處理的安全設(shè)計(jì)，足以安全處理鈦、鋁等活性材料為其基本功能之一，在導(dǎo)入高階醫(yī)療、航太、電子及高科技應(yīng)用領(lǐng)域後，相信將能帶來更龐大商機(jī)。包括從病患專用的骨科植入體，到大量生產(chǎn)採用混合式結(jié)構(gòu)與質(zhì)地的醫(yī)療器材，雷射熔化技術(shù)具有解放製造能力，結(jié)合自由形狀和精細(xì)晶格結(jié)構(gòu)的潛能，大幅改善病患復(fù)原情況。

除了MT duo外，甫於去（2015）年落幕的歐洲工具機(jī)展（EMO）則揭示了另一種可能，其不僅以「Let’s build the future（打造未來機(jī)具）」為主題，由CECIMO（歐洲工具機(jī)業(yè)合作委員會(huì)）官網(wǎng)及發(fā)行的相關(guān)資訊則可見，未來製造面臨的挑戰(zhàn)之一，將是金屬積層製造（加法）與傳統(tǒng)切削、移除素材工法（減法）之混合，期待仍藉此實(shí)現(xiàn)更高水準(zhǔn)的加工一致性和準(zhǔn)確性，生產(chǎn)要求精確的零件與產(chǎn)品；諸多參展的歐日工具機(jī)及零組/配件大廠，也首度將積層製造列入攤位主題，預(yù)料將成為未來數(shù)屆國(guó)際工具機(jī)大展主流。

財(cái)團(tuán)法人精密機(jī)械研究發(fā)展中心（PMC）工程師吳仲偉認(rèn)為，過去3D列印技術(shù)多指塑膠材質(zhì)，但在此則特別意指用雷射燒結(jié)金屬粉末，再層層堆疊成型；且在CNC工具機(jī)上，直接改將雷射源整合於刀庫，只要同一部工具機(jī)的Z軸擺頭就能分別進(jìn)行積層製造與五軸車/銑削加工，先堆疊再逐步移除材料，毋須搬運(yùn)至其他機(jī)臺(tái)生產(chǎn)，影響加工精度與效率。

聚焦積減混合製造　歐日大廠軍備展示

目前在應(yīng)用領(lǐng)域上，積層製造雖仍以原型打樣、客製化產(chǎn)品、複雜型工件為主。

估計(jì)該突破以往思考的製造方式，將會(huì)改變現(xiàn)有加工程序及機(jī)器結(jié)構(gòu)，去年EMO實(shí)機(jī)展示或是以書面資料展示的歐、日系工具機(jī)及零組/配件業(yè)者，便有MAZAK、DMG MORI、IBARMIA、HERMLE等大廠。

其中，IBARMIA新發(fā)表積層、車銑複合混合加工機(jī)，便將功率3kW雷射源整合於刀把系統(tǒng)，機(jī)器設(shè)計(jì)時(shí)須考量雷射使用，與金屬粉末能否妥善分佈於工件表面。MAZAK以車銑複合機(jī)為主體架構(gòu)，再納入積層製造製程，而成為混合(Hybrid)多工序工具機(jī)，具體呈現(xiàn)了混合製造的程序及概念。HAMUE公司推出的HSTM混合工具機(jī)，則是專門用來進(jìn)行渦輪葉片與風(fēng)扇修補(bǔ)、再製的專用設(shè)備，透過不同加工刀具、測(cè)頭與雷射模組，可提供高速銑削、3D掃瞄/檢測(cè)、雷射熔覆、去毛邊/拋光、標(biāo)籤等不同製程功能。

現(xiàn)場(chǎng)還可見到展示的專用模組產(chǎn)品，顯示供應(yīng)鏈逐漸成型。如AMBIT多功能系統(tǒng)，即包括一個(gè)具備標(biāo)準(zhǔn)刀把的雷射頭，可以安裝於任合工具機(jī)主軸上，只要透過調(diào)整雷射功率與供粉，就可提供3D沉積、熔覆、標(biāo)籤、切割、鑽孔、預(yù)熱、退火/應(yīng)力消除、表面再熔化及清潔等製程功能。且在美國(guó)國(guó)家積層製造創(chuàng)新研究院America Makes支助下，Optomec公司開發(fā)出LENS列印引擎(LPE)的積層製造模組，可以搭載在傳統(tǒng)CNC工具機(jī)或機(jī)器人、客製化門型衍架、桌上型設(shè)備上，成為具備積層製造能力的系統(tǒng)。

圖2 : Optomec公司開發(fā)出LENS列印引擎（LPE）的積層製造模組，可以搭載在傳統(tǒng)機(jī)臺(tái)上，成為具備積層製造能力的系統(tǒng)。（Source:http://www.industryweek.com）

目前在應(yīng)用領(lǐng)域上，積層製造雖仍以原型打樣、客製化產(chǎn)品、複雜型工件為主。工業(yè)應(yīng)用市場(chǎng)，則以航太、生醫(yī)、能源等領(lǐng)域居多，現(xiàn)已有工業(yè)零件廠商投入設(shè)計(jì)冷卻流道，如MAPAL刀具廠便發(fā)表以積層製造生產(chǎn)的刀把；HERMLE也在宣傳文件上，提供模具冷卻流道的混合製程。期待未來工具機(jī)，或許可以發(fā)展出類似半導(dǎo)體的微機(jī)電製程，將複雜的機(jī)構(gòu)於機(jī)器上直接完成。

值得一提的是，相關(guān)技術(shù)除了雷射燒結(jié)元件外，還有與製程相關(guān)的控制器，Siemens公司在去年EMO現(xiàn)場(chǎng)，便特別藉其840D sl機(jī)種展示相關(guān)功能，可用於輕量、複雜結(jié)構(gòu)或整合型元件的原型製作與小批量生產(chǎn)、損壞或磨損元件修復(fù)、對(duì)工件表面進(jìn)行部份或全面鍍層；且後續(xù)搭配的CAD/CAM軟體發(fā)展，也值得觀察。