秒懂FDM 3D列印技術及設備挑選密技

FDM 3D列印技術

FDM（Fused Deposition Modeling，熔融擠出成型）是一種常見的3D列印技術，偶爾也會看到FFF的簡寫（Fused filament fabrication，熔融線材製造），簡單的說是將熱塑性樹脂（如PLA或ABS等塑膠材料）加熱至流體狀態，然後透過馬達將其從噴嘴中擠出，接著再逐層堆疊在列印平台上創建物體的技術。

這一過程中，擠出機的夾持齒輪由進料馬達驅動進行旋轉，推動熔化的樹脂經過喉管通過噴嘴擠出於平台上，同時列印機透過各軸的馬達將擠出機精準帶動到X軸和Y軸方向上的任意位置，當一層列印完成後，列印平台會根據設定的距離（即層厚）向下移動一層（有些機種是噴頭會向上），然後開始堆疊下一層，反覆進行直到完成。

FDM3D列印的優缺點

FDM技術具有一些明顯的優缺點，優點之一是其結構相對單純容易理解，對於機器的維修保養相對比較容易。此外，可以使用ABS、PC等高強度和耐熱性樹脂來製作模型，這使其非常適用於需要具有高強度和耐熱性的應用。然而，FDM技術也存在一些缺點，例如從噴嘴擠出會有噴嘴尺寸上的物理限制，列印小型或細節較小的物件較不容易成功，另外運動零組件多相對的使用上也較容易發生小毛病。

如上述，由於FDM結構單純，列印過程中一般也沒有太多環境要求，因此若是初入門3D列印技術建議可以考慮先從FDM形式的列印機入手，一般初階的FDM列印機幾萬塊錢即可購買到性能不錯的設備。

另外，FDM雖說構造單純，但也有工業用百萬等級FDM設備，其與消費級個人用FDM設備最大的差異在於是否有艙體加溫及控溫的功能，通常噴頭溫度、艙溫越高設備單價也越高。工業用高性能塑膠材料（PEEK、PEKK等）由於收縮或是高溫結晶的特性，列印時設備內需要加熱維持在相當高溫的環境下進行列印（想像一台需要長時間維持超過100度以上的烤爐），因此工業用的FDM跟消費級是完全不一樣的，價格差異也是非常大的。

以下根據一般使用場景及需求我們整理幾個在挑選設備時可以列入考慮的重點規格。若您剛好在考慮入手3D列印設備不妨參考看看。

挑選FDM 3D列印設備時需注意的重點規格：

• 最大列印尺寸（成形空間）
• 列印機結構
• 最高噴頭、列印平台溫度
• 艙體溫度

最大列印尺寸（成形空間）：

最大列印尺寸是指3D列印機能夠列印製作物體的最大尺寸。目前市面上常見的設備列印尺寸在15x15x15cm至30x30x30cm左右。如果規劃列印的物件都是尺寸較大的物件的話，那列印尺寸則是首要考量。小的列印範圍雖然可以透過把大物件拆解成幾個小零件列印，但拆件後組合強度會較弱，且接縫處會有銜接的痕跡，建議挑較大的列印機能一次列印為佳。但太小（小於1cm）或是細節細小（厚度小於0.4mm）的列印件可能要考慮光固化列印設備。

列印機結構：

常見的FDM 3D列印機主要分成龍門及CoreXY兩種形式。龍門結構因為構造比較簡單，價位較低的3D列印機大部分是以龍門式的為主。龍門式的特色是列印時除了噴頭會移動之外，列印平台也會沿著Y軸前後移動，因此容易出現印一半模型位移或是印到高處時因為平台移動搖晃造成模型倒塌等問題。且因結構上的問題，平台前後移動會需要很大的外殼才能罩住設備，龍門式的FDM一般都無箱體隔絕外部環境，不利於列印需要維持一定高溫的工程塑膠線材。

CoreXY結構也是一般常見的結構，列印時是擠出機沿著X軸和Y軸移動，列印平台是沿著Z軸上下移動，由於Z軸不會前後移動，CoreXY構造的設備是較容易可以設計外殼維持列印環境的穩定。箱體結構另一個優點是在列印過程中可以有效隔絕列印時產生的味道及粉塵，若是在室內使用且多數列印高溫線材則建議考慮有外殼的CoreXY結構FDM列印機。此外，CoreXY結構可以以較快的列印速度進行列印，列印速度相關請參考重要規格的第四項「列印速度」。

最高噴頭、列印平台溫度：

由於FDM 3D列印機是透過加熱熔融塑膠線後擠出，所以噴頭的溫度規格基本上決定可以列印的線材種類。

以3D列印最常見的列印線材PLA為例，可列印的溫度為190-230度，溫度範圍各家線材廠商不同但大同小異。列印平台溫度則是為了防止列印過程中由於線材從噴頭擠出後急速冷卻導致收縮造成列印件變形翹曲因此需要平台維持高溫，特別是收縮率大的工業線材，平台高溫可以讓列印件牢牢的黏在列印平台上。例如ABS、PC等材料，基本上列印過程中全程都需要維持平台高溫（100度以上）及確保外部冷空氣不會滲入列印機內影響列印品質。相對來說PLA因其特性不需要太過高溫的環境，因此列印平台溫度不需要開太高（35-60度視品牌而定）。

PLA由於其好印不翹曲的優勢，市面上有許多以PLA為基底進行配方調配的各種特殊PLA，顏色也最豐富，若您列印目的為外觀打樣或是小玩具、一般雜貨為主的話，基本上PLA應可滿足需求。

若列印件有功能需求的話（例如耐高溫、耐衝擊、高韌性等）等就需要評估高溫或是超高溫噴頭（超過350度）及高溫列印平台。

艙體溫度：

如上述，列印工程線材，如ABS、PC、Nylon等容易因為溫度差異造成翹曲變形，除列印空間需保持與外界隔絕狀態外，若列印空間內（艙體）有一定的溫度則可確保更穩定的列印品質及更強的結合強度。

但若需求是列印高性能工程塑膠，如PEEK、PEKK等這類型工程塑膠性能頂端的材料，其在列印過程中會有激烈的應力變化，則需要有很高的艙體溫度才能使其完整結晶同時避免其因強烈的收縮而導致列印失敗。

因此若列印件後續的使用環境若需要耐衝擊、耐高溫、耐化學性、阻燃性、甚至耐腐蝕、抗輻射等特殊需求則需依據所需求之物性挑選可達成目標的線材後再進行列印設備的評估挑選。

以下整理起點設計銷售服務的FDM 3D列印設備： 

Intamsys 3D列印機：https://www.kidendesign.com/

Raise3D Pro3/Pro3 Plus：Raise3D Pro3 工業型3D列印機 | 起點設計KIDEN DESIGN

Bambu Lab X1C：https://shop.kidendesign.com/products/bambu-lab-x1-carbon-combo

Bambu Lab X1E：https://shop.kidendesign.com/products/bambu-lab-x1e

Bambu Lab A1：https://shop.kidendesign.com/products/bambu-lab-a1-combo

Bambu Lab A1 mini：https://shop.kidendesign.com/products/bambu-lab-a1-mini-combo

若您是以PLA材料列印樣品或是小工具、玩具公仔為主，可以選擇圖表左半邊的Bambu lab A1系列，若是以精度、強度、或高性能塑膠材料為主則可以挑選右半邊包括Raise3D Pro3系列、Intamsys 410或HT。若是以一般公司打樣，偶爾列印工程線材則建議挑選Bambu Lab X1系列。

3D列印技術正在成為一個強大的生產手段，這項技術不僅為製造業帶來了革命性的變化，也為我們的生活和工作方式開創了新的可能性。未來，隨著技術的進一步成熟和應用領域的擴展，3D列印技術將在個人和工業領域中發揮更大的作用，為創新和生產帶來無限可能。