改變產業規則：金屬3D列印技術現況
■馬路科技
前言
自從2014年3D列印曙光乍現的那刻起，3D列印曾被前美國總統歐巴馬形容成「第四次工業革命」引起市場沸騰，如今3D列印產業已經少了橫空出世的架式，但對產業界人士來說，3D列印的革命其實正在踏實著進行著。在這六年中，3D列印仍在探索眾多可能性，其中較少受到關注的是3D列印的材質正在不斷創造新歷史。例如塑膠材質的3D列印成品可同時富有彈性、韌性與剛性，而金屬3D列印的材質也不斷的突破歷史，其中又以合金材質的3D列印最受到用戶的期待。本文將以馬路科技所代理的3DSystems金屬3D列印技術設備為主軸，分享現今3D金屬列印所做出的各種革新貢獻。
脫胎換骨的歐洲太空總署ESA通訊衛星
太空科技集結許多先進科技，其中也包括材料科技與製造科技。歐洲太空總署ESA運用金屬3D列印所開發的通訊衛星，用於燃料分流件、燃料燃燒室與延伸噴嘴這三部分，使衛星系統的功能性更出色。首先是燃料分流件，由於飛行器使用混合燃料法取得動力，因此包括管線及孔位的布局與設計。若採過去傳統的製造方式，需要多達五個管線搭配焊接技術製作而成；而金屬3D列印採用了輕量鈦合金(Ti6Al4V)材質，加上設計上的優勢，只需一組管線即可，精簡的管線設計無須再焊接加工，安全性提昇許多。
在發動機燃燒室的設計上，以往的設計為了使發動時可承受燃燒產生的高壓，故採取較厚的金屬壁材質，如今透過金屬3D列印，以耐熱的鈦合金(Ti6Al4V)加上高密度網格設計，這使得重新設計的發動機燃燒室密度降低到了12%，減輕了重量，卻能保有先前設計所具有的安全性。
在延伸噴嘴的部分也有創新的設計進展，大體積的金屬3D列印解決方案，可根據不同需求3D列印出大型的關鍵部位，使得不同用途的衛星可以搭載不同的延伸噴嘴，達到最佳設計彈性。從歐洲太空總署ESA的合作案例來看，金屬3D列印在航太上展現諸多優勢，前景可說一片光明。
輕量化引擎排氣混合器
排氣混合器(ExhauseMixer)在引擎上運用十分廣泛，主要是用於改善排出的廢氣噪音，軍事上則可以透過不同的設計，減少熱源產生，使飛機不易被雷達偵測。在2019年EMO展會上展出的金屬3D列印的排氣混合器，造型相當另類，是不折不扣使用3D列印機製作而成，這款超大體積的列印件以ProXDMP500列印52小時製作，並使用鎳合金(Inconel718)單一材質完成。排氣混合器除用於減少飛機發動機的噪音，鎳合金不但能夠承受噴射引擎廢氣產生的高熱，低密度3D列印的結構有效降低混合器的重量，節省更多飛航所需燃料。
航太教育人才培育
人才是航太發展最重要的關鍵，然而培育航太人才投資金額龐大，不論在任何一個國家地區，只有少數專業的機構能夠負擔這樣的經費。3D列印的普及，尤其是金屬3D列印技術，使航太人才培育不再只能以電腦模擬，透過3D列印出的模型，可以從真正的實做中找到錯誤，並且研發出真正可行的技術。位於比利時布魯塞爾的創新中心(InnovationCenterinLeuven)所提供的航太教育，勇於跳脫了傳統航太教育的理論，鼓勵學生利用金屬3D列印的技術，開發出真正能夠上陣的火箭發動機噴嘴。
噴嘴的設計牽涉到了氣流分析、膨脹變形分析、壓力分析等多種先端科學領域，由於原型的開發成本十分昂貴，只有國家級研究機構才有能力負擔，學生沒有機會實際接觸到這個領域。3DSystems3D金屬列印，大幅降低火箭發動引擎噴頭原型開發成本，讓每個感興趣的團隊都有機會驗證自己的設計，有助於培育出具有實務經驗的航太人才。■
