3D列印 啟動第三波工業革命

3D列印為積層製造,用不斷堆疊的加法,從機器端一層一層射出打印,打造立體的物件。
Getty Images
第148期
曾允盈
在3D列印的熱潮中,台灣的機會在哪裡?將台灣產業推向高端製造,而非持續的低價競爭,將是未來的期許。可以預見的是,3D列印不會讓大量製造消失,卻可以提供製造業一條新的路徑。

小辭典──3D列印

3D列印(3D printing),又稱積層製造(Additive Manufacturing,AM),是一種以數位模型檔案為基礎,直接製造幾乎任意形狀三維實體的技術。3D列印採用數位技術材料列印機,先透過電腦輔助設計或電腦動畫建模,將建成的三維模型分割成逐層的截面後,列印機透過逐層堆疊累積的方式,用液體狀、粉狀或片狀的金屬或塑料等可黏合材料,將這些截面逐層地列印出來,從而製造出一個實體。

3D列印技術在珠寶、鞋類、建築、汽車、航太工業、設計工程和施工、牙科和醫療產業、地理資訊系統、土木工程、槍枝以及其他領域都有所應用。

 

引領製造業的革命,「3D列印」成為全球的熱門議題。圖為設計師的3D列印作品。數可科技提供

 

現代化的工業社會可以大量製造(Mass Production),例如,IKEA做出一批又一批漂亮的家具,全世界的人只要走進連鎖賣場,就能買到品質相同的產品,把客廳布置得跟地球另一端的瑞典一模一樣。然而,十幾年來,工程師和設計師超乎想像的設計和應用,即將打破傳統製造業的思維!

 

2013年8月,英國阿什莫爾博物館(Ashmolean Museum)展出一把1683年製的史特拉第瓦里小提琴。Getty Images

 

自造者時代來臨
引領製造業革命

 

引領製造業的革命,「3D列印」成為全球的熱門議題。

2012年初,歐巴馬團隊看到「自造者運動」(Maker movement)的潛力,計畫未來四年內將自造空間帶進校園,在學校安裝3D印表機和雷射切割機等數位生產設備,進一步帶起了3D列印的風潮。

全球暢銷書《長尾理論》(The Long Tail)作者克里斯‧安德森(Chris Anderson),2013年出版《自造者時代──啟動人人製造的第三次工業革命》(Makers: The New Industrial Revolution),並辭去《連線》雜誌(Wired)長達11年的總編輯職務,全職擔任他所創的3D Robotics執行長,自言是個「追逐創業夢想的機會」,震撼了全美科技業。

《時代》週刊將3D列印產業視為「美國十大成長最快的工業」。英國《經濟學人》(The Economist)雜誌在14個月內,以二次封面故事的規格,預告它將掀起第三波工業革命,是製造業的大未來。

《經濟學人》2011年2月號的封面故事,以「Print me a Stradivarius」(印給我一個史特拉第瓦里小提琴)為主標,吸引全球目光。17世紀的弦樂器製造師安東尼奧‧史特拉第瓦里(Antonio Stradivari,1644~1737年),被認為是歷史上最偉大的弦樂器(包括小提琴、中提琴、大提琴、吉他及豎琴等)製造師之一,他製作的小提琴如今已成為珍寶。歷史學家估計史特拉第瓦里製作的樂器總數超過1,101件,而其中至少有650件留存至今。德國EOS公司(Electro Optical Systems)依史特拉第瓦里小提琴的規格,3D列印出小提琴零件,再由德國製琴專家組裝而成。精密的樂器零件都可以列印出來,製造的科技無疑可能改變世界。

 

3D列印手槍曾引發道德爭議。Getty Images

 

甚麼是3D列印?
航太、武器、醫療用途將無所不能

 

過去,我們透過印表機,複印一份文件或一張圖片;現在,透過3D列印的數位製造技術,可以快速「複製立體物件」。

簡單來說,3D列印就是用積層製造(additive manufacturing)的方式,從機器端一層一層射出打印,打造立體的物件。

 

3D列印技術能夠打造微小精緻的物件。數可科技提供

 

台灣第一家3D列印公司──數可科技,十幾年前已開始專業運用3D列印在各個領域。協理溫唯丞談道:「以前它叫RP(Rapid Prototyping),是《經濟學人》給它3D printing這個名詞。」

3D列印機,市面上大概分為六種,原理各有不同。記得2013年一則熱門的新聞嗎?一名25歲的美國學生威爾森(Cody Wilson),開發全球首款利用3D列印製造的左輪手槍並試射成功,其中包括16個3D列印製造的零件。這款用最便宜的3D列印機器──熱熔方式製作的手槍,竟然可以躲過機場的安檢搜查,引發關於「列印武器」社會倫理的相關討論。

3D列印的範圍無遠弗屆,根據最新一期《Army Technology》雜誌介紹,美國軍方正在研究利用3D技術列印導彈彈頭、艦艇零件等武器裝備,未來將把技術應用到後勤保障和傷患救治。在台灣,已具體運用3D列印技術的航太製造領域,金屬材料在做有弧度、曲面的器具時,常常需要削切百分之八十、九十的材料,十分浪費。有了3D列印之後,用「加法」取代傳統的「減法」製作,減少很多不必要的浪費。精準的加法製造,是3D列印突出的製造模式,打破了傳統設計與組裝的思維。

 

數可科技用3D列印技術為李安《少年Pi的奇幻漂流》打造的模型。數可科技提供

 

除了工業工具、航太、汽車、建築、武器,醫療用途是3D列印不斷突破的領域。從血管、腎臟、頭蓋骨乃至視網膜,都在科學家的實驗室裡不斷研發。據2014年哈佛大學Wyss生物啟發工程研究所,發表在學術期刊《Advanced Materials》的研究,3D列印出的人造血管組織,不再只能待在實驗室的溫室,並可用於新藥測試。這是3D列印血管的一大突破。

然而,除了列印人工細胞、組織和縮小的器官外,甚麼時候3D列印才能印出一顆真正有用的器官呢?除了材料,甚至還有法律問題需要解決,部分科學家認為10到15年之內,都將難以突破。

 

小量生產
客製化你我的生活

 

3D列印之所以被視為第三次工業革命,是因為它顛覆第二次工業革命追求的大量化、效率化,逐漸走向個性化、社群化。

3D列印機器,可以創作常規技術無法實現的形狀,想製作甚麼形狀都可以,也就是達到「客製化」的需求。例如,牙醫可以針對病人量身訂製牙冠,運動員可以享受為雙腳訂製的慢跑鞋。

大量製造的時代,設計師生產一樣產品,要先畫設計圖,製模、開模之後,交給工廠大量製作,至少必須花費一、兩個月的時間,所費不貲。現在,只要在電腦上繪出3D圖,透過噴頭將尼龍或塑材列印出來,幾個小時之後,就能完成一件產品。

溫唯丞舉了個有趣的例子:「李安拍《少年Pi的奇幻漂流》時,他的美術團隊有來找我們,電影裡的一些道具就是用數可的3D列印機器做出來的,只是大部分報導的都是造浪機等大的模型,比較少去關注小模型。像海上的那一艘船,上面的鉚釘和鉤子我們都做得非常仔細。當初我們只花了不到一個禮拜的時間就交件了,他們覺得很驚訝。後來我才了解,好萊塢真正用到3D列印的機會實在太少了,幾乎所有的模型都是手工製作,所以模型師的薪水一個月高達十幾萬、二十萬。他們看到這個東西說,如果大量使用,很多人將會失去工作。3D列印真的可以取代某一些量產的東西和手工的東西。」

小量生產得以節省大規模的資源,高科技又低成本,小資本卻能成大事。作為運用3D印表機的「自造者」,可以創意生產屬於自己的東西。與傳統製造不同的是,不需要量產,卻可以打造世界。

 

數可科技印製尼龍的3D列印機台。數可科技提供

 

設計師3D列印作品。數可科技提供

 

台灣製造業的機會?
走向人人製造的時代

 

然而3D列印絕非沒有局限,最大的局限是材料。從金屬材料開發至今約莫只有六、七年的時間,已成為3D列印最大的發展之一。全球前十大金屬3D列印製造商都來自歐洲,其中以德國的EOS最大。而從製造發展的角度來看,3D列印技術能夠解決傳統製造業不能解決的技術難題;但是,傳統製造業擅長的批量化、規模化的生產,同時也是3D列印的短處。

在3D列印的熱潮中,台灣的機會在哪裡?將台灣產業推向高端製造,而非持續的低價競爭,將是未來的期許。可以預見的是,3D列印不會讓大量製造消失,卻可以提供製造業一條新的路徑。

2008年金融海嘯時,丹麥的「樂高積木」(LEGO)在不增加人力、不增加工時、不增加設備的情況下,卻能夠增加產能,他們是怎麼達成的?就是改變模具,用3D列印等數位的新式模具提高產能,同時提升品質,減少不良率。

數可科技曾有一位做車燈導光條的顧客,用傳統模具製作導光條需要600秒,因為必須等到冷卻之後,確定不會變形才可以脫模。採用3D列印技術製作模具,模擬出來只需要220秒,節省了超過一半的時間。於是,該公司決定花200萬,使用3D列印製作模具。沒想到實際製作出來後效果更好,只需要150秒的製作時間,大大減少成本,不僅產能是從前的四倍,甚至連品質都提高了。

運用3D列印等數位生產技術,設計師挑戰過去的設計思維,製造業做出更有效率的模具,醫療業邁向更精密、更個人化,將是未來創新的機會。

溫唯丞談道,美國已有很多產業用3D列印進行工業化生產,台灣目前仍是桌上型器材較多。「不是買了機器就會用,從一開始的設計、畫3D圖、生產到最後處理,一整個生產鏈都需要跟上。3D列印只是一種技術,重要的是怎麼把它發揮到不一樣的、更適合的地方。」

人人都在談3D列印,資本市場更是敏感,2012年以來,3D概念股更是不斷上漲。誠然,真正改變的,除了是3D列印技術,更是思維模式。3D列印是一種不能忽略的革命性工具,將邁向的是「人人製造」的未來時代。

相關文章:

新科技打造的未來生活

雲端 + 物聯網引領科技產業未來趨勢

自動化 + 機器人描繪人類未來新生活

換個角度看科技發展

你可能會有興趣的文章

香港炒樓瘋狂 高官房事出包
最近香港樓價飆漲,早已超過97年的泡沫價格。以新界屯門的價格來說,每呎居然達到一萬元港幣之譜,約每坪130多萬台幣,市區價格當然不要說了。…
國安間諜爆料 前美國政要季辛吉被收買
海外中文媒體博訊近日發布消息稱,一位匿名的美國官員透露,中共國安部副部長祕書在過去五年向美國中央情報局出售了大量的中共絕密檔,…
樂趣經濟
現代的經濟活動,樂趣似乎已經成為關鍵因素。除了電影、主題樂園、線上遊戲等娛樂事業之外,許多的行業,如果缺乏樂趣,客戶便馬上流失,…
趨勢報報
 愛因斯坦預言被證實!美國科研團隊測出重力波 美國「雷射干涉儀重力波觀測站」(LIGO)2016年2月11日對外宣布,…
法律人轉做行銷 張玲琪為台灣香菇打下一片天
張玲琪小檔案 學歷: • 東吳大學法律研究所畢業 現職: • 華夏全方位國際有限公司總監 • 鄉菇香品牌總監 經歷: •…
8.藏人自焚 中國大型抗暴事件激增
西藏問題長期以來一直是人權團體和國際社會所關注的焦點所在。為了抵抗中共帶有毀滅藏族文化目的下的高壓統治,表達抗議訴求,從2011年開始,…
北京出馬溝通,特區政府靠邊
香港「回歸」13年的7月1日,泛民從2003年開始「循例」組織遊行要求普選。這次泛民雖然因為對政改方案陷於分裂狀態,但是還有5萬人參與遊行…
當代醫俠陳志瑜 榮獲台灣十大傑出青年
甫當選「2018年台灣十大傑出青年」的陳志瑜,稱其為青年俊彥分毫不差。展開其履歷,令人眼睛為之一亮,有太多名稱可以描述他:醫生、學霸、…