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3D列印讓世界由平面走向立體
一台印表機即將改變世界?

【作者: 劉佳惠】   2012年12月12日 星期三

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  • 有人說,3D印表機將會造就下一波製造革命,甚至將改變全球製造地圖;更有人說:「這是一場無庸置疑的第三次世界工業革命!」




圖一 :  3D列印小提琴現場演奏
圖一 :  3D列印小提琴現場演奏Source:工研院

女樂手優美地拉出一首首輕快的樂曲,而在她手中的,不是一把手工製造的小提琴,而是一把用3D印表機「印」出來的小提琴。


「3D印表機」,又稱「3D立體成型機」。任何使用者只要輸入圖形、按下列印鍵,就可以把各項零件「疊印」出來,透過組裝,就可以讓一張平面的小提琴設計圖,搖身一變成為一台可彈奏的小提琴。


改變世界製造業的另一個可能

你能相信一台印表機可能改變世界?3D印表機就是有可能!


根據美國經濟學人雜誌、華爾街日報與CNN相繼報導,3D列印技術產業前景可期。2011年3D列印全球產值(產品與服務)達17.14億美金,比前一年成長近30%,預估2019年市場將成長4倍。不僅如此,未來3D列印所具備的快速、彈性、客製化等優勢,將改變全世界整體製造產業鏈。



圖二 :  國內第一個金屬雷射積層實驗室
圖二 :  國內第一個金屬雷射積層實驗室Source:工研院

有人說,賈伯斯所希望「中國製造」轉為「美國製造」的在地生產,將會因為3D列印技術而夢想成真;也有人說,3D印表機將會造就下一波製造革命,甚至將改變全球製造地圖;更有人說:「這是一場無庸置疑的第三次世界工業革命!」


第一次工業革命,讓「人力製造」轉為「機械製造」;第二次工業革命,因電力的普及,讓製造業從單一製造,轉向大規模製造;現在,有了3D印表機,或許下一波科技製造模式將會從「大規模製造」轉向「個人化生產」,社群間協同製造的關係會再度改變製造流程,進一步造就第三次工業革命。


改變造就了創新

3D列印廣泛應用在汽車、航太等各行各業,如今更多了不少創新點子。一家名為Continuum Fashion的公司,將3D列印技術應用於訂製洋裝、比基尼以及鞋子,讓客戶能夠創造自己的服裝,並展現自己獨特的品味,引領著另一股新的時尚潮流。



圖三 :  雷射積層可以解決傳統的金屬複雜曲面無法量產問題,克服模具異形冷卻水路的模流製作問題。
圖三 :  雷射積層可以解決傳統的金屬複雜曲面無法量產問題,克服模具異形冷卻水路的模流製作問題。劉佳惠/攝影

不久的將來,人們可以列印出明天想要穿的衣服、鞋子、首飾以及包包;孩子想要的玩具、模型,自己在家動手做;想要的家具、想要的日常生活用品,只需幾分鐘就可以輕鬆搞定。


照這樣下去,我們不禁會想,會不會未來人們的工作方式、生活方式甚至觀念,都可能因為這項科技而有了顛覆性的變化?未來的世界,又會是怎樣的3D世界?


對於這樣的猜測,工研院南分院執行長徐紹中博士這樣形容:「從前我們的世界是平面的,未來我們的生活將由平面走向立體,將會是立體印刷的世界。」那麼,台灣,在此波的趨勢下,又有什麼樣的發展?


台灣發展用「疊」的3D列印技術

3D列印技術在全世界正迅速竄起,成為炙手可熱的新興產業。台灣工研院也不遑多讓,特地從德國引進那一台由3D印表機列印出來的小提琴,宣示台灣即將跨入3D列印產業的決心。


有別於以往坊間3D印表機以ABS塑料作為材料,工研院積極發展雷射金屬積層製造技術,採用逐層堆積製造方法,由「傳統減法式製造」改變成「加法式3D製造」,由塑膠材料進展到金屬材料,也從原型製作進化成實際產品製作。


「從減法的製程改成加法的製程,可說是綠色製程,也相當適合客製化量產。」工研院南分院雷射應用中心特助曾文鵬表示,3D列印技術之所以可稱為綠色製程,在於其可以讓未來產品無庫存風險的優勢。在產品上市之前,能夠直接「印出」商品,直接販售,快速調整商品設計回饋消費者,以減低商品設計錯誤造成的庫存風險。


曾文鵬預估:「3D印表機領域中,以金屬為材料的市場將會大幅成長。」他表示,金屬相較於其他材料如ABS,不論是製造精密度或是壽命長度,都更有優勢。因為若要從原型(prototype)到實際製造,並真真切切能夠派上用場,金屬所具備的精緻度、硬度,將會成為關鍵。


不僅如此,金屬雷射積層還有兩項優勢,工研院南分院雷射應用中心林得耀表示,其一為「實現交錯、複雜的內部結構」,克服傳統模具冷卻水路的的模流製作,且由於裡面充滿許多內結構,進一步可以達到輕量化。其二「客製化外部形貌」,能夠應用於醫材如牙齒、人工支架、人工關節等。


「雷射積層達到傳統模具加工做不到的事情,因此成本也較高,因此要應用在附加價值高的地方。」林得耀指出,未來工研院將更致力於醫材、汽機車航太模具與文創藝術等三大方向去推廣,並藉由群聚大會,能夠讓廠商知曉雷射技術的發展。



圖四 :  圖為3D列印印出的客製鞋子。不久,人們可以列印出明天想要穿的衣服、鞋子、首飾以及包包。
圖四 :  圖為3D列印印出的客製鞋子。不久,人們可以列印出明天想要穿的衣服、鞋子、首飾以及包包。Source:工研院

Open的力量 良性的循環

但若我們從宏觀的角度來看3D列印,就可以發現其實3D列印的重點,並非在於它是採用ABS塑料或是雷射積層技術這件事而已。3D印表機的誕生,其實代表著的,是Maker Movement開放精神的最佳成果。


由於當初Maker Movement大力提倡將開放原始碼應用於硬體上的開發,因此許多Maker都將興趣集中在3D印表機的製造上,使得大多數3D印表機都是基於開放硬體的Arduino為基礎。


因而,即使Maker在3D印表機的開發上會遇到不少困難與挑戰,但卻也因為基於開放原始碼開發的3D印表機,擁有專屬的社群,因此開發過程中,關於材料、噴嘴設計、切割各項疑難雜症,都因為「開放」的理念與精神,有了全世界3D印表機愛好者的技術支援。


對於沉迷於開發3D印表機的愛好者來說,簡直充滿了無限的想像。正因為Arduino開放原始碼,3D印表機得以不停地發展、進步,更推動3D印表機的配套元件的發展和成本的下降。如同Massimo banzi所說的:「因為開源,人們反而願意幫助彼此,且原諒彼此的缺失,這真的是一個良性循環!」


看來,3D印表機的開放精神,讓志同道合的一群人,可以盡情運用、發展,把想法變成真實,實際運用於生活中,起而真正深刻改變人們的世界以及生活的每一刻,也帶動了改變整體科技產業、甚至製造產業的焦點。那麼,向來重視硬體發展、輕忽軟體策略的台灣,要如何改變並因應,更是值得我們繼續關注的。


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