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妙用CAD軟體 使3D列印效益淋漓盡致

8/12/2014

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妙用CAD軟體 使3D列印效益淋漓盡致 2014/04/14-高鳴矯  

在2012年,英國「經濟學人」雜誌大膽預言,隨著3D列印技術推波助瀾,可望掀起一股「自造者(Maker)」浪潮,甚至帶動人類史上第三次工業革命,為傳統製造業的生產及營運模式,造成前所未見的巨大改變。

科技部長張善政在行政院政務會談上也提出建言,有鑑於3D立體設計已成為現代設計的主流,實有必要讓學校教育體系的年輕學子,及早有機會使用3D立體列印工具,藉此激發學生對創意設計的興趣;此一建議,讓行政院長江宜樺深表認同,旋即指示教育部確認技職經費分配狀況,俾使高中職學生普及使用立體列印機。



放大

伴隨3D列印技日趨成熟,可望孕育一個個別具創意的自造者,憾動傳統製造生產產業。Makepartsfast

上述政策建言,實與「經濟學人」的第三次工業革命理論遙相呼應,堪稱具有前瞻性,畢竟放眼全球,自造者是相當火紅的趨勢,而自造者之所以崛起,與3D列印技術息息相關,由此看來,儘早讓年輕學子接觸3D立體列印機,可謂立意良善。

況且,礙於全球競爭激烈、產品毛利趨低,稱得上是台灣重要經濟支柱的資訊電子與機械產業,正處在盤旋待變的轉折點,亟需尋找新的出口,建立下一波的利基優勢;在轉型過程中,3D列印必然是十分重要的元素之一,政府有意朝此項技術紮根,怎麼看都是好事。

只不過,凡事總有一體兩面,有人叫好,當然也會有人唱衰,這個立體列印機的政策美意,也不能例外。與其說是唱衰,不如說是憂慮還更為貼切,憂慮的理由是,讓學生習著如何打造出自己的3D列印,確實是很好的修習課程,但重點應是藉由此一過程學習自造者精神,並培育創意實力,所以原始設計最為重要;一味側重於硬體,也因此而花了大把鈔票,如果學生只是從網路上搜尋下載別人的設計作品,然後透過3D列印加以輸出,恐怕會讓原本的美意應聲折損。

因此,如何讓學生培養駕馭3D CAD設計軟體的能力,恐怕比懂得操作3D立體列印機還來得重要,如同有人形容,3D CAD設計圖檔與3D列印之間的關係,就好比微軟Office之於普通印表機一般,兩者互為因果,缺一不可。

接下來的篇幅,就讓我們逐步來釐清,究竟3D列印、自造者與3D CAD軟體彼此之間,存在著何等關聯性?

3D列印加法成型 迥異傳統CNC模式

先從3D列印說起。它乃是藉由電腦數位技術,把虛擬的位元,轉換成具體的原子,算是一種累加式的流程,電腦依照已儲存的電腦輔助設計(CAD)模型,再利用「積層」(Additive)原理,將諸如如木質、塑料、玻璃、金屬或複合材料等各種不同的材質原料,一層層連續推疊固化,如同堆樂高積木般,終至製造出各式3D物件,不管是玩具、飾品、零組件、工藝品、假牙,甚至是非法的槍械武器,都曾透過此模式應運而生。

有人或許好奇,傳統以數值控制工具機(CNC)為基礎的加工技術,不也同樣可以製造3D物件,與3D列印又有何不同?最大的歧異在於,過往CNC採用的是「移除」(Subtractive)原理,通常仰賴切削或鑽孔程序,借助三軸或五軸同動的刀頭,將偌大木頭、塑膠、玻璃、金屬等材料切割出成品,以達到所需的設計。

綜上所述,傳統的製造工法,可被歸為「減法成型」,而3D列印則是「加法成型」,兩相比較,後者顯而易見的好處,即是節省材料成本。當然,除了3D印表機外,自造者亦可運用雷射切割機製作出一個個平面構件,再將它們拼裝成為3D物件,同樣也可實現加法成型的新思維。

至於自造者潮流,則與轟動一時的「長尾理論」作者Chris Anderson ,在2012年末出版的「Makers: The New Industrial Revolution」新書,有相當程度的關聯。

Chris原本擔任Wired 雜誌主編,多年前購買一套3D 印表機,儘管是屬於早期的 MakerBot Cupcakes機型,功能略顯陽春,但已足他大開眼界,也促使其決定告別媒體業職涯,轉而投入製造業,因為他堅信,有了3D 印表機後,從事製造生產業務,未必得倚靠專業工廠來執行。

影響所及,Chris在其家中建立小型的工作室,除了3D 印表機外,還一舉配置了桌上型三軸CNC鑽床、3D掃描器、CAD軟體及桌上型手壓式注射製模機,這些器具每項花費都不超過2,000美元,而且操作方式極為簡便,就如同一般噴墨印表機容易上手。

他先利用CAD軟體設計出原型,再藉由CNC鑽床與及鋁塊產製模型,繼而透過注射製模機創造出成品;他並透露,運用這般模式,一小時產出300餘件作品絕非難事,因此短短數日即可製造數以千計產品,且生產成本僅需數百美元。

綜上所述,一旦透過Chris所揭櫫的自造者生產模式,製造出成品的時程,可以從過去的數個月急縮為幾天,生產成本可從原本的數萬、甚至數十萬美元,驟降為數百美元,一來一往之間差距甚大,無怪乎其「Makers: The New Industrial Revolution」大作一出,立即讓舉世為之震撼,只因為沿襲已久的製造業運作模式,有可能在一久之間被大舉顛覆!

如同書中描述,一個名為Local Motors的社群,一批同好靠著自造者精神的實踐,利用現有的零件,用很短的時間即拼裝出讓人驚艷的Rally Fighter跑車。此外,近年來備受矚目的電動車廠商Tesla,也算是自造者精神的實踐者,其所生產的每一項零件,都可隨時被重新設定,無論車門內的飾板的色澤,乃至電池模組內的電池配置數量,都可說變就變,變了之後還能透過室內試車過程立即檢驗,倘若發生問題,即能隨即解決。

更令人津津樂道的例子,當非Peddle Watch莫屬;這家原本名不見經傳的小公司,依循自造者模式快速實現創意,產製出一支支與iPhone或Android搭配的手錶,後續市場反應之熱烈程度,遠比大廠Sony所生產Smartwatch,還要高出一大截。

善用CAD軟體 堪稱3D列印基本功

看完前述內容,讀者們理應不難領略,所謂的3D列印、自造者等趨勢浪潮,在在足以突破傳統,發揮「小蝦米戰勝大鯨魚」奇效,無怪乎能在短時間掀起陣陣旋風。

若暫且拋開個人、小型工作坊格局,這股趨勢,對於台灣為數龐大的中小型製造商,又將帶來何等啟發?

事實上,許多中小型製造商,並不缺創意巧思,但往往難以將之付諸實踐,轉化為憾動市場的優質產品,主要的癥結,便在於傳統模式下的建模成本過於高昂,如同Chris在書中所言,當製造商完成設計圖檔後,必須送交專家製成模型,接著再交由注射製模工廠製作成品,此一過程起碼得耗時至少兩個月,成本高於1萬美元,不管在於時間或金 錢,對於中小型製造商不啻是巨大負荷。

然而借助3D列印技術,再搭配利用設計模擬軟體的擬真功能,即可巧妙繞過層層路徑,憑藉低廉的成本、迅捷的速度,讓創新獲得具體實踐,從而使營運績效,獲致突破性發展。

但不要忘了,3D印表機讀取的設計圖檔,不論是藉由CAD軟體直接繪製,抑或利用3D掃描器將物件掃描成數位檔案,然後再利用CAD軟體編輯修圖,都脫離不開CAD應用;也就是說,自造者或中小型製造商,必須透過3D CAD軟體進行產品建模,產生具有參數的3D CAD圖檔,接著轉換為STL格式,才能輸入至3D印表機進行列印。

可以想見,輸入3D印表機的3D CAD圖檔,擁有的參數愈準確,成品的精度才會愈高,顯見CAD軟體確實重要性。因此,不管是自造者或製造商,意欲成為第三次工業革命浪潮下的贏家,在為3D印表機硬體怦然心動之餘,亦需紮穩馬步,先學會如何善用CAD軟體,強化3D設計的基本功。


DIGITIMES中文網 原文網址: 妙用CAD軟體 使3D列印效益淋漓盡致 http://www.digitimes.com.tw/tw/dt/n/shwnws.asp?CnlID=13&Cat=25&id=374427#ixzz3A9xoGBSU
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