印象中的光固化3D列印機還是在實驗室裡高不可攀的「神級」數位工具機，其實在國內新創團隊的努力下，平價的光固化3D列印機已經突破重重技術難關和市場考驗成為全球領先的機種，除了大型的專業用途以外也專為科技教育需求開發非常容易入手的機種。
文／張浩威 圖／張浩威、台科三維、勁園國際
本篇將簡單介紹光固化與FDM(熔融沉積，Fused Deposition Modeling，簡稱FDM)技術之差異，以及為何目前市面上的3D列印機還是以FDM類型為大宗？而光固化機台目前遇到的瓶頸為何？
由國立台灣科技大學領軍的新創團隊所開發的T3D領先全球將3D列印機結合手機，改進目前光固化機台的缺陷並將其推廣至教育市場，使3D列印更貼近於生活，甚至一般民眾也可以輕鬆駕馭，實現自己的創作，本篇部分會以T3D做為比較的機種。
光固化與FDM的成型原理
光固化列印是利用「立體光固化成型法」（Stereo Lithography Apparatus） 簡稱SLA的一種技術，屬於積層製造的其中一種應用，透過層層疊加的方式構成立體的物體。
光聚合技術則是使用輻射固化樹酯或光聚合物為其主要材料，大多數光聚合物會對紫外光（UV）波段的輻射產生反應,但也有部分的光聚合物是可以吸收可見光，在接受輻射時這些材料將產生化學反應變成固體。
熔融沉積成型 (Fused Deposition Modeling) 簡稱為FDM則是將使用的材料加熱到一定的溫度後，形成半熔融狀態，將材料擠出在平面的架子上後迅速回復成固態。如此反覆進行堆疊作業，即可印出立體物件。此類型技術在市售機台中非常普遍，也就是熔擠製成型類的3D列印機。
常見的FDM技術與光固化技術這兩種3D列印製程都有其愛好者，但兩者又有著相當不同的性質與特色、優缺點，如表所示。
| 優點 | 缺點 |
材料擠製成型技術(ME) | 1.容易操作和維護。 2.相比其他3D列印方法，價格相對便宜。 3.容易保持環境整潔，不需使用額外化學品。 4.設備大小適合放在桌面上。 5.整個過程在機器內部進行，無需額外設備。 6.多種材料可選，具有工程特性。 | 1.表面通常有堆疊紋路。 2.列印品質會影響成品的物理性強度。 |
光聚合固化技術(VP) | 1.適合形狀複雜、表面精細的零件。 2.成品表面光滑，幾乎少有堆疊紋路。 3.可以呈現最佳細節，非常適合小型物品。 4.設備有封閉性與整體性且容易操作。 5.可以列印多種屬性的材料。 | 1.原料常有化學刺激性或刺鼻味及易燃。 2.後處理常需額外使用酒精。 3.材料具有黏性，須注意環境清潔。 4.通常需要支撐結構，後處理較費時。 5.與其他兩種技術相比，可列印體積相對較小。 6.通常成品的堅固性相較其他兩種技術較低。 7.中空設計的零件須建立讓未固化樹脂流出的小孔。 |
全球第一款的平價光固化3D列印機
相對於FDM來說，光固化過去因為造價高昂且成品強度不足所以並沒有被業界大量應用，但是近年在國內新創企業台科三維的努力下，結合台灣科技大學的領先技術率先全球開發的T3D光固化列印機，以台灣製造的品質和結合手機的便利性，開創3D列印的新時代，而且售價還比一隻平價的智慧型手機還要便宜。
以手機或平板的光源做為能量來源固化材料，利用APP來連結到線上的雲端圖庫，包含個人化3D模型建立與自動切層的功能，選擇自己想要列印的圖形並進行簡易的參數設定後，就能開始3D列印工作。
T3D顛覆傳統光固化3D列印機
在以往的光固化3D列印中，設備的外觀給人龐大笨重的印象，造成機身體積龐大的一個主要因素為光源模組，一般的投影成像設備結構較為複雜，在投射影像上也需要一段距離聚焦，使得設備所需要的空間更為龐大所需花費的金額也較高，而T3D解決光源模組的問題以手機替代了光源，一口氣省下大量的空間使機身可以做到最輕便化。以手機替代光源能夠解決以下的問題：
1. 降低光固化設備的成本：
光固化設備之所以價格昂貴，最主要原因就是技術核心的光源成像模組，T3D研發用手機取代光源成像模組的功能，使設備的總體成本降低許多，讓光固化的價格可以和FDM在同一個價格區間，讓使用者在同樣價位下多一個選擇。
2.不被電腦所限制住：
大部分光固化列印機必須跟電腦連線才能列印，而T3D則使用手機的APP取代了電腦的功能，這概念不僅替代了光源模組使機體縮小至最輕量化，也把控制列印的方法簡化，把兩個功能用一支手機解決，讓使用者能夠輕鬆入手更輕便價廉的光固化3D列印機。
3.實現行動學習的可能性：
輕巧的T3D可以隨身攜帶，讓創作不會受到空間的受限，也不會因為搬動或組裝還需要花很多時間去校正和試印，而在教學現場上，光固化的最大優勢是成型的時間比FDM短。
4.結合物聯網實現工業4.0：
全部開源的T3D可以透過聯網功能和藍芽遙控打造基礎工業4.0概念的教學模組，可以用Wi-Fi連結雲端影像處理切層服務和3D掃描建模。
如何使用APP制機台
只要到Google Play或是Apple Store搜尋「T3D」並下載安裝就可以使用APP，機台之所以能夠準確做動是依靠手機的APP發出指令，透過藍芽連結機台接收端，機台依照程式碼控制Z軸的升降，手機會播放所要成型範圍的圖片，待圖片播放完後，便完成列印。
APP提供許多智慧功能，比如可以同時列印相同或不同的物件，不會額外增加時間，也可以精準計算所需材料的份量，有效縮短製作時間和節省材料。
FDM vs 光固化材料大不同
FDM 3D列印機在教學現場最常使用的是PLA（Polylactic acid 聚乳酸）材料，PLA是一種生物降解的熱塑性塑料，來源於可再生資源，比如玉米、甜菜、木薯或甘蔗等，因此也被稱為「綠色塑料」相對其他塑料來說比較環保。
T3D自行研發的「高敏感可以件光光固化樹脂」不會有一般光固化材料的刺鼻味道，以瓶裝所保存的液體，保存條件雖不特別嚴苛，但保管上比FDM材料要多費一點心思，兩者成本相距不大。
必須「黑箱作業」的光固化3D列印
和FDM相較，光固化3D列印機從開始倒入材料開始操作就必須在暗室進行，否則會讓作業失敗，在製作過程中也必需全成蓋上遮光罩，不能像FDM可以直接觀察成型的過程。
▲在準備將材料倒入樹脂槽前也一定要記得關閉室內電燈
▲開始列印後，一定要蓋上遮光罩來遮蔽光源，以免列印失敗
令人驚艷的視覺效果
不同材料所呈現的作品質感也大不相同，FDM的成品塑膠感比較重，視覺效果上比較一致，不容易有區別。
光固化3D列印所採用的樹脂材料在固化後會呈現猶如琉璃工藝品的細緻表面與半透光的視覺效果，也可以應用列印技巧結合多種顏色，讓創意可以有更多元的高質感呈現方式。
除了在教學應用上可以讓教學內容更多元豐富以外，也非常適合設計師應用在禮品與飾品等文創商品的開發，不僅可以降低開模費用甚至可以可將完成度較高的作品直接作為商品銷售，相對於天價的琉璃作品，具相似質感的光固化3D列印作品非常具有市場潛力。
作者介紹／張浩威
畢業於國立成功大學機械工程系及國立台灣科技大學機械工程所，
研究所專攻光固化3D列印，曾協助T3D機台開發。
聯絡方式：xxx900057@gmail.com
