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3D列印新常態
待深化專用基礎

【作者: 陳念舜】   2016年08月16日 星期二

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目前在中國大陸火熱的「新常態(The New Normal)」一詞,最早可溯及美國太平洋基金管理公司總裁穆罕默德‧埃里安(Mohamed‧El-Erian)提出,用來敘述全球經濟危機後的通貨緊縮原來是短期現象,卻成為長期化的穩定狀態。直到2014年被大陸國家主席習近平引用而廣為人知,對比過去的舊常態,也就是「非常態」現象。


同年國際貨幣基金(IMF)總裁拉加德(Christine Lagarde)也指出,繼2008年全球金融危機爆發以來,即使歐、美、日各國相繼採取量化寬鬆貨幣政策的措施,但全球經濟依然陷入了「長期成長低於平均」的困境,持續低信心、低成長、低通膨構成的「新平庸(new mediocre)」時代已然來臨。


即便美國總統歐巴馬為了挽救2008年金融海嘯後低迷的國內經濟景氣和就業機會,於2009年11月率先宣示「再工業化」,企圖重振美國的製造業,以促進經濟發展並降低失業人口;進而在2011年提出「先進製造夥伴計畫(AMP)」,在10年內投資10億美元,透過公、私部門合資成立15個製造業創新機構(MII),率先投入3D printing列印技術,最早起源於80年代成熟的快速成型技術(Rapid Prototyping,RP)。當時主要著眼於其適合國內已無大型生產基地的美國製造業,可進行客製化、少量多樣生產。


加上設備、材料、服務、軟體、專利等,皆為發展3D列印產業關鍵因素,國際大廠通常是以併購取得專利,透過設備綁材料,發展獨特製程。集中在美國3D Systems、EOS兩大3D列印公司手中握有的專利陸續到期,將使得3D列印開始普及化。2012年Stratasys更宣佈與以色列Objet合併,3D systems則是收購了Z Corporation和Vidar Systems兩間公司後上市,各自掌握被併購者原有一段歷史沿革與專利技術。才剛上市半年,Stratasys股價瞬間雙倍上漲,3Dsystems則是一度暴漲3倍。且在群募資金推波助瀾下,包括MakerBot、Bits From Bytes、PP3DP、RepRap、PrintBot皆推出低價3D列印設備。


但直到去(2015)年起3D列印消費零售市場成長趨緩,幾可顯示其正經歷從「期望膨漲」到今天「幻滅低谷」的典型景氣循環,就算3D列印成的華麗泡沫也會破滅,即將回歸新常態發展。不僅MakerBot去年就關閉零售賣場、資遣了20%員工;合計占3D列印產業逾1/3市場的兩大公司3D Systems、Stratasys即便頻頻降價,同樣無法順利打入家用市場,近年來業績大不如前。


市場呈倒三角發展 看好企業專用領域

最大關鍵便在於市場上3D列印機琳瑯滿目,但民眾因為迄今不知道該拿3D列印機做什麼用?或如何印出有用的東西?很多人買了放在家裡蒙塵。只能說3D列印公司因為受制於投資人,必須選擇先搶進競爭激烈的消費零售市場恰是「生不逢時」。


反觀在企業專用領域,則可在創新研發及轉型階段,適時扮演點火角色,驅動創新成長。尤其當市場變得越來越成熟,專業用戶就越來越多;技術發展更為多元,浮現越來越多新的應用材料,適用3D列印的產業越來越多,現在不單只做原型(Prototyping)產品設計,也可拿來進行模具生產(Production Tooling)、最終產品組件(End use part)等數位化製造。尤其小品項、多批量的應用需求越來越多,還有一些在生產、製造過程所需的專用/輔助型工具、零組件等,都可以運用3D列印。


值得一提的是,3D列印雖然源起於航太、汽車製造業廣泛應用的RP技術,在台灣卻率先由電子代工業實現,也可見該產業發展受投資市場影響之深。包括威盛電子、玉山創投和 Baustein Central於2013年起,共同舉辦 APC Boot Camp 硬體連網裝置工作營,召集具備創意、工程背景的人才,利用威盛電子提供的3D印表機、APC迷你主機板玩出各種連網硬體裝置的開發與設計,完成更多軟硬整合的可能。


至今舉凡上游的設計與圖檔軟體、中游的設備製造、下游的加工服務,都有業者開始投入,包括3D列印設備代理商實威、製造商新金寶、揚明光、上奇、震旦行等,研能科技擁有全球首創的垂直整合自有噴墨頭與全彩列印技術,都參與初具雛形的「3D列印產業鏈」。新金寶旗下三緯國際(XYZprinting)深耕多年的3D列印機更在今(2016)年元月率先傳出獲利,依CONTEXT統計,2015年三緯Q4以出貨21,800台、31%市占率奪冠;同時以全年50,100台居3D列印出貨龍頭,市占率21%擊敗Stratasys/MakerBot與3D Systems/Cubify。


但台灣廠商多以代理、組裝為主,尚未切入最關鍵、門檻最高的材料與零組件部分,其實在文創、生醫、電子、模具等產業具備相當廣大的出海口,是一個很好的練兵應用方向。


打造可行商業模式 突破3D列印瓶頸

目前3D列印應用在商用市場上發展雖已漸趨成熟,眾多廠商紛紛導入各種不同技術的3D列印機,用來設計溝通、生產少量客製化零件或列印模具等。但對使用者而言,3D列印發展最大瓶頸不在於技術、機器,而在於如何協助將想要列印的物體轉換成數位3D模型。


最後哪一家廠商能最大程度地掌握3D列印相關研發、應用以及服務模式,也就掌握了未來世界產業的關鍵版圖,而在推行3D列印產業仍面臨亟待突破的瓶頸,包括:


1.3D建模困難,影響消費市場普及速度。雖然3D列印應用在商用市場上發展已經漸趨成熟,眾多廠商因應自己的需求紛紛導入各種不同技術的3D列印機,用來設計溝通、生產少量客製化零件或列印模具等。但由於3D繪圖工具功能複雜,學習門檻高,使用者必須花費數月到數年的學習,方能隨心所欲製作出數位3D模型。


現在已有不少設備製造商、建模軟體開發商、列印服務商及社群紛紛建立3D模型資料庫,讓消費者下載列印喜歡的3D模型,或修改自己的設計以列印獨創的物品,例如MakerBot的Thingiverse、Google的3D Warehouse等。有些廠商則提供3D建模軟硬體輔助工具,期望藉此協助使用者跨越技術門檻,以開拓更廣大的家用市場,讓未來3D列印機可以如同2D噴墨/雷射印表機,進駐每個家庭。


2.可列印材料有限,3D列印材質仍無法完全滿足不同環境下的需求,因此近年來廠商仍持續開發各種特性新材料。例如提供更堅硬耐磨的材料,以便列印工具、零件等;為了能直接列印電路,廠商也研發了各種導電列印材料;還紛紛推出了,擁有類似橡膠特性的彈性塑膠、類似玻璃的高透明塑膠,還有模仿海綿、凝膠、毛氈或具螢光等材料。


3.產品精細度不足,讓成品過於粗糙,用戶難以接受是最終產品。目前解決的方向主要是整合其他生產工具,進行切削或研磨拋光等減法加工,可比早期先列印再拋光更為精細;中空管內部等原本無法拋光處理的部份,也能利用邊列印邊拋光的生產方式解決。


4.生產效率差,難以大量生產。3D列印不僅成本變高,生產速度也難以趕上需求。而廠商解決此問題的方向之一,是尋找唯有3D列印才能解決的利基應用市場。例如列印義肢、少量多樣的產品零件、獨一無二的工藝產品,或者列印生物組織等傳統生產方式無法製作的物件,聚焦客製化應用。


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