撰文：羅夫．史密斯 Roff Smith
攝影：羅伯特．克拉克 Robert Clark

火箭引擎零件、巧克力糖偶、功能具足的複製手槍、荷蘭的運河岸房屋、設計師款太陽眼鏡、輕巧快速的兩人座汽車、划槳船、仿生耳原型、披薩――幾乎每個星期，日新月異的立體列印技術都有讓人驚異的新發展。

這聽起來像是《星艦迷航記》中才會出現的東西（星艦上的複製機可以合成任何東西），但它正逐漸成為真實。一點不假，美國國家航空暨太空總署（NASA）正在國際太空站上測試一台3D印表機，確認它是否能在長期任務中負責製造餐點、工具及替換零件。

他們還印出世界最小的鋰離子電池，寬度只有1公釐，可為醫療植入物供電。


地球上，企業正重新思考他們的長期商業計畫。法國空中巴士公司的願景是，到了2050年，一整架飛機都可以由3D列印的零件組裝而成。美國通用電氣公司（GE）則已使用3D印表機製造噴射引擎的燃料噴嘴內部組件。感興趣的還不只是大企業。

「我們很清楚3D列印技術將在未來扮演舉足輕重的角色，」荷蘭建築師事務所DUS合夥人海德薇‧赫恩斯曼表示。DUS正在阿姆斯特丹的巴克史洛特運河旁列印一棟河岸住宅。

建築師漢斯‧費爾穆倫站在阿姆斯特丹一棟運河岸房屋（上方示意圖）以3D列印的基石上（下圖）。


搭建這棟13房住宅的組塊將用一種特別研發、成分有80%為植物油的生物塑膠化合物印製。這項為期3年的計畫還會測試其他可列印的材料，例如用於浴室的大理石粉。


這台高6公尺、名為「房間製造機」的印表機將於三年內測試各種材料、設計與概念，印出牆壁、簷口飾帶以及房間。「我可以看到新時代將要來臨，到那時大家可以選擇並下載房屋設計圖，就像在iTunes上買東西一樣。只要敲幾下鍵盤，便能客製出完全符合你所想的屋型，然後再把印表機運到建地去蓋房子。」赫恩斯曼補充。

又稱「積層製造」的3D列印技術已問世約30年，最近幾年因為進展快速而引發了熱切關注及大膽的預測。不過，高度精密的商用3D印表機和家用印表機之間還是存在著巨大且可能無法跨越的性能差距。3D印表機的運作方式和桌上型印表機大同小異，但「列印」時用的不是墨水，而是塑膠、蠟、樹脂、木材、混凝土、黃金、鈦、碳纖維、巧克力――甚至是活體組織。3D印表機的噴頭將原料以液態、糊狀或粉末的形式一層一層堆疊。有些會自然硬化，而其他材料則須以熱或光來熔合。

這尊細節豐富、和真人等身的圖坦卡門王遺骸複製品，是先根據實體木乃伊的電腦斷層掃瞄圖以透明聚合物印製而成，之後再塑形上色，讓外表看來像是乾燥脫水的皮膚。


現在任何人只要有想法、有錢，都能夠投入小規模生產，只需要利用電腦輔助設計軟體繪製物件的立體圖，剩下的就交給3D列印公司。

由於從電腦鍵盤就可以更改產品規格，這項技術特別適合限量商品、原型或是一次性的成品。

也因為3D印表機是一點一滴堆疊出物件，材料只用在需要的地方，因此可製作出複雜的幾何形物品，而且通常可大幅減輕重量且無損於強度。3D印表機也能一體成型地印出形狀精密複雜的物件，以GE的鈦製燃料噴嘴尖口為例，如果按照原來的方法至少需要20個組件才能製成。

NASA用來測試可攜式維生系統的模擬太空衣，有部分組件由3D列印的模具製成。


這樣的精確性讓以前不可能製作的物品成為可能。哈佛大學研究團隊就印出了血管密布的活體組織――這是至關重要的一步，有一天可能幫助醫生以患者自身的細胞印出器官以供移植。「那是3D生物列印技術的終極目標，」領導這項研究的珍妮佛‧路易士說。「距離達成這個目標還有很多年。」

這個在紫外光下發出光芒的「支架」由哈佛大學實驗室製作，製作方式與利用生物墨水以3D列印出血管密布的活體組織的方法類似。研究人員希望這樣的努力最後能導向可列印的活體組織，並以這些組織進行藥物篩選、再生，最終是器官移植。


積層製造的速度比傳統製造方式慢得多，但這是可以改善的，哈德‧利浦森說。這位康乃爾大學教授長期參與了3D列印技術的研究。

「印表機的速度、解析度以及可選擇的列印材料種類都在提升當中，」利浦森說。

以環氧樹脂印出的一體成型椅子，是模仿人體海綿狀的骨組織而設計的。


利浦森和他的團隊曾以3D列印複製了撒謬爾‧摩斯的電報機。為了對歷史致意，他們測試這台複製品時，打出了1844年摩斯在滿心敬畏下所送出的訊息：「上帝所造何物也？」

不管3D列印的概念是否來自天啟，按下按鈕的都是人類。2013年5月，政治激進分子寇迪‧威爾森宣布他成功測試了世界第一把3D列印手槍「解放者」，躍上媒體頭條。這支口徑9.65公釐的單發手槍僅用價值約台幣1800元的塑膠製作而成。

政治激進分子寇迪‧威爾森在2013年成功試射以3D列印的口徑9.65公釐單發手槍「解放者」，一聲槍響傳遍世界，執法機關也為之震動。但這種3D列印手槍有時也會失靈（上圖）。繼威爾森之後，有其他人測試過塑膠槍的設計，還有一間公司成功以金屬印出具射擊功能的白朗寧M1911口徑11.43公釐手槍。


一開始，這個消息讓執法機關大為緊張，他們預期這種用完即丟、無從追蹤的手槍將會像學生的期末報告一樣誰都可印。但要印一支可靠耐用的手槍並不容易――也不便宜。加州一家名為「實在概念」的公司曾印製100支限量版白朗寧M1911、口徑11.43公釐的手槍，投入的印表機及設備成本超過50萬美元。

沒什麼人會因為不能印一把便宜的手槍而沮喪，但很多人會因老是印出奇形怪狀的東西而失望。「3D列印技術能做出讓人驚奇的東西，大眾看到相關報導後，以為自己在家也能做出這些東西，而且成品還會很精美，」羅利說。「不是這樣的。」

透過人臉模型，可以看到裝在一名病患臉部下的鈦板，這名病患因癌症失去了頰骨、上顎及右眼。工程師以數位掃描病患未受損的另一側臉部後，再用3D印表機印出植入物。


或許有一天，3D印表機真能讓我們想要什麼就印什麼，不過羅利所預見的是一場不同的草根革命，到那時，各種想法都將有機會成為真實並接受測試，不再只是停留在草稿紙上的想像。

人類的外太空研究因為3D列印又往前邁進一大步。昨日美國太空總署NASA對外公布一段影片，展示太空人首次嘗試在太空站使用3D印表機。NASA更表示，如果未來推行順利，太空人在宇宙探索時甚至可透過3D列印自給自足。

該台3D印表機是在上週由NASA指揮官Barry Wilmore裝置在太空站，並成功使用它來製作第一個塑膠面板。NASA表示，如果3D列印推行成功，未來太空人在長遠的太空探索時，就可以自己列印、並修復部分零件，也不必再等待從地球提供的補給品，外太空探索可以更容易，也有機會探索更遠的星球。


（圖說：NASA宣布太空人首次使用3D印表機列印成功。圖片來源：NASA）

此外，NASA太空員也嘗試測試在無重力的外太空環境下，會不會影響3D列印。第一個在外太空列印的零件將在2015年傳回地球，讓研究人員實驗地球和外太空製造的差別，NASA 3D列印計畫負責人Niki Werkheiser表示，太空員可能會隨重力測試的結果，調整3D印表機，讓印製產品的表面完整度可以更好。

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（北衛器廣字第10301025號和北衛器廣字第10305010號）

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