2014年12月29日 星期一

3D列印技術結合材料科學 打造人類的未來世界

BGR、Scientific American 和華爾街日報報導, 3D 列印商 Local Motors在 9 月美國芝加哥的國際製造科技展(International Manufacturing Technology Show),出動超大型 3D 列印機,花了 44 小時,印製出以碳纖維強化的黑色塑膠為材質,全球首見的兩人座的 3D 列印車「Strati」。車體花了 44 小時印製後,再花兩天時間,組裝用傳統方法生產的電動車引擎、座椅、輪胎、車窗等。該公司稱,Strati 可跑 120 英哩,最高時速為 40 英哩;並表示3D 列印車輛好處在於,各地區可採用最適合當地的資源打造汽車(新聞來源)。

關於3D列印機的發展, 2010年赫爾(Chuck Hull)發明的第一台商業3D列印機,正給世界上的製造業帶來顛覆性的影響力。由於材料的發展會影響3D列印技術的發展,而所謂的材料科學工程,是一門多學科領域,探討物質的性質及其在各個科學與工程領域的應用,旨在研究材料的製備或加工工藝、材料的微觀結構與材料宏觀性能三者之間的相互關係的科學。這顯示出材料工程的研發,顛覆了傳統製造業的生態,也產生了更多元的商機,有愈來愈多的專家預期這將改變消費者的體驗。我們可以透過Maney Publishing: Material Science and Engineering Collection來了解材料工程與3D列印研發技術間的相輔相成。

由於3D列印設備的噴嘴孔非常小,材料要有流動性,才能快速噴出。材料的流變可說是影響3D列印品質的關鍵,材料如果流動的不穩定,可能會造成第一層及第二層在成型時出現堆疊的誤差,自然就會影響成品品質。若要深入了解3D列印技術,並掌握應用的秘訣,列印原理與材料的關係,都需要加以熟悉。我們可以利用專業的材料工程學術期刊,如:Materials Research Innovations 《材料研究創新》(Online ISSN: 1433-075X)、Materials Technology: Advanced Performance Materials 《材料技術:高級材料》(Print ISSN: 1066-7857 Online ISSN: 1753-5557)、Materials Science and Technology 《材料科學與技術》(Print ISSN: 0267-0836 Online ISSN: 1743-2804),來檢索相關的資料。像是Manufacture and thermal deformation analysis of semicrystalline polymer polyether ether ketone by 3D printing (W. Z. Wu, P. Geng, J. Zhao, Y. Zhang, D. W. Rosen, H. B. Zhang,Materials Research Innovations Volume: 18 Issue: S5, Aug 2014, pp. S12 - S16); Extremely thin absorber solar cells based on nanostructured semiconductors (J Briscoe, S Dunn,Materials Science and Technology Volume: 27 Issue: 12, Dec 2011, pp. 1741 – 1756);Mechanical improvement of zein protein as scaffold for bone tissue engineering (H.-J. Wang, S.-J. Gong, J.-Y. Wang,Materials Science and Technology Volume: 24 Issue: 9, Sep 2008, pp. 1045 – 1052);PET polymer ablation using excimer laser for nozzle plate application (C.-T. Pan, H. Yang, M.-K. Wei, F.-Y. Chang,Materials Science and Technology Volume: 23 Issue: 8, Aug 2007, pp. 980 – 986)等文獻資料都成為探討未來3D列印技術和發展的重要資源。



Materials Research Innovations
《材料研究創新》
(Online ISSN: 1433-075X)
此刊涵蓋材料研究的所有領域,包括金屬,纖維,陶瓷,複合材料,電子材料和生物材料。刊登的論文都是涉及實驗或者理論,例如:新階段或者複合材料的合成,生產新材料或者令材料更加快速便宜環保的改良新工藝,擁有新的特性的工具及其應用,新材料的特性,用新材料製造的新器械,解釋觀察現象的相關或者新理論。
2011年影響因數:0.409,出版頻率:7/年。http://www.maney.co.uk/journals/mri
Materials Technology:
Advanced Performance Materials
《材料技術:高級材料》
(Print ISSN: 1066-7857 Online ISSN: 1753-5557)
此刊通過對全球高級材料的合成製造及應用發展方面精確簡潔的即時報導,填補了前沿科技創新與應用之間的空白。而今,更多關注的焦點被放在通過貫穿理念和細節的方法製造具有更小特質的結構性和功能性零件和在納米領域操控和定性物質結構的能力。期刊主要發表工業界、大學和國家實驗室的領先研發成果。2011年影響因數:0.591,出版頻率:6/年。
Materials Science and Technology
《材料科學與技術》
(Print ISSN: 0267-0836 Online ISSN: 1743-2804)
《材料科學與技術》是一個為期刊論文出版設立的國際論壇,這些論文涵蓋了工程材料的性質、特性和模型、加工以及製作各個方面的基礎和技術問題。該期刊尤其感興趣的領域包括:從微觀結構的工藝流程的理解和模型製作,到微觀結構控制和製作的定性、理解和製作模型,到相關工程性質的模型製作、控制和預測等的全系列研究。
2011年影響因數:0.772,出版頻率:12/年。
 

材料科學素有「工業之母」之美譽,包含了理論與應用,亦是電子、資訊、通訊、航太、機械及光電產業的基礎。3D列印技術透過與材料科學和工程的研發上的相結合應用,可以橫跨工程與科學,不僅僅可打印簡單的工業零件,其它工業成品或彩妝、服飾、工藝品等,以及食品、汽車,甚至房子都可以透過一台3D列印機「製造」出來。這正是材料科學和工程的跨領域的整合性,在高科技產業中著實扮演關鍵的角色,為人們打造出不一樣的未來世界。

【撰文 ● Nicky】



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