功能性原型件製作之文獻回顧

目前商業及發展中的快速原型系統中，已有許多案例針對製作功能性之元件 進行深入研究，因其不同的原型製程技術與積層材料特性，各提出一些製作方案。

首先在液態樹脂為主的加工製程方面，Kataria 與 Rosen [5] 使用光硬化樹脂 之快速原型法建構複雜之機構，針對SLA 的各項加工特性，如支撐物設計、刮版 與嵌入物之干涉問題、雷射遮影問題、嵌入物之幾何形狀、間隙裕度及幾何公差 等問題，提出一系列之嵌入件的製程規劃方法，並建立一套多軸SLA 快速原型機 藉以拓展製作複雜功能件之領域。Kathryn 與 Kong[6] 及 Mavroidis 與 Kathryn,等 人[7]，利用光硬化樹脂快速原型製程中將機構元件置入，以達到一次(One-Step) 即完成複雜功能或具連桿機構之原型件，如圖1-4 所示為 SLA 製作之嵌入工件，

同時也針對嵌入件與光硬化樹脂件間配合公差提出一些建議。此一技術被大量運 用在機器手臂或是機器人之研發設計上。

因為 SLA 之光硬化樹脂材料限制只能製作高分子特性的原型件，大多利用嵌 入製程方法來製作功能性元件，關於製作多種材料之功能件元件，有Im 等人[8]，

嘗試將不同顏色光硬化樹脂進行積層加工中，製作具多色彩之原型件以及Im[9]等 人將其應用於多層電路版進行嵌入件製作。

圖1-4 SLA 製作之內含嵌入件原型[6,7]

關於噴嘴技術製程方面，Weiss 與Prinz [10]，利用具有加減料的SDM (Shape Deposition Manufacturing)原型技術達成製作多種材質或是具有嵌入件之原型。此 系統乃是結合擠出式RP系統再結合一具五軸加工之銑刀系統，加工方式如圖1-5所 示，首先利用擠出材質鋪層後，再利用銑削加工出複雜空孔，待嵌入件置入後，

噴頭繼續擠出材質，完成包覆之目的。此系統具有很大的靈活性與加工精度，但 在製作嵌入件時仍有幾點問題，如：擠出材料對嵌入件熱影響問題(因原料需加熱 至融溶狀態)、材料擠出包覆嵌入件時空孔氣泡產生問題與敏感性嵌入件前處理之 問題，且此系統需動用銑削加工機所以設備較為昂貴。Hatanaka 與Mark [11]即利 用此方法，將彈性元件嵌入於原形中。FDM之快速製程技術目前研究著重於多種 高分子材料之製程規劃與製作方法[12]與生醫工程之應用[13,14]，。

在粉末系統方面，Liew [15]等人利用 SLS (Selective Laser Sintering) 製程方 式，製作具雙材質之工件應用在生醫工程領域中。Hur [16]等人則嘗試以 SLS 製程 方式製作嵌入件，並將其嵌入製程做初步的規劃與探討。

圖1-5 SDM 加工製作方式[10]

關於薄片積層法方面，因材料多樣化，可製作不同材質之原型件，因此有許 多針對LOM 製程應用材料的相關研究被提出。Klosterman [17] 等人以陶瓷和複合 材料為研究對象，製作異種材質之原型件。Chi [18]等人 提出一種 Curved Layer LOM 以片狀金屬材料，來製作金屬原型，擴展了 LOM 的應用範圍。於製作上使 用二種方法，第一是採用雷射切割已包覆銅的不鏽鋼片（a Copper Clad Stainless Steel），接著用不鏽鋼線予以定位，並用重物施壓固定，放於高溫爐中進行銅焊

（Brazing）。此法因廢料早已取出，所以無廢料剝除（Decubing）的問題，但卻不 適用於倒勾之幾何，因倒勾之造型無法給予支撐，故支撐的問題仍存在其中。第 二種方法則與目前LOM 類似，先黏（Bonding）再切（Cutting），用夾具將最上層 材料固定，再施以點焊（Spot Weld）予以結合，最後利用雷射切割最上一層。此 法的缺點是不但在切割時易影響下一層且廢料剝除不易。Obikawa[19] 、Bryden[20]

等人與Lone Peak Engineering Inc.[21]公司也接續以金屬材料進行積層，利用疊層 方式再配合CNC 機具進行 2D 輪廓切削方式，製作金屬工件及模具。

其次，若利用快速原型系統直接製作多材質之功能性元件，會侷限於原型系統的