｜雷射積層製造技術與生醫應用

摘要：積層製造（Additive Manufacturing，AM）技術，又稱快速成型技術，目前主要分為快速原型（Rapid Prototyping，RP）技術與快速製造（Rapid Manufacturing，RM）為近代革命性先進製造，不同於傳統減料加工法，積層製造技術緣起於1970年代，發展至今延伸出3DP、SLA、LOM、SLS、SLM與FDM...等技術，主要用以製造符合3F原則成品，形狀（Form）與設計一致、尺寸符合公差適合度（Fit）、成品達使用功能（Function）；隨著雷射光學技術與材料科學的突破，紛紛投入雷射積層製造技術研究，因成品可直接使用應用領域廣泛，又以SLS、SLM技術為重，生醫應用上2008年首次成功將人工髖關節植入人體手術，本文將介紹雷射積層製造技術之生醫材料與生醫應用實例。

關鍵詞：積層製造、快速製造、雷射燒結

Keywords：Additive Manufacturing, Rapid Manufacturing, Laser Sintering

前言
現今雷射積層製造技術大多往選擇性雷射燒結（Selective Laser Sintering，SLS）與選擇性雷射熔融（Selective Laser Melting，SLM）發展，SLM由SLS延伸發展，兩者基本原理相同，都使用雷射選擇性的照射於預先鋪層的金屬粉末上，並不斷地重複鋪粉與照射的過程，逐層堆疊製成所需形狀的零件，最大差別在於SLM利用雷射加熱使粉末達到熔點，將粉末完全熔化，產生近乎100%的緻密度。

雷射積層製造技術始於Pierre Ciraud（法國）在1971年所提出3D Laser Cladding技術為最早的概念專利[DE2263777]，其次Ross Housholder（美國）在1979年提出Laser Sintering裝置與製程專利[US4247508]，將技術代領進入粉體（Powder-Based）積層製造，直到1986年德州大學研究生Carl Deckard（美國）提出SLS裝置與製程專利[US4863538]，才將雷射積層製造發展成商業使用，1992年DTM公司（美國）推出首台商用機台SinterStation。

1995年德國教育與研究部（BMBF）提供研究專案No.13N6745[1]，資助弗勞恩霍夫應用研究促進協會（Fraunhofer-Gesellschaft，PhG）、EOS與F&S等公司，成功開發用雷射加熱金屬粉末熔融成形技術，1996年Fraunhofer-Gesellschaft研究人員Wilhelm Meiners（德國）提出SLM製程專利[DE19649865]，2008年Fraunhofer-Gesellschaft運用本技術所製造之多孔性鈦金屬植體（Implant），首次於聖若望醫院成功進行人工髖關節植入手術，其它計畫成員EOS與F&S也相繼發展出商用機台。

雷射積層製造的優勢為可達成傳統加工無法製作之複雜形狀，由2011 Wohlers Report資料得知[2]，AM製造技術應用於醫療/牙科領域約佔15.9%，如圖1所示，包含骨板、頭骨植體、人工牙根、牙冠、人工關節與手術輔具等客製化應用，其中以金屬之研究與應用為最大宗。