3D列印開啟新一波製造業革命

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。




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