即使现今积层制造技术已从最初的塑胶桌上型制造系统逐渐普及，推动了新创团队概念实现商品化，但至今尚未真正实现大规模落实与普及。反而可??先由传产制程的模具、关键元件开始，推动制造业逐步转型。

由於制造技术从最初的塑胶打样演进为金属直接成型，引领了新一波积层制造工业材料与应用的发展。根据最新《Global Additive Manufacturing Market》市场报告预测，积层制造产品和服务市场的价值，将在2027年达到440亿美元以上，年成长21%。

其中生产金属元件的工法，包括先利用塑胶积层制造後，再经过翻铸或脱膜制造；也有采用黏着剂喷涂成型技术，使之黏合耐火砂粉末来制造金属元件等。但类似这些间接烧结方式，难免会产生收缩变形，而难以制造复杂的元件，限制了应用的可能性。於工研院南分院的金属积层制造试量产工厂，则不仅能协助产业新创产品，还可提供试量产及研发服务。

图一 : 随着材料、成本符合产品要求，预估积层制造「功能性零组件」应用市场，将比「原型品」市场成长更快速、应用产业广泛（摄影：陈念舜）

积层制造异型水路 协助模具加工业升级加值

举传产塑胶射出成型模具应用为例，因为产品原始设计的复杂形貌或较薄处，常让传统直钻式水路无法沿着形貌，贴近模仁表面建立水路，导致散热与吸热不均。过大的公母模温差，将使产品在射出过程中容易有热能残留，造成产品变形翘曲、表面纹理缺陷、尺寸精度不良，内部产生气泡或冷却时间过长等问题。

反之，透过积层制造的异形水路则有别於传统模具制作的水路大多采钻孔方式，在较深处采取隔板式/喷泉式或螺旋式设计制作，既能贴近模仁表面也不受传统圆孔形状限制，从而建立矩形或适合产品形貌的特殊水路；针对热点处制作散热效率更高的异型水路，藉此提高冷却效率并减少产品缺陷。解决传统水路到达不了的区块，也可更大范围的包覆产品面，更快速将热能带走。

已有台湾从事塑胶成型加工业者，使用的塑胶材料种类达到1,300种，其中包含聚乙烯（PE）、聚丙烯（PP）、改性聚苯??（PPE）等热塑性、热固性、强化塑胶的多种类别材料；制造的产品种类达2500种，对应的成型法包括双色成型、嵌件成型、精密成型（成型精度0.02mm）等。

涵括从金属模具的设计、制造，到产品成型的整套流程中，该公司约有70%金属模具都是由机械加工制造完成，其他30%则是用积层制造完成。先在机台的加工槽台上铺洒一层厚度0.05mm的SUS金属粉末，再经过雷射光热融後凝固成型、针对模具高速切削，重覆执行此流程而完成对较厚成型物的高精度加工。在良好的设计验证之下，将有效缩短成型冷却周期和改善翘曲变形等问题，未来将会逐步增加比例，也减少制造所需人力。

但要进行金属积层制造时，常会碰到两个问题，首先因为尺寸较大，若水路设计效果不隹，未达到预期效益，将耗费巨大成本与时间；其次，在正式加工前，必须掌握足够的加工经验，理解金属龟裂的原因和条件，以避免积层制造加工失败。

为抑制金属积层制造机中，必然会产生的残留应力导致成型物收缩，并出现弯曲或变形的情况。使用者还可自行选择是否搭载Sodick独有「SRT工法」，即应用了淬火处理的技术，通过对收缩处进行加热膨胀的方式相互抵消，从而抑制变形产生。不但可以针对更大型的金属模具实现积层制造，还能将变形量控制在传统工法的1/10，防止产生因此导致开裂。

用户现在还能在机台上装配MRS（Material Recovery System：金属粉末材料的自动排出和供给装置），以实现金属粉末供给以及成型後回收工作的自动化。加上该公司的金属模具制造已完全实现数位化，目前全部都是根据客户提供产品的3D CAD图档来进行金属模具设计建模，并透过如Moldex 3D等CAE软体分析成型品的树脂流动情况。

接着分别利用CAM制作加工资料後，转换为NC code进行CNC机械加工；或是转换为STL资料，将数位资料整合後制造金属模具。并运用3D影像扫描器对成型後的产品进行扫描，与客户的产品资料进行对照，若存在差异则马上进行修正。此针对金属模具制造的数位资料化作业，不仅能加快设计与制造的速度，还可确保成型产品的品质；对於工件和特殊产品成型後的检查也非常精细入微，在向客户交货时一定会附带测量报告。

图二 : 使用者还可自行选择是否搭载Sodick独有「SRT工法」，抑制金属积层制造机中，必然会产生的残留应力导致成型物收缩，并出现弯曲或变形的情况。（source：sodick.co.jp）

涵括材料供应链 掌握微量产及回收能力

此外，随着材料、成本符合产品要求，积层制造功能性零组件（Functional Part Manufacturing）应用市场较预估将比原型品（Prototyping）市场成长更快速、应用产业广泛，市场占比及年复合成长率最高，预期以积层制造（加法）与减法搭配整合应用，将成为主流制造技术之一。

依MarketMarkets调查资料显示，目前已有越来越多产业开始使用积层制造最终用途的功能性零组件。主要用於中小规模产量的产品制造应用，尤其是对於特殊结构设计的产品，积层制造将会比传统制造更具优势。

例如传统的印刷电路板（PCB）几??都呈现平面，但是在新加坡国立大学的一个研究小组，利用一种名为「CHARM3D」技术，能将电路印刷通过3D垂直而非平面的方式堆叠起来元件，使得电子产品占用面积要小得多，装置可更精巧、时尚。

研究人员注意到的最大应用可能是医疗保健，未来只要穿着带有此积层制造感测器的智慧衣服，就可以在不接触皮肤的情况下监测使用者的生命体徵，还能带来更精确的医学成像。该团队已经利用这项技术制造出了可穿戴的无电池温度感测器、无线监测生命体徵的天线及用於操纵电磁波的超材料。

此对於现今直接墨水写入（DIW）等方法也是一项重大挑战，所使用的特殊复合墨水需要辅助材料，而且旒度高、速度慢。CHARM3D则巧妙利用一种由??、铋和锡制成的菲尔德金属合金的材料特性，约62℃熔点非常低、流动顺畅，还能快速自凝固，有助於CHARM3D堆叠制成超光滑、均匀的3D金属微结构，宽度大约只有从100~300微米不等的几根头发那麽细，这些结构还包括立方体框架、垂直字母和可伸缩螺旋。

这种印刷结构不仅具备高解析度、快速列印（每秒可列印 100mm）以及建立复杂3D 形状的能力，甚至还能自我修复损伤，一旦电路被刮伤或变形，只需将之加热到超过低熔点，就会重新凝固成原来的形状，这使得电路更加耐用，甚至可以回收利用，未来应用有着无限的可能性。

且随着现今已有越来越多的设计工程师，开始使用如选择性雷射烧结成型（Selective Laser Sintering, SLS）等积层制造设备，来实现更快速、经济实惠的方式生产小批量零件或原型零件打样，逐层熔化工程塑胶粉末以形成自润轴承等零件。

但因应高温环境的应用领域对积层制造自润轴承零件的需求不断增加，此由市面上标准SLS材料（例如PA12）制成的零件，通常无法承受於超过80℃温度的应用，例如汽车引擎内的轴承、工业厂房或各种空调和冷却系统，超过就会变软并失去尺寸稳定性。

德商igus也为此，推出首款真正能耐高温达110。C的新型SLS积层制造材料iglidur i230，并通过DIN EN ISO 75 HDT-A/HDT-B认证实验室测试，可长时间承受110。C的应用温度。甚至可以短时间承受高达170。C极端温度而不变形。藉此让未来积层制造的工程塑胶零件能承受更高的温度；还可消除静电，保护机器和系统免受静电放电，引起火灾和爆炸的风险，且不含PTFE。

根据igus内部实验室的测试证明，iglidur i230在室温下的机械强度比PA12高出约50%，在弯曲测试中可承受94MPa的压力，承受高动态应用。依igus开发人员Paul Gomer指出：「使用者因此能在壁厚较薄的自润轴承中实现相同的零件强度，并在紧凑的安装空间中节省空间和重量。」

由於iglidur i230耐磨耗性比起PA12高出约80%，使得藉之积层制造而成的自润轴承，具有更长的使用寿命，提高了机器、系统和车辆的效率，减少了保养需求。当固体润滑剂与SLS材料融为一体，可确保低摩擦乾式运行，使用者还可以省去耗时的润滑工作。

图三 : igus推出首款真正能耐高温达110。C的新型SLS积层制造材料iglidur i230，可长时间承受110。C的应用温度而不变形。（source：igus GmbH）

另有台湾的实威国际公司引进美国Formlabs品牌旗下，最新推出的雷射积层制造机种Fuse 1，专为实现最大输出和最小浪费而设计，并利用工业级含有填充粉末与弹性粉末的高性能材料库，搭配30W雷射与高达12.5m/sec的扫描速度，可在24hrs内制造交付可承受重度使用的高精度零件。

同时建立从设计到成品方便、直观的工作流程，硬体和软体可被快速启动和运行，让SLS 变得简单易於使用，最大限度提高流程中每个步骤的效率。例如为了获得最隹零件摆放密度的高效列印套装程式，即可使用Formlabs的免费软体PreForm，输入STL/OBJ文件进行模型定位和排列零件以优化密度，减少积层制造的时间及浪费。

藉此轻松设置积层制造的机台，紧密的占地面积和能扩展模组化的生态系统，使得Fuse 1+30W适用於任何环境，透过30W雷射照射腔体内已加热至180℃粉末，逐层烧融固化後在24hrs内，实现小批量快速制造可靠零组件的目标。

进而导入基於云端的仪表板（Dashboard），以便使用者能跨多地点和机器远程监控生产状态，查看积层制造机台的可用性，管理材料、追踪作业和接收通知，最大限度减少停机时间和最大化输出。

搭配Formlabs的一体式粉末回收站Fuse Sift，与所有Fuse系列机器完全兼容，为工业品质的後处理创建了一个简单、流畅的工作流程。例如经由两者之间的模组化构建室和粉末卡匣的转换，以实现不间断的循环工作流程，从而减少停机时间。

同时利用Fuse Sift紧密的负压式封闭系统，可将粉末保留在除粉器内部，方便开放零件存取和轻松清理；整合粉末回收、储存和混合功能在单一设备自动分配与混合新旧粉末，得以减少浪费及掌控供应数量；将零件材料与二次後处理方法相结合，或使用市售的喷枪工具进一步清洁、喷砂而得到光滑表面、客制色彩和加强耐用性。

值得一提的是，基於近年来产业生态变迁要求快速量产、客制化，Formlabs透过SLS积层制造零件由粉末支撑，不仅设计自由，能直接省下一般塑胶材质制造机种所需支撑架设计；还可呈现复杂的拓朴形状，符合极致轻量化、坚固且耐冲击的特性。

图四 : 搭配Formlabs的一体式粉末回收站Fuse Sift，与所有Fuse系列机器完全兼容，为工业品质的後处理创建了一个简单、流畅的工作流程。（摄影：陈念舜）

经由任意摆放工件，轻松制造悬垂特徵、复杂的几何形状、互锁零件、内部通道等复杂设计，紧密排列以最大限度利用空间来提高产量。加上具备稳定高效的雷射粉末烧结系统、经济实惠的软/硬塑材料选择，使用TPU弹性体、尼龙（Nylon 11）及其加入碳纤（Nylon 11CF）、玻纤（Nylon 12GF）等复合材料，皆是经过验证的高品质最终用途的热塑性材料，兼顾高韧性和坚固性的机械性能，可与射出成型等传统制造方法生产的塑料媲美。

且在产品完成後，不怕在除粉过程中受损，就能立刻组装应用，节省时间、材料与人力成本，估计最快在一周内即可完成传统开模生产须耗时45~60天标准时间的作业流程；加上材料成本低廉，可快速进行小批量生产，适合微量产的粉末成型空间；大多数SLS系统都允许使用回收粉末列印，以最大限度减少浪费，符合近年来产业ESG要求。