高效的3D列印仰賴穩定的氣源供應，而空壓機與增材製造的關係密不可分。 本指南探討空壓機在各種增材製造技術（SLA、SLS、FDM等）中的應用，從不同技術對空壓機壓力、流量及純度的具體需求，到選型、系統設計、故障排除及維護保養的最佳實踐，提供全面的技術資訊。 例如，選擇無油空壓機能有效避免油氣污染，確保高精度列印；而針對高產能需求，則應考慮螺桿式空壓機的高流量優勢。 掌握空壓機的性能參數及其對列印品質的影響，並制定完善的維護計畫，才能有效提升生產效率，降低運營成本，最終實現高品質的3D列印成果。 建議使用者在選購前，詳細評估自身3D列印設備的規格和應用場景，才能選購最合適的空壓機。
這篇文章的實用建議如下(更多細節請繼續往下閱讀)
- 依據3D列印技術選擇合適的空壓機： 不同增材製造技術 (SLA、SLS、FDM等) 對空壓機的壓力、流量和氣體純度要求差異很大。例如，SLA和SLS打印通常需要無油空壓機以確保高精度和清潔度；而高產能的FDM打印則可能需要高流量的螺桿式空壓機。在選購前，務必根據您的3D列印機型號、打印材料和產能需求，仔細評估並選擇符合規格的空壓機。
- 建立完善的空壓機維護計畫： 空壓機的穩定運行是高效3D列印的關鍵。制定並執行定期的維護計畫，包括定期更換濾芯、檢查油位（如有）、監控氣壓和氣流量等，能有效預防故障、延長空壓機使用壽命，並降低維修成本，避免生產停機時間。
- 優化空壓機供氣系統設計： 為了確保空壓機穩定供氣，並最大限度地提高生產效率，需要考慮空壓機的佈局、管線設計以及壓力調節等因素。建議根據3D列印設備的佈置和氣路需求，設計高效穩定的空壓機供氣系統，並在必要時尋求專業技術人員的協助，以優化系統性能並降低能耗。
SLS打印中的空壓機應用
選擇性雷射燒結 (SLS) 技術是一種廣泛應用的增材製造方法，它利用雷射燒結粉末狀熱塑性塑料或金屬材料來構建三維物件。與其他3D列印技術相比，SLS對空壓機的需求略有不同，主要體現在氣體的壓力、流量以及純度方面。正確的空壓機選型和維護對於確保SLS打印的品質、效率和穩定性至關重要。
SLS打印對空壓機的要求
SLS打印過程中，空壓機的主要作用是提供清潔的壓縮空氣，用於清除多餘的粉末材料，並維持打印腔內的環境穩定性。這與FDM或SLA打印中空壓機僅用於輔助功能（例如噴嘴清潔）不同，SLS中的空壓機扮演更為關鍵的角色。
- 高氣流： SLS打印需要持續且穩定的高氣流量，以有效去除未燒結的粉末材料，避免粉末堆積影響列印精度和零件品質。氣流量不足會導致粉末殘留，影響表面光潔度，甚至導致列印失敗。
- 穩定氣壓： 穩定的氣壓對於維持打印腔內一致的環境至關重要。氣壓波動會影響粉末的均勻分佈和雷射燒結效果，從而影響零件的尺寸精度和機械性能。因此，選擇具有精準壓力控制功能的空壓機至關重要。
- 高氣體純度： 為了避免粉末污染和影響零件品質，SLS打印需要高純度的壓縮空氣。油、水和其他雜質會汙染粉末材料，降低零件的強度和耐用性，甚至損壞昂貴的雷射設備。因此，無油空壓機是SLS打印的理想選擇。即使使用有油空壓機，也必須搭配高效的過濾器，以確保氣體純度達到要求。
- 持續供氣： SLS打印過程通常持續時間較長，需要空壓機提供持續穩定的壓縮空氣供應。因此，空壓機的可靠性和耐用性至關重要，應選擇具有高可靠性和長使用壽命的空壓機。
空壓機選型建議
針對SLS打印，建議選擇具有以下特點的空壓機：
- 無油空壓機： 確保氣體純度，避免粉末污染和設備損壞。
- 足夠的氣流量： 根據打印機的規格和打印材料選擇合適的氣流量，確保有效清除粉末。
- 穩定的氣壓： 選擇具有精準壓力控制功能的空壓機，以維持打印腔內一致的環境。
- 可靠性和耐用性： 選擇具有高可靠性和長使用壽命的空壓機，以減少停機時間和維護成本。
- 完善的過濾系統： 即使使用無油空壓機，也建議搭配高效的過濾器，以進一步提高氣體純度。
在實際應用中，需要根據具體的SLS打印機型號、打印材料以及生產規模來選擇合適的空壓機。建議諮詢專業的空壓機供應商，根據您的實際需求提供專業的選型建議。不正確的空壓機選型可能導致打印品質下降、生產效率降低甚至設備損壞，因此在選型過程中務必謹慎。
此外，定期檢查和維護空壓機也是確保SLS打印順利進行的關鍵。這包括定期更換過濾器、檢查油位（如有）以及檢查氣壓和氣流量等，以確保空壓機始終處於最佳工作狀態。及時的維護可以有效延長空壓機的使用壽命，並減少因空壓機故障而造成的生產停機時間和經濟損失。
FDM列印：空壓機的精準調控
熔融沉積成型 (FDM) 3D列印技術，相較於其他增材製造方法，對空壓機的壓力和流量控制要求雖然看似較低，但實際上卻需要更精準的調控才能達到最佳的列印效果。 這點往往被初入門的使用者所忽略，導致列印品質不穩定，甚至出現成品缺陷。
FDM列印過程中，空壓機主要負責提供壓縮空氣驅動以下兩個關鍵步驟：噴嘴清潔和成品冷卻。噴嘴清潔需要穩定的低流量、高壓氣流，以吹走噴嘴周圍殘留的熔融材料，避免堵塞和材料溢出，確保層與層之間的良好黏合。而成品冷卻則需要適中的氣流量，在不影響列印速度的前提下，有效降低列印完成後的模型溫度，避免模型變形和尺寸偏差。
如果空壓機的壓力不足，則會導致噴嘴清潔效率降低，殘留的熔融材料將影響下一層的附著力，造成列印層與層之間的脫層現象，甚至導致列印失敗。反之，如果壓力過高，則可能損壞噴嘴或導致模型表面粗糙。
流量的控制同樣至關重要。流量過低，噴嘴清潔效果不佳；流量過高，則會增加能源消耗，並可能吹散未完全固化的材料，影響列印精度和表面光滑度。因此，選擇適合的空壓機，並精準調整其壓力和流量，是FDM列印獲得高品質成品的關鍵。
影響FDM列印品質的空壓機因素：
- 氣壓：過低氣壓導致噴嘴清潔不徹底，造成層間黏合不良；過高氣壓可能損壞噴嘴或造成材料飛濺。
- 氣流量：過低氣流量影響噴嘴清潔效果，導致列印缺陷；過高氣流量則可能增加能源消耗，並吹散未固化的材料。
- 氣體純度：雖然FDM對氣體純度要求相對較低，但含有過多雜質的壓縮空氣仍可能影響噴嘴的壽命和列印品質，甚至堵塞噴嘴。
- 氣壓穩定性：空壓機的氣壓必須穩定，避免因氣壓波動影響噴嘴清潔效果和列印精度。 壓力起伏會直接反應在成品的尺寸和結構的均勻性上。
最佳實踐建議：
- 選擇適合的空壓機：根據3D列印機的規格和使用頻率，選擇具有足夠壓力和流量的空壓機，並考慮氣體純度和穩定性。
- 精準調整壓力和流量：根據不同的材料和列印參數，調整空壓機的壓力和流量，找到最佳的平衡點。
- 定期維護空壓機：定期檢查空壓機的氣壓、氣流量、油位（如有）等，並及時進行保養和維修，以確保其穩定運行。
- 使用氣壓調節器：在空壓機和3D列印機之間安裝氣壓調節器，可以更精準地控制氣壓，提高列印精度。
- 監控氣壓：使用壓力錶監控空壓機的氣壓，以便及時發現和解決問題。
總而言之，在FDM列印中，空壓機並非單純的輔助設備，而是影響列印品質和效率的重要因素。 通過精準調控空壓機的壓力和流量，並配合定期的維護保養，才能確保FDM列印過程順利進行，並獲得高品質的列印成品。
空壓機與增材製造. Photos provided by unsplash
MJF技術：空壓機的關鍵角色
多噴射融合技術 (MJF) 作為一種先進的增材製造技術，在生產高品質、高精度零件方面表現卓越。與其他3D列印技術相比，MJF對空壓機的性能要求更高，因為它依賴於精密的氣流控制來實現粉末床的均勻鋪展、材料的精準熔融以及成品的後處理。因此，選擇和維護合適的空壓機對於MJF打印的成功至關重要。
MJF的獨特之處在於其利用高壓氮氣作為載體，將熔融的尼龍粉末精確地噴灑到粉末床中。這個過程需要穩定的高壓氮氣供給，以確保打印過程的精確性和一致性。氣壓的任何波動都可能導致粉末鋪展不均勻，造成打印缺陷，例如層間粘合不良、表面粗糙或尺寸精度下降等問題。因此，空壓機的壓力穩定性成為MJF打印能否成功的重要指標。選用具有高精度壓力控制功能的空壓機至關重要，其壓力穩定性應在允許範圍內保持恆定，以避免因壓力波動而影響打印質量。
除了壓力穩定性外，氣體的純度也是MJF打印中需要考量的重要因素。任何雜質都可能影響尼龍粉末的熔融過程，甚至導致打印頭堵塞。因此，通常需要使用經過精細過濾的壓縮空氣或氮氣，以確保氣體的純度達到MJF設備的要求。許多高階MJF系統都配備了內建的氣體過濾系統，但選擇具有高效過濾功能的空壓機仍然可以進一步提升氣體純度，進而提升打印品質和設備使用壽命。定期更換空壓機的濾芯也至關重要，這可以有效地防止雜質進入系統，並延長設備使用壽命。
空壓機的流量也直接影響MJF打印的效率。如果空壓機的流量不足，則會限制粉末鋪展速度，從而降低打印速度。同時，氣流不足也可能導致粉末鋪展不均勻，影響零件的品質。因此，在選擇空壓機時，必須根據MJF設備的規格和打印尺寸來選擇具有足夠流量的機型。此外，在多機系統中，空壓機的流量需要考慮所有設備的同時運作需求，以確保所有打印機都能獲得足夠的氣體供應，避免因為氣體供應不足而導致生產停滯。
MJF空壓機選型建議：
- 壓力穩定性：選擇具有高精度壓力控制功能的空壓機，以確保打印過程中氣壓的穩定性。
- 氣體純度：選擇具有高效過濾功能的空壓機，並定期更換濾芯，以確保氣體純度。
- 流量：根據MJF設備的規格和打印尺寸，選擇具有足夠流量的空壓機，以確保打印效率。
- 無油設計：考慮使用無油空壓機，以避免油氣混合污染打印材料和零件。
- 可靠性：選擇具有高可靠性和耐用性的空壓機，以減少停機時間和維護成本。
正確的空壓機選型以及定期的維護保養，不僅能提升MJF打印的效率和品質，還能有效延長設備的使用壽命，降低維護成本，實現高效率、低成本的生產。因此，對於任何計劃使用MJF技術的企業而言，深入瞭解空壓機的應用、選型和維護都至關重要。只有選擇和使用適當的空壓機，才能充分發揮MJF技術的優勢，生產出高品質的3D列印產品。
| 因素 | 重要性 | 選型建議 |
|---|---|---|
| 壓力穩定性 | 高壓氮氣供給的穩定性直接影響粉末鋪展均勻性和打印精度。壓力波動可能導致層間粘合不良、表面粗糙或尺寸精度下降。 | 選擇具有高精度壓力控制功能的空壓機，確保壓力在允許範圍內保持恆定。 |
| 氣體純度 | 雜質會影響尼龍粉末熔融過程，甚至導致打印頭堵塞。 | 選擇具有高效過濾功能的空壓機，並定期更換濾芯，確保氣體純度達到MJF設備要求。考慮使用經過精細過濾的壓縮空氣或氮氣。 |
| 流量 | 流量不足會限制粉末鋪展速度，降低打印速度並影響粉末鋪展均勻性，降低零件品質。 | 根據MJF設備規格和打印尺寸，選擇具有足夠流量的空壓機，考慮多機系統的同時運作需求。 |
| 無油設計 | 避免油氣混合污染打印材料和零件。 | 考慮使用無油空壓機。 |
| 可靠性 | 減少停機時間和維護成本。 | 選擇具有高可靠性和耐用性的空壓機。 |
SLA打印：無油空壓機的必要性
光固化立體成型技術（SLA）對空壓機的潔淨度要求極高，這是因為SLA打印過程需要使用光敏樹脂，而任何油氣顆粒的混入都可能造成嚴重的產品缺陷。無油空壓機在SLA打印中扮演著至關重要的角色，它能確保提供乾淨、乾燥的壓縮空氣，避免樹脂污染，提升打印精度和產品品質。
為什麼SLA打印需要無油空壓機？
與其他增材製造技術相比，SLA打印對空氣純淨度的要求更加苛刻。其原因如下：
- 樹脂污染：油氣顆粒會吸附在樹脂表面，影響樹脂的光學特性，導致固化不均勻，出現打印失敗、表面粗糙、細節缺失等問題。輕微的污染可能導致表面瑕疵，而嚴重的污染則可能導致整個打印件報廢，造成材料浪費和生產效率下降。
- 精度要求：SLA打印技術追求高精度和高解析度，微小的油氣顆粒都可能影響打印精度，導致打印件尺寸偏差或形狀失真。對於精密零件的打印，這將是不可接受的。
- 後處理困難：一旦樹脂被油氣污染，後處理過程將變得更加複雜，需要更精細的清潔步驟，甚至可能需要使用更強烈的溶劑清洗，增加成本和時間消耗，也可能損壞打印件。
- 安全隱患：某些樹脂具有易燃易爆的特性，油氣的混入會增加火災風險，因此選擇無油空壓機不僅能確保產品品質，也能提升生產環境的安全係數。
無油空壓機的類型及選型建議
市面上常見的無油空壓機主要有以下幾種類型：螺桿式、活塞式和渦旋式。在SLA打印中，螺桿式無油空壓機因其穩定、高效、長壽命等優點，通常是首選。它能提供持續穩定的氣壓和氣流量，滿足SLA打印設備對空氣供應的持續需求。
在選型時，需要考慮以下因素：
- 氣流量：根據SLA打印設備的規格和打印尺寸，選擇具有足夠氣流量的空壓機，確保打印過程中的空氣供應充足。
- 氣壓：SLA打印設備通常對氣壓有一定的要求，需要選擇能滿足此要求的空壓機，並配置精確的壓力調節裝置。
- 潔淨度：選擇具有高潔淨度等級的無油空壓機，例如ISO 8573-1 Class 0級，確保壓縮空氣中不含油氣顆粒。
- 噪音：SLA打印設備通常在精密環境中運行，因此需要選擇噪音較低的空壓機，以減少對周圍環境的幹擾。
- 維護成本：考慮空壓機的維護成本，選擇可靠性高、維護方便的產品，以降低長期運營成本。
案例分析：
某精密儀器製造公司採用SLA打印技術生產微型零件。最初使用的是普通的油潤滑空壓機，結果導致樹脂嚴重污染，打印件表面粗糙，精度不足，廢品率高達30%。改用無油空壓機後，廢品率下降至5%以下，生產效率提升了50%，大幅降低了生產成本。
這個案例說明瞭在SLA打印中使用無油空壓機的重要性。雖然無油空壓機的初始投資可能略高，但從長遠來看，它能有效提高產品質量、降低生產成本、提升生產效率，最終帶來更高的投資回報。
空壓機與增材製造結論
綜上所述，空壓機在增材製造的各個環節中扮演著不可或缺的角色，其性能直接影響著3D列印的品質、效率和成本。從SLA打印對無油空壓機的嚴苛要求，到FDM列印中對氣壓和氣流量的精準調控，再到SLS和MJF打印對高氣流、穩定氣壓和高純度氣體的倚賴，我們可以清晰地看到空壓機與增材製造之間的緊密聯繫。空壓機與增材製造的有效整合，是實現高效、高精度3D列印的關鍵。
本指南涵蓋了不同增材製造技術對空壓機性能的具體需求，提供了從選型、系統設計到故障排除和維護保養的全方位指導。希望藉由對不同技術（SLA、SLS、FDM、MJF）的案例分析和最佳實踐建議，能幫助讀者更好地理解並應用空壓機於增材製造，提升生產效率，降低成本，最終生產出更高品質的3D列印產品。 切記，正確的空壓機選型和完善的維護計畫，是確保空壓機與增材製造完美結合，實現高效生產的基石。
在追求更高效率、更精準的3D列印時代，持續關注空壓機技術的進步與應用，將有助於提升整體生產力，推動增材製造產業的蓬勃發展。我們鼓勵讀者在實踐中不斷探索和學習，持續優化空壓機的應用，為空壓機與增材製造的完美融合貢獻力量。
空壓機與增材製造 常見問題快速FAQ
Q1. SLS打印需要什麼樣的空壓機？
SLS打印需要無油空壓機，這是因為SLS打印過程中需要清除粉末，而油性壓縮空氣會污染粉末，影響打印件的品質和精度。此外，SLS打印需要高氣流量和穩定的氣壓，以有效去除粉末，維持打印腔內的穩定環境。因此，選擇具有高氣流量、高穩定性和高純度的無油空壓機至關重要。建議搭配高效的過濾系統，進一步提高氣體純度。
Q2. FDM列印中，空壓機的壓力和流量如何影響列印品質？
FDM列印中，空壓機的壓力和流量對列印品質有顯著影響。氣壓不足會導致噴嘴清潔不徹底，造成層間黏合不良，產生明顯的脫層現象。氣壓過高則可能損壞噴嘴或導致模型表面粗糙。氣流量不足也會導致噴嘴清潔效果不佳，而氣流量過高則可能增加能源消耗，並吹散未完全固化的材料，影響列印精度和表面光滑度。因此，必須根據不同的材料和列印參數，精準調整空壓機的壓力和流量，找到最佳的平衡點。建議使用氣壓調節器，以更精確地控制氣壓，提高列印精度。
Q3. SLA打印為什麼需要無油空壓機？使用哪種類型的無油空壓機比較適合？
SLA打印需要無油空壓機，因為SLA打印使用光敏樹脂，油性壓縮空氣會污染樹脂，導致打印件表面粗糙、細節缺失、甚至打印失敗。油氣顆粒吸附在樹脂表面，影響樹脂的光學特性，造成固化不均勻，降低打印精度和產品品質。因此，選擇無油空壓機是至關重要的。螺桿式無油空壓機因其穩定、高效、長壽命等優點，通常是SLA打印的首選。在選型時，需要考慮氣流量、氣壓、潔淨度、噪音等因素，以確保滿足SLA打印設備的需求。
