一、 定義
Material Jetting是一種利用噴頭將液態光固化樹脂精準噴射至構建平台上，並以紫外線光逐層固化的三維列印技術。其製程原理類似於噴墨印刷機，但能在三維空間中逐層堆疊材料形成立體物件。該技術可同時噴射多種材料與顏色，具備極高解析度與優異表面品質，常用於高精度外觀模型與全彩原型製作。
圖一、材料噴射（MJ）製程示意圖[1]。
二、 原理
Material Jetting的基本原理是透過噴墨式列印頭（Inkjet Printhead）將液態光固化樹脂以微小液滴形式精準噴射到構建平台上，再以紫外線（UV）光立即固化，逐層堆疊形成三維模型。具體步驟如下：
1. 液態材料加熱與供料：
光固化樹脂儲存在加熱的墨水匣中，保持適當黏度以利噴射。
2. 液滴噴射：
列印頭根據CAD模型的切層資料，將液滴精確噴射到指定位置，通常解析度可達每英吋數百點（DPI）。
3. 紫外光固化：
每層噴射後即由UV光源照射，使樹脂瞬間聚合、固化成形。
4. 層層堆疊：
固化層作為基底，接著重複噴射與固化步驟，直到整個模型完成。
5. 支撐材料移除：
列印完成後，移除支撐結構（通常為可溶性光固化樹脂），即可得到成品。
此技術能實現多材料同時列印、顏色混合與高表面平滑度，因此常被應用於外觀展示模型與高精度原型製作。
三、 技術詳細解說
1. 核心架構與流程
(1) 供料與調溫：光固化樹脂存於加熱墨匣，使黏度落在可噴射範圍（常見約8–40 mPa·s，依機型而異）。
(2) 噴頭與走刀：採 壓電式Drop-on-Demand噴頭，按切層路徑在XY面掃描，逐行沉積微滴。
(3) UV 即時固化：每條（或每層）沉積完，立即以365–405 nm UV-LED曝光，使液滴聚合固化。
(4) 層層堆疊：Z軸抬升數十微米，再重複沉積／固化至完成。
(5) 支撐去除：依機型以水洗、高壓水刀、溶解或熱熔去除。
圖二、材料噴射（MJ）中的 X、Y、Z 三軸[1]。
2. 液滴形成的關鍵物理
(1) 噴射方式：壓電致動使墨室體積瞬時變化，經噴嘴推出液滴（典型體積十～數十皮升pL，噴嘴孔徑常見20–50 µm級）。
(2) 流變條件：材料需在工作溫度具合宜黏度、表面張力與潤濕性，避免拉絲、衛星滴與濺射。工程上常用無因次指標：
Re = ρva/μ, We = ρv²a/σ, Oh = μ/√(ρσa)，且 Z = 1/Oh 通常落在 1–10 有利穩定噴射（範圍依噴頭而異）。
(3) 滴落與鋪展：液滴著陸後受潤濕角、基材表面能與黏彈性影響，攤開形成「點」（dot）；點距與滴量決定填充重疊度與表面平滑度。
圖、PolyJet 3D 列印機制示意圖[5]。
3. UV 固化與體素控制
(1) 即時光聚合：含光引發劑的樹脂在UV照射下產生自由基，促進鏈式聚合，於毫秒～秒級完成「點」到「條／面」。
(2) 穿透與抑制：UV穿透深度受吸收係數與配方影響；氧氣抑制會使表層轉化率下降，故常以高照度、短距離、分段固化降低影響。
(3) 體素混材：多列噴頭可在單一畫素／體素層級以抖動或比例混噴實現軟硬梯度、透明度梯度與CMYK(+White/Clear)全彩。
4. 多材料與全彩機制
(1) 多墨路並列：同排或交錯配置多支噴頭，各自供應不同樹脂（剛性、彈性、透明、顏色、支撐）。
(2) 配方相容性：確保共固化相容與附著，不同硬度樹脂在介面需避免脆性界面或長期分層。
(3) 色彩管理：以ICC/設備特性曲線做色彩轉譯；透明與白墨用於控制明度、飽和與表面光澤。
5. 支撐、找平與後處理
(1) 支撐材質：
膠狀可溶：水溶或鹼溶，便於清洗複雜內腔；
蠟狀可熔：於加熱浴中熔除，表面極細緻。
(2) 層間找平：部分系統會用刮刀／滾輪輕拂，去除顆粒與微突，維持層厚一致性。
(3) 後固化：可選擇二次 UV 或熱處理以提升轉化率、穩定尺寸。拋光、透明件清漆或染色亦常見。
([1],[2])
四、 材料
1. 材料總覽
Material Jetting 使用的主要材料為液態光固化樹脂，透過 紫外線照射產生自由基聚合反應而固化。這些材料通常為 丙烯酸酯或環氧樹脂基底，根據配方可展現出不同的光學、機械與彈性特性。與SLA類似，它們都屬於光固化樹脂，但Material Jetting用料需特別考量「噴射性（Jetting Behavior）」，因此流變特性（黏度、表面張力）與光反應速率皆需精密控制。
2. 材料分類與特性
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材料類別 |
基本組成 |
特性與用途 |
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剛性樹脂 |
丙烯酸酯基光固化樹脂 |
高剛性、高尺寸精度，外觀平滑，常用於外觀模型、機殼樣品 |
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橡膠狀樹脂 |
彈性體改性丙烯酸酯 |
具橡膠質觸感，邵氏硬度可調（30A–95A），可模擬矽膠密封件或軟墊 |
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透明樹脂 |
低顏料、高透明度樹脂 |
透光率可達 85–90%，適用於光學零件、燈罩、液體模擬容器 |
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彩色樹脂 |
顏料分散光固化樹脂 |
可混噴成全彩模型（如 Mimaki、Stratasys J750 系列），適用於外觀展示與醫學模型 |
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高溫樹脂 |
含芳香族丙烯酸酯或環氧混合系統 |
具較高玻璃轉化溫度（Tg 約 80–100 °C），適合功能測試件與模具樣品 |
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生物相容性樹脂 |
經特殊配方與 ISO 10993 認證 |
可用於牙科、手術導板、假牙與醫療接觸用具（短期接觸） |
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支撐材料 |
水溶性或可熔性光固化膠體 |
用於支撐懸垂結構，後處理可水洗或熱熔去除，不影響主體表面品質 |
[1],[2]
五、 應用案例
1. 外觀原型與產品展示
(1) 材料噴射技術擅長列印極高解析度、表面光滑、可多色或半透明的模型，因此非常適用於產品開發階段的外觀驗證原型。
(2) 例如消費性電子產品、家電外殼或汽車內裝面板，都可用該技術快速製作具有最終外觀質感的樣件。
(3) 此類模型可用於市場展示、視覺評估、工程驗證或包裝設計檢查。
(4) 擁有多材料或全彩的能力，更能在單一列印件中模擬不同材質區域（例如硬塑、軟墊、透明鏡面）以縮短迭代時間。
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圖、各種驗證原型[3]。 |
2. 醫療／解剖模型與牙科應用
(1) 在醫療領域，材料噴射技術常用於製作 解剖模型、手術規劃用模型、牙科模型與導板。
(2) 例如可列印出血管、骨骼、軟組織、腫瘤等細節結構，並以真實顏色區隔，有助於醫師手術前模擬、病患溝通與教學使用。
(3) 優點包括高精度、表面光滑、可透明或著色，因此能精確反映人體構造，是傳統模具或雕刻方法難以達成的效果。
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圖、醫療解剖模型[3]。 |
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用於複雜胸壁與橫膈疝修補手術規劃的MJT 3D列印解剖模型。 |
參考文獻
[1] O. Gülcan, K. Günaydın, and A. Tamer, “The State of the Art of Material Jetting—A Critical Review,” Polymers, vol. 13, no. 16, art. 2829, Aug. 2021, doi: 10.3390/polym13162829.
[2] A. Elkaseer et al., “Material jetting for advanced applications: A state‐of‐the‐art review,” Additive Manufacturing, vol. 53, Jan. 2022, pp. 102603, doi: 10.1016/j.addma.2022.102603.
[3] “Material Jetting: A New Era in 3D Printing,” Unionfab Blog, Oct. 20 2024. [Online]. Available: https://www.unionfab.com/blog/2024/10/material-jetting. [Accessed: Oct. 30 2025].
[4] S. Chokshi, “Medical 3D Printing Using Material Jetting,” Bioengineering, vol. 12, no. 3, art. 249, 2025. [Online]. Available: https://www.mdpi.com/2306-5354/12/3/249?utm_source=chatgpt.com.
[5] A. Pugalendhi, R. Ranganathan and M. Chandrasekaran, “Effect of process parameters on mechanical properties of VeroBlue material and their optimal selection in PolyJet technology,” The International Journal of Advanced Manufacturing Technology, vol. 108, pp. 1049-1059, 2020. [Online]. Available: https://www.researchgate.net/publication/337996957_Effect_of_process_parameters_on_mechanical_properties_of_VeroBlue_material_and_their_optimal_selection_in_PolyJet_technology.