■高速3D列印研究中心 / 吳冠陞
前言
惠普HP開發的多射流熔融成型Multi Jet Fusion (MJF)是以熔融粉末並透過層層堆疊的方式成型,現今雖能完成複雜外型的列印,但其成品的表面容易因殘留的粉末造成些許的高低差與粗糙感,對於其在終端產品的應用性與美觀方面打了些折扣。表面品質包含粗糙度以及平滑度等衍生的議題皆有改善的空間,因此後續的後處理製程就至關重要。英國一家成立於2017年的積層製造技術公司,AMT(Additive Manufacturing Technologies),研發生產用於3D列印的自動化後處理系統,並已與HP合作幫助推動3D列印的工業化。
BLAST蒸氣平滑技術
AMT公司所開發的第一個系統為PostPro3D,核心技術使用源自英國謝菲爾德大學先進積層製造中心所研發的邊界層自動平滑技術Boundary Layer Automated Smoothing Technology,並將其技術商業化為BLASTTM(圖1)。此方法使用自行研發的醫療有機無毒溶劑,將溶劑加熱形成蒸氣輸送至處理室中,當蒸氣在受控的壓力和溫度下與列印件材料接觸時,隨即在列印件上發生冷凝,使得3D列印件表面材料從固態溶解為液態並且流平,處理完畢的溶劑將回收至溶劑槽中。列印件方面,處理過後具有光澤平滑的表面,如圖2所示。
BLAST方法具有去除表面孔隙和密封部件的能力,除了HP的MJF製程外,亦適用多種高分子3D列印技術,例如粉床熔融成型和材料擠製成型。對於粉末成型,可溶解消除零件表面未完全燒結的顆粒所帶來的粗糙感;而在擠製成型中,則具有填充層間間隙的自流平和修復效果。
處理性能
表面粗糙度方面,由HP MJF所列印的PA12樣本所量測的數據,得到經過化學蒸氣平滑處理的樣本,其表面粗糙度由平均Ra 6.15μm減少至平均Ra 0.7μm,如圖3所示。在光學顯微鏡下的表面輪廓可以觀察出表面無明顯孔洞,而機械性質方面,斷裂伸長率則從未處理樣本之20%提升至處理過樣本之平均26.3%。材料吸水性方面的量測中,經處理後的樣本由於其材料表面的孔洞減少、光滑的平面降低表面能,因此具有一定的防水性能(圖4)。可使用材料方面與工業3D列印中常用的尼龍(PA6、PA11和PA12)、ULTEM、PMMA、TPU和TPE等聚合物相容。
相關產品
PostPro SF系列
AMT於Formnext2021中展示了下一代化學蒸氣平滑技術。新的自動化後處理系統,包含PostPro SF50和SF100,可顯著減少耗材使用量並提高耗材回收效率。PostPro SF50配備了50公升的處理室,是專為原型和一系列較小的尺寸零件所設計,適用於小批量生產與研究開發。PostPro SF100則是專為大批量生產作使用,100公升的處理室提高了處理方面的效率,同時也能降低零件成本。與PostPro3D相比,新一代的PostPro SF系統可將循環處理時間縮短約25%。
Depowdering系列
在除粉方面,AMT開發了一系列用於快速清潔3D列印件的自動除粉系統,PostPro DP系列包含PostPro DP、PostPro DP PRO以及PostPro DP MAX,三種系統皆配備可減少靜電的離子化裝置,還具備高效率分離噴砂介質和粉塵的旋風分離器,同時也具有高抽吸率的通風系統用於防止處理室內積聚灰塵並提高能見度。其中,PostPro DP是較為經濟實惠的選擇,適用於小批量原型的除粉。PostPro DP PRO則是適用於大批量生產。PostPro DP MAX更是一款全自動二合一的除粉和噴砂系統,其採用連續滾帶技術並配置63公升的處理量,適用於大型零件以及連續自動化生產(圖5)。
結語
本文介紹中,AMT公司提出了一種自動化的後處理系統,其幫助積層製造在後處理方面更上一層樓。PostPro SF後處理系統可以根據用戶的需求進行定制,從而應用在大批量的積層製造後處理,此外這項化學後處理通過了ISO 10993-5、ISO 10993-1和ISO 10993-12認證,意味著它們對細胞沒有毒性,將有機會被認證為醫療用途。未來,AMT會持續推動積層製造產業化,除了設備方面的提升,同時還會推出全自動化的解決方案DMS,為製造工作流程的每個階段提供全面、自動化的方法,其中包含除粉、平滑、著色和檢查,全部以數位化方式進行連接以確保端到端的工作效率。
參考資料
- “Home.” https://amtechnologies.com/
- “Smart to finish: AMT discusses its BLAST technology, sustainability & the impending launch of a new product – TCT Magazine.” https://www.tctmagazine.com/additive-manufacturing-3d-printing-news/smart-to-finish-amt-blast-sustainability-new-product/
- “AMT PostPro3D Technology and BLAST Process Overview – YouTube.” https://www.youtube.com/watch?v=0RewvXyhpwc&t=2s&ab_channel=AdditiveManufacturingTechnologiesLtd
- “AMT PostPro3D Machine Technology Operation Video – YouTube.” https://www.youtube.com/watch?v=URuPZ80JEPA&ab_channel=AdditiveManufacturingTechnologiesLtd
- “Whitepapers & Case Studies.” https://amtechnologies.com/resources/
- “AMT在Formnext 2021上推出下一代PostPro表面處理化學蒸汽平滑系統 – 3D 打印行業.” https://3dprintingindustry.com/news/amt-launches-next-gen-postpro-surface-finishing-chemical-vapor-smoothing-systems-at-formnext-2021-199668/
- “Depowdering.” https://amtechnologies.com/depowdering/