3D列印技術正迅速改變我們的製造方式，透過層層堆疊材料，將數位設計轉化為具體的三維物體，具有高度的靈活性及效率。本書將深入探討3D列印的運作原理、基本流程及其後處理技術，包括打磨、上色與烤漆等步驟，並闡明這些工序如何提升模型的外觀與耐用性。我們將介紹各種材料的特性、適用的工具和方法，讓讀者能夠全面了解3D列印的潛力及應用，無論是工業設計、藝術創作，還是個人DIY，3D列印都能為你的創作帶來無限可能。
3D列印如何運作？
3D列印，又稱為立體列印或增材製造，是一種利用層層堆疊材料來製造三維物體的技術。其運作原理是將數位設計檔案(通常為CAD格式)轉換成物理對象，過程中不斷添加材料，最終成型為三維物品。
基本流程
- 建立3D模型:首先，需要使用電腦輔助設計(CAD)軟體創建物件的3D模型，或者從網路上下載現成的模型。這些3D模型檔案通常是.STL格式。
- 切片處理:將3D模型轉換成「切片檔案」，即將物體分成多個水平層。此過程需使用切片軟體來生成「G碼」(G-Code)，這些指令告訴3D列印機每一層應如何印製，包括層厚、印製速度及材料填充率等資訊。
- 列印過程:3D列印機根據G碼指令，逐層堆疊材料，最常見的材料有塑膠、樹脂、金屬粉末等。列印技術多樣化，例如:
- 熔融沉積成型(FDM):將熱熔塑膠材料從噴嘴擠出，再冷卻固化。適合原型製作和小型零件。
- 光固化(SLA):利用紫外線照射液態樹脂，使其固化成型，適合製作高精細度的物品。
- 選擇性雷射燒結(SLS):透過雷射加熱粉末材料，使其局部熔化結合。適用於製作耐用的工業零件。
- 後處理:列印完成後，可能需要進行打磨、上色、組裝等後續處理，以提升物品的外觀和結構完整性。
應用範圍
3D列印技術在許多領域中應用廣泛，例如工業設計、醫療設備、航太工程等。能快速製作原型，甚至直接生產終端產品，如飛機零件和醫療植入物。
3D列印怎麼打磨？
3D列印的打磨是後處理中的關鍵步驟，用來改善模型的外觀與表面質量，特別是使用熔融沉積成型(FDM)技術時，列印物會有明顯的層紋。打磨可以讓這些層痕變得平滑，為後續的上色和組裝打好基礎。
常見的打磨方法
- 砂紙打磨:這是最常見的打磨方式，通常會從較粗的砂紙(如400目)開始，逐步過渡到細砂紙(如1000目以上)，最後可達到2000目甚至更高的細度。打磨時應該循序漸進，以確保每個步驟的表面都能被均勻處理。對於不平整的區域，從低目數開始較有效。
- 使用銼刀:針對粗糙的邊緣或較難處理的細節，銼刀可以提供較大的去除力。使用銼刀後，仍需進行砂紙打磨以消除銼痕。
- 電動打磨工具:適合處理大面積或形狀複雜的列印件，可以節省時間並提高效率。但對於細節處，仍建議手工處理以避免過度打磨。
進階打磨與拋光
對於更高質量的需求，可以使用拋光液或研磨膏來提升模型的光澤度。這些材料可以幫助進一步平滑表面，特別是對於樹脂或ABS材質的模型。
後續處理
打磨完成後，可以選擇進行上色或塗層處理，如使用噴漆或保護漆來增加物件的耐用性和美觀性。
3D列印可以上色嗎？
3D列印物品可以上色，並且有多種方法來提升模型的外觀質感。列印完成後的上色屬於後處理的一部分，目的是改善物品的視覺效果和耐用性。以下是幾種常見的上色方法和步驟:
上色前的準備
在開始上色之前，應對3D列印件進行基本的處理，例如移除支撐結構、打磨表面以消除層紋和其他不規則。打磨可從較粗的砂紙(如80至120目)開始，逐步過渡到細砂紙(如1000目)，確保表面光滑。
常見的上色方法
- 噴漆:最常用的上色方式，適合大多數材料，包括PLA和ABS。噴漆前通常先塗上底漆以填平細小缺陷，底漆乾燥後再進行多層噴塗，確保均勻覆蓋。
- 手塗顏料:使用丙烯顏料或其他適用於塑膠的顏料進行手工上色。這種方法較適合小範圍或需要細緻上色的部分。
- 染色處理:對於某些材料(如尼龍)，可以通過浸泡染料來改變顏色。這種方式通常用於半透明或具有一定滲透性的材料。
- 電鍍或金屬噴鍍:讓模型具有金屬光澤或高反射性外觀，適合工業級應用。
上色的注意事項
在上色時，需確保工作環境通風良好，並佩戴護目鏡和口罩以保護自己免受化學品傷害。另外，選擇合適的塗料和工具有助於達到理想的上色效果。
3D列印可以烤漆嗎？
3D列印完成後，模型可以進行烤漆處理，以提升其外觀質感和耐用性。烤漆主要是將塗料噴塗在模型表面後，經過高溫烘烤，使漆面更為光滑、硬度更高，並具有更好的耐磨性和抗腐蝕性。
烤漆的步驟
- 前處理:在烤漆之前，必須先處理模型表面，確保沒有明顯的裂縫或瑕疵。這通常需要進行打磨和填補，以使表面平整。
- 噴塗底漆:底漆有助於提高面漆的附著力，並填補細小的表面缺陷。通常會進行多次噴塗，每次噴完需要等待乾燥。
- 面漆噴塗與烘烤:底漆乾燥後，進行面漆噴塗，再將模型放入烤箱進行高溫烘烤，使塗料固化於表面。這一步可以重複多次以達到理想的效果，並且每次噴塗後的烘烤時間和溫度需依據材料特性調整。
適用的材料
大多數常見的3D列印材料如PLA、ABS和PETG都可以進行烤漆處理，但對於不同材料需選擇合適的漆料和烘烤溫度。例如，ABS的耐熱性較高，適合進行高溫烤漆，而PLA則需控制在較低的溫度以避免變形。
總結
3D列印（立體列印或增材製造）是一種利用數位設計檔案製造三維物體的技術，透過層層堆疊材料實現物品成型。其基本流程包括建立3D模型、切片處理、依據G碼進行逐層列印，以及後續打磨、上色等處理，特別是在FDM技術下會出現層紋，須透過打磨方法改善外觀。上色是後處理的另一重要步驟，常見方法有噴漆、手塗顏料及染色，這些皆能增強模型的視覺效果和耐用性。烤漆亦是一種提升外觀和保護性的方法，適合多種常見材料，如PLA、ABS和PETG，以達到理想的最終效果。