不只有FDM、SLA！七種常見3D 列印成型技術原理大集合

材料擠製成型：FDM、FFF 不只有FDM、SLA！七種常見3D列印成型技術原理大集合 0 AddMaker發佈於1年前 3D列印（3Dprinting）是一種快速成型且少量製作時可以優先考量的製作方法，只要將數位的3DCAD檔案輸入機台中，機台就會分析模型每一個獨立的橫切面，射出物料以層層堆疊的方式，將物件成型，比起傳統的開模製造，時間上更快速，對於要少量製作的人更具有成本效益。

市面上常見的3D列印技術包含，FDM（熱熔融層積）、SLA（光固化）和SLS（雷射粉末燒結）⋯⋯但其實美國材料試驗協會（ASTM）一共將技術分成七種： 材料擠製成型：FDM、FFF光固化技術：SLA、DLP粉體熔融成型技術：SLS、SLM黏著劑噴膠成型：BinderJetting材料噴塗成型：MaterialJetting疊層製造成型：LOM指向性能量沉積技術：LENS、EBM 但是，在認識3D列印前⋯⋯必須先有「支撐材」的概念。

「支撐材」是大部分3D列印時會產生的必要輔助材料。

當要製作的成品有懸空的結構時，製作過程就會需要支撐材來避免材料受地心引力影響往下掉，影響成品效果，等到最後全部製作完成後，再將支撐材去除。

至於去除支撐材的方法，也會因為所用的材料、製程和機台的差異而有所不同，有些機台在初期的時候就會先幫你分類好材料了！ 左圖白色部分為FDM的支撐材，機台雙材料列印本體與支撐材。

圖片來源：加點製造；左圖為SLA的支撐材，圖片來源：Formlabs 當然，少數技術受惠製程而不需要支撐材，以下分類時將會說明。

那麼，讓我們開始認識3D列印的製程吧！ 1.材料擠製成型：FDM、FFF 材料擠製成型技術，原文MaterialExtrusion，此分類下的技術包含熱熔推疊層積(FusedDepositionModeling，FDM)、熱熔長絲製造(FusedFilamentFabrication，FFF)。

這個製程和熱熔膠槍原理相似，機台會將塑料長絲加熱到半熔融狀態，並通過噴嘴擠出材料，依序在機台的高溫底板上堆疊，冷卻後就會形成固態成品。

材料擠製成型會有支撐材需要處理，也有機台直接將支撐材和主物件的材料分開。

FDM和FFF的技術一樣，差別在於FDM最初是S.ScottCrump發明，也是其共同創辦的Stratasys公司商標術語。

專利到期後，開源社群便開始研究開發，其中RepRap開源硬體專案將這個技術稱為FFF讓每個人都可以討論與使用。

因此談到兩者名稱的差異，FDM最初是用於工業應用和專業印刷中使用的機器，而FFF的設備則主要為業餘愛好者使用。

不過現在多數人在稱呼時都會混著使用，因為製程上沒有太大的差別。

材料擠製成型的優點是材料選擇性多，常見的材料為塑料ABS、PLA，甚至現在應用到食物上。

缺點是它製作出的成品堆疊紋路明顯，印刷品質也會影響到成品的強度，整體來說是個精密度相較其他3D列印技術較低、製作速度也較慢的工法。

但正因為技術較低，除了機台以外不需要額外設備，也是許多人入門3D列印製造的首選。

3D列印正因疫情展現快速生產優勢英國新創3D列印客製保健軟糖 2.光固化技術：SLA、DLP 光固化技術，英文名VatPhotoPolymerization。

它是一種用光照射液態樹脂，讓樹脂一層一層硬化成型的製造方式。

機台會有填滿樹脂的凹槽，而成型的列印平台也會浸泡在裡面，依照機台設計分為由上往下成型和由下往上成型兩種。

由上往下堆疊成型是當雷射從上方照射後，平台向下沈，一層一層硬化後，再全部升起。

光固化SLA的機台由上往下成型，最後再升起。

另一種由下往上是機台底部光束照射後，平台從凹槽中直接向上升起成型。

同樣是光固化SLA機台，這台桌上型就是由下往上升起成型。

而依照射方式和光來源不同，光固化又分為立體平板印刷(StereolithographyApparatus，SLA)和數位光處理(DigitalLightProcessing，DLP)兩種技術，SLA用雷射光依照機台指令描繪出圖樣；DLP則是用數位投影，一次繪製就是一整層，更可以縮短列印時間。

這樣的製造方式也造就了SLA適合一次列印多個精細物件或大型精細物件，DLP則適合列印單一個精細物件或是快速列印大型物件。

SLA用雷射光依照機台指令描繪出圖樣；DLP則是以數位投影繪製一次成型一層，圖片來源：kkroboticforum SLA由點線與DLP投影矩形像素構圖的差異。

圖片來源：kkroboticforum 成型細節有所差異，圖片來源：formlabs 因為光敏液態樹脂的關係，成型前需要在通風良好處製作，通常一次成品的強度與耐熱度都比較低，會需要二次固化才能確保成品硬度。

光固化技術因成品表面光滑細緻，適合製作高精度與複雜物件，如客製化耳機、牙科模型，使用陶瓷樹脂也可以製作成結構繁複的陶藝品。

而知名運動品牌Adidas也曾與Carbon合作使用類似DLP技術用來製作結構複雜Futurecraft4D運動鞋的中底。

左為DLP製作的牙科模型，圖片來源：Prodways ；右為Futurecraft4D運動鞋的中底，圖片來源：Carbon SLA製作的客製化耳塞，圖片來源：加點製造 3.粉體熔融成型技術：SLS、SLM 粉體熔化成型技術，英文PowderBedFusion，簡稱PBF，是一種將原料粉末平鋪在機器平台上，利用熱能來燒結粉末，讓粉末黏在一起成型的技術。

成型後的成品會被埋在粉末堆中，後續需要將粉末清除乾淨。

粉體熔化成型技術的材料可以是塑膠、金屬、陶瓷等粉末，成型方式因為埋在粉末裡，因此不需要支撐材（或極少量），透過燒結在一起，因此成品是霧面的，不太會有堆疊痕跡，適合用來製作結構複雜、細節多的物件。

技術依照時間先後有選擇性雷射燒結(SelectiveLaserSintering，SLS)、直接金屬雷射燒結技術(DirectMetalLaser-Sintering，DMLS)和選擇性雷射熔化(SelectiveLaserMelting，SLM)。

其實他們的工法都類似，實際的差異在於專利申請。

一般來說SLS不會讓材料完全融化、多用在塑料上，DMLS和SLM都是用在金屬，但是SLM的溫度高到足以將整個金屬粉末溶化成均勻的狀態，因此通常用在熔點統一的純金屬上，反之DMLS多用在合金。

SLS和SLM使用的材料不同，溫度也不同。

左圖SLS，右圖SLM，圖片來源：3DHUBS 相較前兩種技術，粉體熔化成型比較堅固，適合用來作為機械結構，在航空、汽車和醫療等領域都會運用到它。

唯一的缺點在於金屬3D列印機和金屬粉末非常昂貴，而且後續的清潔成品、粉末處理都需要費用，因此比較不那麼常見。

Mercedes-Benz的3D列印金屬零件，圖片來源：Mercedes-Benz 4.黏著劑噴膠成型：BinderJetting 黏著劑噴膠成型，英文BinderJetting，又稱3D噴塗黏結法（3DPrintingandGluing，簡稱3DPG）。

成型方式和粉體熔化成型有點像，差別在於機台的噴頭不是雷射光，而是像是列印機般，將膠水（如果是成品是彩色的話，這時候也會加入墨水）噴到粉末裡、把部分的粉末黏住，形成一層形狀後，平台再往下移動產生新粉末層，膠水再噴新粉末層，重複這個動作時，膠水會往下滲透，疊加誕生成品，過程中不需要支撐材，也可以製作較為複雜的結構。

機器噴頭將膠水噴到粉末裡，黏住形成一層形狀後，平台往下移動產生新粉末層，膠水再噴下一層並且滲透後，重複這個動作而疊加製成物件的技術。

圖片來源：3DHUBS 實際運作時的樣子！ 黏著劑噴膠成型可以用在製造全色原型、生產大型砂模製造模具以及製造低成本3D列印金屬零件等等，以石膏粉、陶瓷材料和金屬材料為主。

黏著劑噴膠成型可以製作多彩的原型，圖為倫敦設計師AdamNathanielFurman為英國廣播公司ITVident設計抽象雕塑。

圖片來源：AdamNathanielFurman 鑄造模具，圖片來源：3DHUBS 因為成品非常脆、孔隙較大，所以不會直接拿來當作機構件，若是拿來製造金屬零件，則會需要多一道燒結來加強結構。

而同樣是金屬零件，黏著劑噴膠成型與粉體熔融成型製作的零件相比，前者成本遠低於後者，只是燒結後強度仍比較低，適合用來製作一定數量、有複雜結構但強度要求不高的零件。

用高精度的黏著劑噴膠成型技術3D列印的M5螺絲，圖片來源：AMFG 美國設計工作室ObjectsandIdeograms利用碳酸鈣仿造天然珊瑚骨架，讓珊瑚得以繁殖。

圖片來源：ObjectsandIdeograms 5.材料噴塗成型：MaterialJetting 材料噴塗成型，英文MaterialJetting，製作物品的方式是一邊噴出液態的熱固性材料，一邊用紫外線光、熱能固化，比起材料擠製成型更快速製造。

需要支撐材，會在後處理時清除掉，使用的常見材料像是光固化塑膠丙烯酸、金屬、蠟等材料，而且可以在同一個零件上列印不同材料。

機器噴頭噴出液態的熱固性光敏聚合物，同時在UV光線照射下固化。

圖片來源：3DHUBS 而材料噴塗成型的技術中常見的像是：依照需求列印的DOD噴墨法（Drop-On-Demand）、超薄層堆疊的PolyJet3D和奈米等級的NPJ（NanoParticuleJetting）。

Massive3D1800超大型列印機就應用了材料噴塗技術 DOD常用於脫蠟鑄造的模具製造，機台有兩個噴頭，一個列印主結構，另一個負責支撐材，會按照路徑以點狀的方式建構物件，同時機台以抹刀快速切削，確保列印下一層前有平整的表面。

因為分別使用不同熔點的蠟材質當做材料，所以可以輕鬆去除支撐結構。

DOD噴蠟3D列印，藍色為主結構，白色為支撐材。

圖片來源：3dprinterclassifieds PolyJet3D和DOD類似，只是機台內有數個小噴嘴，可以一次快速列印一層，以超薄層將材料建構成成品。

而多噴頭的設計也可以在製程中在不同區域指定不同材料、顏色，因此可以做出複雜且多色的成品。

PolyJet3D可以做出細緻且色彩豐富的模型，圖片來源：Stratasys 最後的NPJ是XJet的專利技術，和PolyJet3D相似，只是材料又更小，以奈米大小的金屬或陶瓷粒子作為材料，超薄地噴到列印平台上，而且列印室的高溫會直接讓支撐材蒸發只留下主件。

材料噴塗成型可以印出光滑而精密的成品，而它也是最精密的3D列印成型方式，但缺點是成本較高、成品也是最脆弱的，所以通常都是拿來製作逼真、美型的物品，例如藝術品、模型，而不是當機構零件。

6.疊層製造成型：LOM 將材料放在機台平面上，透過雷切或CNC加工切出所需形狀，再新增下一層的同時以黏合劑、超聲波焊接或銅焊來黏合薄片，再反覆疊加成物件，此技術又稱分層實體製造(LaminatedObjectManufacturing，LOM)。

透過雷切或CNC加工切出所需形狀，再新增下一層的同時以黏合劑、超音波焊接或銅焊來黏合薄片，再反覆疊加成物件。

左圖來源：researchgate，右圖來源：InstitutfürKunststofftechnik 材料可以使用紙張、聚合物、陶瓷和金屬等，每種材料都使用不同的黏合方法，強度也取決層壓技術，甚至可以在分層階段的時候就將OEM組件（例如傳感器，電線等）嵌入到零件中。

左為日本KIRA機台公司用疊層製造成型生產模具，來源：KIRA，右為疊層製造成型的機構零件，來源：ImpossibleObjects 7.指向性能量沉積技術：LENS、EBM 指向性能量沉積技術，英文DirectedEnergyDeposition（DED），是一種將粉末材料融化來製作物品的製成，主要使用的材料是金屬粉末或金屬絲，因此也被稱為金屬沉積技術。

其應用常見如雷射淨型加工技術（LaserEngineeredNetShaping,LENS）、電子束熔化成型（ElectronBeamMelting,EBM）。

雷射光淨成型技術（LaserEngineeredNetShaping,LENS）是由雷射光、粉末噴嘴與惰性氣體管組成的噴嘴來成型，以雷射光融化金屬粉末的同時，惰性氣體保護，惰性氣體保護雷射光和熔體不受污染。

左圖片來源：Jaser；右圖為OPTOMEC推出的LENSCS3D列印機，機台設計有四個噴嘴。

電子束熔化成型(ElectronBeamMelting，EBM)，和前者雷射光淨成型技術相像，但是用電子光束當作熱源做焊接，比前者更有效率，而且可以在真空狀態成型。

左圖片來源：researchgate；EBM多用於航太零件，右圖片來源：Redshift 目前指向性能量沉積技術廣泛於航空運輸、國防、石油和天然氣等行業，像是飛機、難熔金屬零件、彈道材料工具修理和船舶等等。

比SLM技術或者DMLS技術更符合金屬粘合劑噴射零件可用作功能部件，並且比SLM或DMLS金屬零件更符合成本效益，不過機械性能還是相較差一些。

指向性能量沉積技術（DED）零件圖片來源：sciaky指向性能量沉積技術（DED）零件圖片來源：DMGMORI 最後小總結 簡單介紹基本3D列印的製作方式，目前因為成本考量上多數工業和系統機台廣泛使用材料擠製FDM和光聚合固化SLA，但其他製作方式仍有不同的優勢，例如當要製作大型金屬零件時，使用黏著劑噴膠成型製作模具，可以有效達到成本的控管；要製作精美藝術品時，材料噴塗成型可能是不錯的選擇。

當然，產品設計師可以針對成品的用途、使用原料、外觀效果，來選擇3D列印方式，但實際上要如何達到最佳效果與成本效益，就建議和製造端討論了！ 尋找廠商：3D列印 延伸閱讀：不再煩惱用哪種3D列印！三大方向、六張圖表：簡單選擇合適的快速成型法升級IKEA！設計師開源3D列印配件改善美中不足 FDM、SLA3D列印代工模型打樣到小量產！參訪睿坊國際RealFun超乾淨工作坊當3D列印遇上玻璃工藝：義大利設計師融合數位與傳統美學 找製造工廠討論區 加點製造為產品開發專業知識交流社群，專業問答提供開發者互助學習，也可以快速的搜尋在地的優秀設計與製造廠商。

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