台灣航太積層製造產業協會

 3D 列印又稱為積層製造（Additive manufacturing），是工業未來發展的重要方向。這種技術能以更簡單、快速且節省資源的方式打造各種需要的產品，但若要真正取代現有的工業製造方法，必須克服一大難題——如何列印出金屬材料？

 而日前，耶魯大學機械工程與材料科學系（Yale University’s Mechanical Engineering and Materials Science）的謝勒爾斯教授（Jan Schroers）及其同事研發了一種能應用於 3D 列印上的金屬材料，有望解決此難題。

一般的金屬材料因為熔點常高於 900 度以上，難以使用於 3D 列印。雖然一種 3D 列印技術「粉床熔融成型法」（powder bed fusion process），能將金屬熔化後在平台上冷卻成型。不過這種技術的熱源高度集中，成型效果不佳。而且因為液態金屬的高溫，常需額外的支撐結構，以避免機台因高溫而損壞。使得這種列印方法成本昂貴、過程複雜。

研究人員認為塊狀金屬玻璃（bulk metallic glasses）特殊的物理性質能夠解決此問題。與一般金屬中整齊排列的原子結構不同，塊狀金屬玻璃屬於晶格雜亂無序的非晶態金屬（amorphous metal）。這種特性使其具有較低的液化溫度，且在加熱後會逐漸軟化，如同熱塑性塑膠（thermoplastic）的特性，同時又具有高強度、耐腐蝕的能力。因此，研究人員以鋯、鈦、銅、鎳、鈹製成塊狀金屬玻璃，作為金屬 3D 列印的原料。

接著，研究人員使用 470 度的高溫，將原料自管徑 1 mm 的擠壓管中，以 10 到 1000 牛頓的壓力從直徑 0.5 mm 的擠壓口擠出至約 400 度的不鏽鋼網，以確保至少在一天內不會結晶，再由機器人製作出所需的物體形狀。此列印方法仍在初期研究階段，仍有其他問題有待解決。謝勒爾斯教授表示：「若要將金屬玻璃列印法推廣至市場，必須要有各種不同合金組成的金屬玻璃原料供應商；且成品的強度必須更可靠才行。」但此研究已將金屬列印的製程溫度降至相對較低的操作範圍內，相信未來金屬列印能更加簡易，並有助於商業化。