｜粉末靜電技術於工業製造之應用

摘要：目前應用在生產製造可直接生產零組件之積層製造技術，大多以粉體為積層原料，並以平面粉床或複合噴頭的供粉方式最為成熟，其成形品質與結構複雜度雖可達到很好的水準，但受本身積層原理的限制，不僅製造時間長，而且產品重新加工之困難度高。本研究擬提出一個不同以往之鋪粉技術，利用習知之靜電原理，透過靜電庫倫力讓工件附以粉末，經過重覆之鋪粉燒結過程，發展一個不受工件外型限制之創新積層製造方法，經實驗證實，此法相當具有可行性。

Abstract: The application of the 3D printing technique in manufacturing is largely based on fusing of powder through a laser power or a compounded nozzle. This technology produces high-quality products in terms of both shaping and complexity. However, subject to the constraints in additive manufacturing methodology, the time required in manufacturing is long and the difficulty in production is high. With the application of Coulomb's electrostatic force, this research intends to develop an innovative additive method to create fully dense materials layers by sequential sintering of the fused powder without considering any restriction on the shapes that may be fabricated. This method is demonstrated to be effective through several experiments.

關鍵詞：積層製造、靜電吸附、雷射燒結、金屬粉末

Keywords：Additive Manufacturing; Layer Manufacturing, Electrostatic Adhesion; Static Cling, Laser Sintering；Laser Melting, Metal Powder

前言
這個預言將為世界帶來第三次工業革命之技術─3D列印（3D Printer、Rapid Prototyping），其製作過程如同印表機一般，將標的物之立體圖面，以平面方式切成2D圖層後層層印製，漸次累積堆疊製造，是一種有別於傳統製造之加法工藝，2009年美國材料試驗協會（American Society for Testing and Materials, ASTM）將其正式命名為積層製造（Additive Manufacturing，簡稱AM），成立技術委員會訂定其相關標準。這項技術除了非常適合少量多樣之商品客製外，這種設計即生產之迅速反應市場需求的能力，對設計製造者而言相當具有吸引力與市場競爭力。其早期的應用多以雛型構建為主，近年來由於製造技術的大躍進，已經可以製作出相當複雜的幾何曲面與多孔洞內部結構（lattice structures）之產品，應用上也相當廣泛，舉凡民生、汽車、模具、醫材、航太、珠寶、藝術…等無不涉略（圖1）。目前市面上的機種與積層製造技術有很多種，各有不同的目標市場，材料日趨多元，大多仍以售價低於5000美元之個人化（桌上型）小型機型為最多（2012年售出35000多台），專業機種銷售量也逐年提升，在去年售出約8000台左右，平均售價約75000美元。全球投入在3D列印服務的營收，除了2009年受金融風暴影響外，平均年成長率均超過15 %以上，這三年來更以接近30 %的速度加速成長，市調預估3D列印產值在2015年將到達37億美金，到2021年將上看108億美金，這炙手可熱全球看漲之勢，使得業界前仆後繼投入3D列印技術的研發。