即使現今積層製造技術已從最初的塑膠桌上型製造系統逐漸普及，推動了新創團隊概念實現商品化，但至今尚未真正實現大規模落實與普及。反而可望先由傳產製程的模具、關鍵元件開始，推動製造業逐步轉型。

由於製造技術從最初的塑膠打樣演進為金屬直接成型，引領了新一波積層製造工業材料與應用的發展。根據最新《Global Additive Manufacturing Market》市場報告預測，積層製造產品和服務市場的價值，將在2027年達到440億美元以上，年成長21%。

其中生產金屬元件的工法，包括先利用塑膠積層製造後，再經過翻鑄或脫膜製造；也有採用黏著劑噴塗成型技術，使之黏合耐火砂粉末來製造金屬元件等。但類似這些間接燒結方式，難免會產生收縮變形，而難以製造複雜的元件，限制了應用的可能性。於工研院南分院的金屬積層製造試量產工廠，則不僅能協助產業新創產品，還可提供試量產及研發服務。

圖一 : 隨著材料、成本符合產品要求，預估積層製造「功能性零組件」應用市場，將比「原型品」市場成長更快速、應用產業廣泛（攝影：陳念舜）

積層製造異型水路 協助模具加工業升級加值

舉傳產塑膠射出成型模具應用為例，因為產品原始設計的複雜形貌或較薄處，常讓傳統直鑽式水路無法沿著形貌，貼近模仁表面建立水路，導致散熱與吸熱不均。過大的公母模溫差，將使產品在射出過程中容易有熱能殘留，造成產品變形翹曲、表面紋理缺陷、尺寸精度不良，內部產生氣泡或冷卻時間過長等問題。

反之，透過積層製造的異形水路則有別於傳統模具製作的水路大多採鑽孔方式，在較深處採取隔板式/噴泉式或螺旋式設計製作，既能貼近模仁表面也不受傳統圓孔形狀限制，從而建立矩形或適合產品形貌的特殊水路；針對熱點處製作散熱效率更高的異型水路，藉此提高冷卻效率並減少產品缺陷。解決傳統水路到達不了的區塊，也可更大範圍的包覆產品面，更快速將熱能帶走。

已有臺灣從事塑膠成型加工業者，使用的塑膠材料種類達到1,300種，其中包含聚乙烯（PE）、聚丙烯（PP）、改性聚苯醚（PPE）等熱塑性、熱固性、強化塑膠的多種類別材料；製造的產品種類達2500種，對應的成型法包括雙色成型、嵌件成型、精密成型（成型精度0.02mm）等。

涵括從金屬模具的設計、製造，到產品成型的整套流程中，該公司約有70%金屬模具都是由機械加工製造完成，其他30%則是用積層製造完成。先在機臺的加工槽臺上鋪灑一層厚度0.05mm的SUS金屬粉末，再經過雷射光熱融後凝固成型、針對模具高速切削，重覆執行此流程而完成對較厚成型物的高精度加工。在良好的設計驗證之下，將有效縮短成型冷卻週期和改善翹曲變形等問題，未來將會逐步增加比例，也減少製造所需人力。

但要進行金屬積層製造時，常會碰到兩個問題，首先因為尺寸較大，若水路設計效果不佳，未達到預期效益，將耗費巨大成本與時間；其次，在正式加工前，必須掌握足夠的加工經驗，理解金屬龜裂的原因和條件，以避免積層製造加工失敗。

為抑制金屬積層製造機中，必然會產生的殘留應力導致成型物收縮，並出現彎曲或變形的情況。使用者還可自行選擇是否搭載Sodick獨有「SRT工法」，即應用了淬火處理的技術，通過對收縮處進行加熱膨脹的方式相互抵消，從而抑制變形產生。不但可以針對更大型的金屬模具實現積層製造，還能將變形量控制在傳統工法的1/10，防止產生因此導致開裂。

用戶現在還能在機臺上裝配MRS（Material Recovery System：金屬粉末材料的自動排出和供給裝置），以實現金屬粉末供給以及成型後回收工作的自動化。加上該公司的金屬模具製造已完全實現數位化，目前全部都是根據客戶提供產品的3D CAD圖檔來進行金屬模具設計建模，並透過如Moldex 3D等CAE軟體分析成型品的樹脂流動情況。

接著分別利用CAM製作加工資料後，轉換為NC code進行CNC機械加工；或是轉換為STL資料，將數位資料整合後製造金屬模具。並運用3D影像掃描器對成型後的產品進行掃描，與客戶的產品資料進行對照，若存在差異則馬上進行修正。此針對金屬模具製造的數位資料化作業，不僅能加快設計與製造的速度，還可確保成型產品的品質；對於工件和特殊產品成型後的檢查也非常精細入微，在向客戶交貨時一定會附帶測量報告。

圖二 : 使用者還可自行選擇是否搭載Sodick獨有「SRT工法」，抑制金屬積層製造機中，必然會產生的殘留應力導致成型物收縮，並出現彎曲或變形的情況。（source：sodick.co.jp）

涵括材料供應鏈 掌握微量產及回收能力

此外，隨著材料、成本符合產品要求，積層製造功能性零組件（Functional Part Manufacturing）應用市場較預估將比原型品（Prototyping）市場成長更快速、應用產業廣泛，市場占比及年複合成長率最高，預期以積層製造（加法）與減法搭配整合應用，將成為主流製造技術之一。

依MarketMarkets調查資料顯示，目前已有越來越多產業開始使用積層製造最終用途的功能性零組件。主要用於中小規模產量的產品製造應用，尤其是對於特殊結構設計的產品，積層製造將會比傳統製造更具優勢。

例如傳統的印刷電路板（PCB）幾乎都呈現平面，但是在新加坡國立大學的一個研究小組，利用一種名為「CHARM3D」技術，能將電路印刷通過3D垂直而非平面的方式堆疊起來元件，使得電子產品佔用面積要小得多，裝置可更精巧、時尚。

研究人員注意到的最大應用可能是醫療保健，未來只要穿著帶有此積層製造感測器的智慧衣服，就可以在不接觸皮膚的情況下監測使用者的生命體徵，還能帶來更精確的醫學成像。該團隊已經利用這項技術製造出了可穿戴的無電池溫度感測器、無線監測生命體徵的天線及用於操縱電磁波的超材料。

此對於現今直接墨水寫入（DIW）等方法也是一項重大挑戰，所使用的特殊複合墨水需要輔助材料，而且粘度高、速度慢。CHARM3D則巧妙利用一種由銦、鉍和錫製成的菲爾德金屬合金的材料特性，約62℃熔點非常低、流動順暢，還能快速自凝固，有助於CHARM3D堆疊製成超光滑、均勻的3D金屬微結構，寬度大約只有從100~300微米不等的幾根頭髮那麼細，這些結構還包括立方體框架、垂直字母和可伸縮螺旋。

這種印刷結構不僅具備高解析度、快速列印（每秒可列印 100mm）以及建立複雜3D 形狀的能力，甚至還能自我修復損傷，一旦電路被刮傷或變形，只需將之加熱到超過低熔點，就會重新凝固成原來的形狀，這使得電路更加耐用，甚至可以回收利用，未來應用有著無限的可能性。

且隨著現今已有越來越多的設計工程師，開始使用如選擇性雷射燒結成型（Selective Laser Sintering, SLS）等積層製造設備，來實現更快速、經濟實惠的方式生產小批量零件或原型零件打樣，逐層熔化工程塑膠粉末以形成自潤軸承等零件。

但因應高溫環境的應用領域對積層製造自潤軸承零件的需求不斷增加，此由市面上標準SLS材料（例如PA12）製成的零件，通常無法承受於超過80℃溫度的應用，例如汽車引擎內的軸承、工業廠房或各種空調和冷卻系統，超過就會變軟並失去尺寸穩定性。

德商igus也為此，推出首款真正能耐高溫達110°C的新型SLS積層製造材料iglidur i230，並通過DIN EN ISO 75 HDT-A/HDT-B認證實驗室測試，可長時間承受110°C的應用溫度。甚至可以短時間承受高達170°C極端溫度而不變形。藉此讓未來積層製造的工程塑膠零件能承受更高的溫度；還可消除靜電，保護機器和系統免受靜電放電，引起火災和爆炸的風險，且不含PTFE。

根據igus內部實驗室的測試證明，iglidur i230在室溫下的機械強度比PA12高出約50%，在彎曲測試中可承受94MPa的壓力，承受高動態應用。依igus開發人員Paul Gomer指出：「使用者因此能在壁厚較薄的自潤軸承中實現相同的零件強度，並在緊湊的安裝空間中節省空間和重量。」

由於iglidur i230耐磨耗性比起PA12高出約80%，使得藉之積層製造而成的自潤軸承，具有更長的使用壽命，提高了機器、系統和車輛的效率，減少了保養需求。當固體潤滑劑與SLS材料融為一體，可確保低摩擦乾式運行，使用者還可以省去耗時的潤滑工作。

圖三 : igus推出首款真正能耐高溫達110°C的新型SLS積層製造材料iglidur i230，可長時間承受110°C的應用溫度而不變形。（source：igus GmbH）

另有臺灣的實威國際公司引進美國Formlabs品牌旗下，最新推出的雷射積層製造機種Fuse 1，專為實現最大輸出和最小浪費而設計，並利用工業級含有填充粉末與彈性粉末的高性能材料庫，搭配30W雷射與高達12.5m/sec的掃描速度，可在24hrs內製造交付可承受重度使用的高精度零件。

同時建立從設計到成品方便、直觀的工作流程，硬體和軟體可被快速啟動和運行，讓SLS 變得簡單易於使用，最大限度提高流程中每個步驟的效率。例如為了獲得最佳零件擺放密度的高效列印套裝程式，即可使用Formlabs的免費軟體PreForm，輸入STL/OBJ文件進行模型定位和排列零件以優化密度，減少積層製造的時間及浪費。

藉此輕鬆設置積層製造的機臺，緊密的佔地面積和能擴展模組化的生態系統，使得Fuse 1+30W適用於任何環境，透過30W雷射照射腔體內已加熱至180℃粉末，逐層燒融固化後在24hrs內，實現小批量快速製造可靠零組件的目標。

進而導入基於雲端的儀表板（Dashboard），以便使用者能跨多地點和機器遠程監控生產狀態，查看積層製造機臺的可用性，管理材料、追蹤作業和接收通知，最大限度減少停機時間和最大化輸出。

搭配Formlabs的一體式粉末回收站Fuse Sift，與所有Fuse系列機器完全兼容，為工業品質的後處理創建了一個簡單、流暢的工作流程。例如經由兩者之間的模組化構建室和粉末卡匣的轉換，以實現不間斷的循環工作流程，從而減少停機時間。

同時利用Fuse Sift緊密的負壓式封閉系統，可將粉末保留在除粉器內部，方便開放零件存取和輕鬆清理；整合粉末回收、儲存和混合功能在單一設備自動分配與混合新舊粉末，得以減少浪費及掌控供應數量；將零件材料與二次後處理方法相結合，或使用市售的噴槍工具進一步清潔、噴砂而得到光滑表面、客製色彩和加強耐用性。

值得一提的是，基於近年來產業生態變遷要求快速量產、客製化，Formlabs透過SLS積層製造零件由粉末支撐，不僅設計自由，能直接省下一般塑膠材質製造機種所需支撐架設計；還可呈現複雜的拓樸形狀，符合極致輕量化、堅固且耐衝擊的特性。

圖四 : 搭配Formlabs的一體式粉末回收站Fuse Sift，與所有Fuse系列機器完全兼容，為工業品質的後處理創建了一個簡單、流暢的工作流程。（攝影：陳念舜）

經由任意擺放工件，輕鬆製造懸垂特徵、複雜的幾何形狀、互鎖零件、內部通道等複雜設計，緊密排列以最大限度利用空間來提高產量。加上具備穩定高效的雷射粉末燒結系統、經濟實惠的軟/硬塑材料選擇，使用TPU彈性體、尼龍（Nylon 11）及其加入碳纖（Nylon 11CF）、玻纖（Nylon 12GF）等複合材料，皆是經過驗證的高品質最終用途的熱塑性材料，兼顧高韌性和堅固性的機械性能，可與射出成型等傳統製造方法生產的塑料媲美。

且在產品完成後，不怕在除粉過程中受損，就能立刻組裝應用，節省時間、材料與人力成本，估計最快在一週內即可完成傳統開模生產須耗時45~60天標準時間的作業流程；加上材料成本低廉，可快速進行小批量生產，適合微量產的粉末成型空間；大多數SLS系統都允許使用回收粉末列印，以最大限度減少浪費，符合近年來產業ESG要求。