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3D列印開啟新一波製造業革命

8/12/2014

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3D列印開啟新一波製造業革命 2014/08/11-DIGITIMES企劃  

製造科技的不斷革新,連帶也帶動製造業的變革,3D列印技術近幾年的火紅程度,正代表著新一波的工業革命正在醞釀中。

回顧不同階段的工業革命重點,第一次工業革命的重點,是因為蒸氣機發明後,帶動紡織工業發展,自此導入大量生產的觀念,本質上是生產力的提升,關鍵在於用機器取代人力;第二次工業革命的重點則是內燃機,帶動汽車工業等製造業領域的發展,電腦及網路的發明,更帶動製造效率的提升,關鍵在於用電腦取代人工,許多作業都已電腦化。

第三次工業革命的重點,綠色能源及綠色製造,由於希望減少能源消耗,運輸需求也能儘量減少,在地製造的趨勢因此興起,客製化及個性化商品也因此興起,相關科技如3D列印也因此有更大的發展機會。

放大

3D列印技術論壇活動現場,學員與廠商交流熱絡。

3D列印會成為帶動工業革命的潮流,與美國總統歐巴馬在2013年發表的國情咨文演說,有相當大的關係。歐巴馬在演說中提出,將投資製造業以創造就業的計畫,希望透過推動先進製造創新,使美國企業更具競爭力,重振美國的製造業,並將工作帶回美國,尤其在提出「3D列印可以振興工業」的見解後,業界便開始紛紛投入3D列印的技術研發或產品製造上,媒體就開始大幅報導3D列印,也形成一股潮流。

3D列印會在這麼短的時間迅速崛起,與3D列印的專利解禁,也有著相當密切的關係。3D列印技術在1980年代即已出現,從第一代的快速原型,到模具及工具的發展,進而發展到數位製造及個人自造的產業趨勢,促成更多廠商投入,降低3D列印成本,使用的人也就愈來愈多,更因此激發出大量生產以外的商機,3D列印的產業趨勢可說已經具體成形。

但也因為投入3D列印產業的業者太多,3D列印機的價格降得太快,導致機器生產者難以獲利。處於萌芽期的3D列印,要想出正確的發展策略,才能跨越市場鴻溝,所以要掌握3D列印未來的發展趨勢,如何設計3D物件,產品是否符合市場需求,都需要加以注意。

事實上,3D列印對於工業製造最大的影響之一,就是改變產品及模具的開發流程。有了3D列印技術,包括產品打樣、可動樣品等,都可在模具開模前完成,確定產品外觀及機構動作的方式。

至於3D列印目前可以應用的領域,台灣雖然還在起步階段,放眼國際,也不是很成熟,但用到的領域已經愈來愈廣,包括醫療、交通、模具、建築、食品等,都已經有應用3D列印製作產品的案例。

尤其是在藝術或時尚領域,許多強調設計特色的展覽,如荷蘭設計週,就可看到3D列印已經成為會場的注目焦點,許多產品已經跳脫傳統製造思維及概念,如採用模組製造的方式來設計,允許消費者一起來參與設計。

3D列印技術的出現,對於設計思考的衝擊最為明顯,業者必須要從大量生產,轉變到大量客製化。因為大量生產的方式成本低,但消費者選擇有限,這樣的模式已經不能滿足現代人,但小規模的客製化,很難養活一家企業,因此企業應該要透過大量客製化,提供多樣的選擇,又能滿足大量客戶,企業與客戶必須要有更為快速且即時的雙向溝通,設法讓製造方式更有彈性,縮短生產流程,才能實現大量客製化的目標。

但3D列印依然不會取代大量製造。因為許多產品的組件,3D列印仍然無法製造,以個人電腦的組成為例,其中的電路板、鐵件,目前的3D列印技術都做不出來。此外,3D列印成品是採積層製造,無法像射出成形技術一樣,做出表面可以很光滑的商品,而帶有金屬鑲件的產品如手機,或是因為要做出輕薄短小的產品,以至於使用的材料(如玻纖材質)不適合3D列印等,可以說是積層製造技術的宿命。

此外,3D列印的成形週期時間,有時候也會太長,如用射出成形做一個塑膠件,可能只需要幾秒鐘,但如果使用3D列印,卻可能需要用到幾小時都有可能。也有人訴求用兩周的時間,就可以用3D列印技術做出義肢,但卻忽略了,以現在的技術根本不需要這麼多時間,設計師也不見得會用數位技術。

誰來做3D數位設計,誰能滿足大眾需求,才是3D列印未來的發展關鍵。後端的製造技術其實已經準備好,但誰能滿足高效的3D設計?現在缺少的不只是設計者而已,還需要立即好上手的3D設計軟體。

如何讓更多的設計師,能夠掌握3D列印技術,可能是目前3D列印推廣,必須要先突破的瓶頸。市面上雖然有許多3D列印設備,但如果無法設計出好模型,再好的3D列印設備,也是英雄無用武之地。3D列印不只是要掌握技術,更重要的是,每一個製作步驟,都要有完整的對應方案,就像一部好音響,如果沒有好的音樂媒體,就很難展現出好音響的價值。 此外,任何產品的製造,不僅需要能夠良好運作的製造設備,製作所用的材料也是息息相關。3D列印也不例外,什麼樣的材料,就會發展出什麼樣的技術。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。

如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。流動係數可說是影響3D列印品質的關鍵,材料如果流動的太快,可能會造成第一層及第二層在成型時出現誤差,自然就會影響成品品質。

以尼龍(Nylon)為例,尼龍在加熱後,黏性的下降會比較快,因此從3D列印噴嘴噴出來時,比較容易流動。尼龍系列很多,其中又以尼龍6最常使用,因其具有高熔點特性,耐熱性佳,不易加熱溶解,製作出來的成品在高溫下,材質也不易產生變化。

3D列印的材料與設備之間要好好搭配設計,要跟設備配合,整體一起銷售,產品才能走出差異化。一般而言,3D列印材料傾向選擇硬度比較軟、流動速度比較快,熔點溫度比較低,要掌握3D列印材料,就要掌握材料配方,如只要能掌握合膠或複合材料,就可以延伸更多製造領域,而添加劑更是3D列印材料發展非常重要的方向,如添增滑劑,可能會讓3D列印的成品,出現與現在很不一樣的產品,因而影響3D列印技術的走向。

雖然3D列印技術雖然還有很多瓶頸需要解決,但同時也開啟了自造者時代,讓更多設計師可以實現創意,使用者未來可以透過3D免費開源平台建立社群,集思廣益解決測試新材料、探索新製程、建立行業標準,唯有結合核心技術及核心知識雙引擎的進步動力,配合有系統的教育訓練與認證架構,培育出核心競爭力,並配合可大量複製的模式,以及市場可接受的解決方案,才能吸引產業資源投入,進而形成產業生態系統,3D列印科技的明天將會更加美好。




DIGITIMES中文網 原文網址: 3D列印開啟新一波製造業革命 http://www.digitimes.com.tw/tw/dt/n/shwnws.asp?cnlid=13&id=0000389669_C2P5VUKL7IFJQ28WWIDCS&cat=25#ixzz3A9wjOWZX
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