■高速3D列印研究中心 / 蘇梓豪
前言
科技發展日新月異，積層製造已然成為一種新的製造方法，能夠完成傳統機械加工無法做到的結構，積層製造的七大製程中，又以光固化成形在展現成品細微特徵方面最為突出。雖然光固化製程可達到高精細度，但前提是須經過繁瑣的後處理製程，光固化成品列印完成後，需要即時以高純度酒精或異丙醇(IPA)等相關溶劑，將表面之殘留樹脂完全去除後才可進行後固化處理。如何在量產的過程中安全且有效率的移除多餘樹脂，後固化完成後要如何改善表面粗糙度，成為了一個很重要的項目。
表面樹脂移除
SVC浸沒渦流空蝕技術
美國PostProcess Technologies公司運用自行研發的浸沒渦流空蝕技術(Submersed Vortex Cavitatio, SVC)，圖1為PostProcess公司開發之設備－DEMI，包含先後三個技術：浸沒、渦流以及空蝕。
- 浸沒
有別於市面上將成品浸泡在高濃度異丙醇溶劑內待其自然溶解；SVC技術將列印件浸泡在其自研之較低濃度化學清潔劑劑內，此清潔劑可溶解模型表面未固化樹脂，而不影響本體。
- 渦流
配合上泵浦提供的渦流，讓浸泡在清潔劑中的列印件，能夠產生旋轉運動。此技術能夠確保漂浮的零件往下沉，下沉的零件往上漂浮，使列印件不會因為其密度或幾何形狀的不同，導致浸泡程度不同，確保零件均勻地浸泡在清洗槽中。
- 空蝕
為了更進一步優化溶解樹脂的過程，使用超音波以不同的頻率和振幅在清洗劑中產生壓縮波和膨脹波。此波動能在零件表面上形成微小的氣泡。當樹脂被清洗劑溶解時，這些氣泡會攪動表層的樹脂，從而加快溶解時間，作動方式如圖2所示。圖3為零件後處理前後之比較圖，可以看出設備能在不損壞零件和支撐結構下，將多餘的樹脂清除乾淨。
改善表面粗糙度
SRF懸浮旋轉力技術
由於積層製造是以層與層的堆疊來成形，表面會產生層紋路，從而導致表面粗糙度與平滑下降。PostProcess公司所研發的懸浮旋轉力技術(Suspended Rotational Force, SRF)，是一種以振動產生圓周運動，配合相對應的清洗劑以及研磨材料，可以確保每個零件皆均勻的受力，最大化零件的安全並改善表面品質，作動方式如圖4所示。圖5為PostProcess公司開發設備－RADOR，除了SLA、CLIP等列印技術的表面處理外，同時也能夠適用於諸如FDM、PolyJet、SLS、MJF、金屬等列印產品。
合作與應用
美國Print Parts和PostProcess Technologies公司與紐約市合作，在COVID-19疫情高峰期，迅速為紐約市供應3D列印鼻咽拭子測試套件，並擴大了拭子的生產。採用PostProcess的設備以前，必須使用常見的IPA沖洗方法去除樹脂，每批拭子需要20多分鐘的時間清潔。而PostProcess的DEMI設備，透過軟體控制能夠處理多批拭子，過程只需浸泡90秒隨後快速IPA沖洗，將整體處理時間縮短了5倍，也因此夠達到每週十萬支鼻咽拭子的生產目標。圖6與圖7分別是大量生產之光固化鼻咽拭子以及其生產設備。
結語
PostProcess Technologies所研發的設備，運用物理和化學方法完成光固化樹脂的移除，以及零件表面的平滑化處理，無疑為積層製造量產提供了更大的可實現性，列印成品的後處理不再是單純由人工實現，而是可以透過機器，實現了人工處理幾乎無法達到的一致性、更加快速且有效率。此外，其使用的低濃度清洗劑，相較於傳統的高純度溶劑，更好地解決對健康、安全和環境汙染問題。
參考資料
- https://www.postprocess.com/
- https://manufactur3dmag.com/postprocess-announces-innovation-of-the-most-advanced-3d-printed-sla-resin-removal-solution/
- https://www.youtube.com/watch?v=rJqk0M0qJVQ
- https://www.lino.gr/templates/images/White-Paper-Eliminating-Manual-Surface-Finish-MJF-3D-Printing-Solutions-2020.pdf
- https://manufactur3dmag.com/manhattan-based-print-parts-collaborates-with-postprocess-on-nyc-covid-contract/
