找商機

上圖是用EOS及Cooksongold的PRECIOUS M 080 AM系統，為Hoptroff London製造的18K金錶殼。

談到金屬零件的製造，加式、減式及混合式技術都可以符合不同的製造需求。諺語有云"客戶真正需要的是孔，而不是鑽子"，系統製造商及相關業者在持續提供讓事情得以完成的工具時，越來越倚重疊加製造(AM)技術，有時候也會結合減式（傳統）方法一起使用。

AM在工業界的接受度越來越高，Wohlers Associates的資深顧問Tim Caffrey表示，2012年到2013年，金屬AM系統的銷售增加75%，遠高於業界平均水準，他點出雖然醫療應用佔了很大部分，但航太工業也不容小覷，別忘了通用航空（GE Aviation）在2013年收購Morris Technologies，並取得EOS的直接金屬雷射燒結 (DMLS) 技術。

空中巴士(Airbus)在AM領域有相當的能見度，勞斯萊斯(Rolls Royce)及普惠公司 (Pratt & Whitney) 亦然。Aerojet Rocketdyne則從事3D列印的火箭引擎組件。

本文將回顧金屬領域長期玩家及產業新入者的發展、標準組織的活動、技術資源及這些方法背後的市場含意。

金屬AM的新聞及微差

鈦合金、鎳合金、鈷鉻合金及多種不銹鋼是AM技術最常見的材料，多年來幕後的發展讓選擇更為多元化。以下公司僅代表少數幾個金屬AM系統，雖然它們都以粉末床工作，但用不同的技術建造零件。

上圖是用Fabrisonic SonicLayer 7200系統以超音波黏合銅與鋁而得的熱管理裝置。

■2014年9月中，EOS宣佈和Cooksongold（一家製造貴金屬的英國供應商）結盟並推出PRECIOUS M 080 DMLS系統。配備100瓦纖維雷射的PRECIOUS M 080有極精細的解析度，其建造體積為直徑 80 mm及高度 95 mm（包括建造台）。目前該系統以多種金合金列印奢華手錶及珠寶，其他的材料也在規劃中。EOS稍早宣佈一種抗腐蝕級的鈦TI64ELI及高延展材料SS316L，適合用於醫療器材及錶殼。

■3D Systems也沒閒著，它在2014年收購比利時的LayerWise，因此其直接金屬AM法再添雷射燒結這個生力軍。該公司表示藉由LayerWise的收購帶入新的技術、工具及服務。3D Systems的3型ProX金屬印表機是由收購Phenix Systems直接得到的技術，目前ProX系統支援11種以上的材料，包括青銅、鋁及Inconel 718。3D Systems正在測試鉬、Inconel 625、純銅、鎢及其他不銹鋼/工具鋼。使用ProX設備的客戶，例如Metal Technology Inc. (MTI)，也在開發更多的材料，包括C-103，一種廣泛使用於航空工業的鈮基合金。

鎳基合金因為具有耐熱性及耐腐蝕性而被廣泛使用。Arcam的電子束熔融系統新增鎳基Inconel 718材料，成為繼EOS、3D Systems、Concept Laser、Renishaw及SLM Solutions之後，另一家提供此材料作為燒結/熔融用途的廠商。

■ExOne則採取完全不同的方法，以噴射黏合劑在粉末上的技術及Inconel Alloy 625材料，來製造完全緻密的AM鎳零件，製得的零件具有99%的密度。這個成就讓該公司向其單一金屬3D列印零件的目標邁進一大步。ExOne持續致力於新材料的開發，並打算每6個月認證一種新的工業材料，它也和匹茲堡大學及Magnesium Elektron Powders合作開發鎂合金及鐵基合金，作為生物醫療用途。

目標化澱積及梯度合金

另一種金屬AM技術稱為直接金屬澱積(DMD)法，也就是先將原料注入加熱的熔漿池中，再融合至現有零件上或直接在建造台上自由成型。DM3D Technology (前身為POM)及Optomec使用DMD相關系統已有至少10年的經驗；而RPM Innovations及Sciaky則為此領域的新兵；NASA Jet Propulsion Laboratory有自己相關的研究計畫。

上圖是SonicLayer 7200超音波疊加製造（UAM）系統，超音波熔接法可以在類似或不類似的金屬之間建立固態結合。

金屬AM應用至零件修復這個議題，經由美國製造(America Makes)及國家疊加製造創新機構計畫(National Additive Manufacturing Innovation Institute Program)的相關活動，得到更多人的關注，其一是Optomec將領導“美國再起”("Re-Born in the USA”) 計畫，為美國空軍修復航太金屬組件。Optomec的粉末進料DMD 技術（基於Sandia National Laboratories授權的LENS法）可以將金屬加至幾乎任何3D形狀的現有基材上，展現疊加製造較傳統熔接技術勝出的地方，另外在面對高價值航太組件的關鍵零件維護時，可以用“修復”的方式來代替“更換”。

受客戶要求維修及製造大型零件的鼓舞，RPM Innovations（因RPM & Associates的資產分拆而成立）在2009年開發出自家的工業級雷射金屬澱積設備 (LMD) ，建造室尺寸達5x5x7 呎，並有多個粉末進料斗。該公司認為自己寫傳動控制軟體是讓設備運轉24小時/7天的關鍵，其目前有3套系統在運轉，可連續工作1500小時。

另一家在DMD世界綻露頭角的公司是成立於1939年的熔接系統製造商Sciaky。該公司在2009年導入電子束疊加製造(EBAM) 系統，經由線狀原料將金屬澱積至熔漿池，Sciaky VX-110系統可以每小時7-20磅的速率成層，視零件的幾何形狀與所用的材料而定。該公司已接獲美國國防部 (DoD) 及“美國製造”的多項合約，並和洛克希德馬丁航空（Lockheed Martin Aeronautics ）及賓州大學應用研究實驗室合作。

自成一格的公司

■Fabrisonic的AM系統原來稱為超音波固結（ultrasonic consolidation），現在更名為超音波疊加製造 (UAM) ，該公司在2008年以EWI（一家俄亥俄州非營利組織）與Solidica（現在已停業，其是低溫聲基法的開發者）的合資企業成立。UAM製造物件的方式是先利用超音波結合金屬箔的薄層，再對固態物件進行精準的電腦數值控制 (CNC) 車工。該方法可以形成100%緻密的零件及支援非類似金屬的熔接，並且不會產生易碎的介金屬。該公司自2012年起每年有70%的成長，業務範圍包括零件製造及機器銷售，其最大的系統主要用來修復現有零件，可以在曲面上超音波結合材料，且已募得資金添購旋轉軸，可以進一步熔接圓柱形零件。UAM法最特殊的功能是可以在層間插入連續纖維或不銹鋼網格，建立金屬基質複合材料，此材料質輕但具有高強度，極適合航太應用。
■Matsuura Industries的LUMEX Avance-25是結合選擇性雷射燒結 (SLS) 與切削系統的混合機，操作時先以雷射燒結連續10層0.05mm厚的粉末金屬，並視需要實施研磨，最後製得的加工零件具有極佳的尺寸準確度與表面平滑度，特別適合用來降低複雜模具的製造時間。

■DMG Mori是德國製造商，最近也推出混合AM系統，其Lasertec 65結合雷射DMD與5軸研磨機，建造尺寸達23.6 x 15.7 吋，壁厚度為0.1mm至5mm。

■Hybrid Manufacturing Technologies推出AMBIT多工系統，它是一種機器人控制工具的對接系統，支援的功能包括雷射包覆、五軸切削、接觸探針精密量測、拋光、退火甚至清理，所有的動作一次設定。

■Optomec也推出名為LENS Print Engine的混合機，將雷射澱積功能加至CNC機。LENS Print Engine包括專利粉末進料斗、澱積頭、LENS製程控制、纖維雷射支援、整合工具路徑生成軟體及安全包裝。

副廠材料

當越來越多的AM系統使用非專利粉末，獨立供應商的材料開發就進展的越快。英國的Metalysis公司和Sheffield University’s Mercury Centre合作開發出製造鈦粉的新方法，比目前經常使用的多步驟且耗能的Kroll法來得便宜，它以單一電解步驟自金紅石沙（海灘沙子中存在的天然鈦礦）萃取鈦，並可將鈦粉的價格大幅降低75%。另外，該公司也在開發鉭粉。

由專業用途到個人用途

討論金屬AM新聞，如果不提到顛覆桌上型金屬印表機的新興公司，那就未盡全功。Vader Systems、matterFab及Newton3D是個人AM系統最有競爭力的業者，值得持續關注。

在大咖玩家的領域裡，AM幾乎每天都有新的發展。GE的Avio Aero部門最近為Arcam equipment開發出一種新的高能電子槍，使其可以用輕質鈦礬土來製造渦輪葉。

JPL正從事在旋轉棒上澱積金屬層的工作，並建立具有梯度金屬合金的零件。

另一件值得關注的是Stratasys是否會直接進入金屬市場，而非倚賴第三方的設備。