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2020-09-22 【3D列印應用】三大重點決勝負：雷射燒結 VS.多射流熔融
【3D列印應用】三大重點決勝負：雷射燒結 VS. 多射流熔融
在常見的三種3D列印技術中，粉末列印的活動結構、一體成形以及免支撐…等特色總是帶來令人驚嘆的效果，但粉末3D列印的方式其實不只一種，材質效果也各有所長！
我們以知名大廠惠普HP的MJF技術（Multi Jet Fusion）和Sinterit的SLS技術（Selective Laser Sintering）為例，兩者都是粉末型3D列印，主要的區別則是加熱方式。
MJF可說是SLS和噴墨技術的結合，以下將針對3D列印過程、成型效果、材質特性及成本與速度做比較：
一、3D列印過程
將薄層粉末均勻平鋪於列印平台，以雷射光對列印範圍打點並直接燒結粉末；接著平台下降一層厚的高度，重複鋪粉及雷射，直到列印完成。待列印機內部冷卻後，方可剝除緊實的粉末塊體並取出成品。
平鋪第一層粉末在列印平台並加熱到接近燒結的溫度，噴墨頭從上方噴灑溶劑，非成型區則噴灑精細劑以防止邊緣燒結；接著再以紅外光照射粉末，噴灑溶劑的部分會吸收熱源熔融成型，再鋪上新的一層粉末，不斷重複直到完成3D列印，列印完成後也需要等待冷卻才能取出。
二、成型效果
這兩種3D列印成品都呈現霧面質感，其中MJF通常為黑色，因為深色溶劑可以更有效吸收熱源；SLS零件則常為白色、較容易染色處理，灰色的SLS尼龍粉末也十分常見，這類材料觸感較MJF更平滑。
MJF和SLS都是高精度的工業技術、無需支撐結構、適合一次性3D列印複雜的可動樣品，然而MJF有更好的整體外觀，因為MJF噴墨頭是以1200 DPI解析度（每單位約0.022mm）在列印處噴灑溶劑，而SLS的雷射光斑約0.3-0.4mm。
此外，MJF在非成型區域使用的精細劑有助於強化3D列印的特徵和銳利邊緣，不過MJF相比SLS技術而言更容易翹曲。
（MJF適合製作細緻結構，如齒輪邊緣尖細的凸出構造也能準確呈現。）
三、材質特性
兩種技術最常用的粉末一般為PA 12（尼龍聚合物），由於3D列印物件會因列印方向產生應力差異，MJF在各方向性的應力均勻度比SLS的表現更好；然而SLS列印機提供更多的材質選擇，例如彈性TPU、TPE、PA11…等，技術發展較早且更成熟。
惠普HP的MJF目前僅提供PA材料，而重要的工程特性如：高耐衝擊、變形…等特性尚未完全成熟發展，隨著科技日新月異，相信未來會有更多材料選擇。
四、成本及速度
以MJF大廠惠普HP為例，搭配專業的後處理設備可大幅加快冷卻速度並去除多餘粉末，且80-85％的回收粉末可重複使用，而在SLS中，舊粉混合新粉的比例需達到50％。
另外，MJF技術可在粉末未填滿的狀態下列印，而SLS設備每次列印都需將粉末空間完全填滿，而列印時間的長短取決於鋪粉層數的多寡，這是導致速度差異的主因，也因此對SLS而言，一次累積多個物件並盡量擺滿列印空間是最划算的作法。
（以圖中的支架模型為例，體積23.8 cm3、長寬高分別為101.9 x 45.0 x 18.0 mm，提供1個、10個及小量產100個的價格比較。）
下表可以看到，由於MJF專屬的後處理及冷卻簡化流程，單一物件的3D列印價格較SLS更低，然而隨著數量增加，兩種技術的價格相當趨近，因為一次性列印多個SLS零件會降低平均成本。
重點整理：
．SLS粉末燒結為雷射打點，MJF則噴塗溶劑再經紅外光照成型
．MJF和SLS兩種技術都可3D列印高精度、霧面質感、複雜可動件、無需支撐的特性
．目前SLS可用的材料多元、技術成熟，MJF速度略快、機械應力較平均
．兩種技術的少量生產成本相似，單一物件的MJF則較便宜
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參考資料