3D列印專題(一)-3D列印概觀與前瞻

作者 | 發布日期 2013 年 05 月 23 日 15:01 | 分類 3D列印 , 財經 follow us in feedly


近來3D列印(3D printing)實在是越來越熱門,當媒體過度追捧、廠商高舉行銷大旗時,究竟有哪些需要了解,該小心的?我們協助各位讀者,採訪與做了簡單的整理,希望幫助各位更了解3D列印這個產業。

3D列印其實並不是最近才有的產物,早在1980年代就已經開發出來,你目前看到的3D印表機技術的前身,就是稱為熱溶解積壓成形(Fused Deposition Modeling,FDM)的技術,這是改良過去塑膠射出成型技術,重新以不同的方式,透過不同材料來構造物體。如此一來,科學領域、工廠製造領域、設計端,就能夠打造出想要的模型,以及模具的前導。FDM技術在1990年代走入商業化,之後還有SLS、立體光刻製程等技術的發明。這些發明或多或少在不同領域有商業化的成果,但是機器都很龐大。一直到了1995年,美國麻省理工學院(MIT)創造出3D列印的術語,他們修改了噴墨印表機,將塑膠材料與溶劑擠壓到粉末床,取代原本把墨水噴到紙張的概念,並且獲得了專利。這個專利衍生了3D列印公司Z,以及ExOne公司。

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舊時王謝堂前燕。飛入尋常百姓家

簡單來說,3D列印技術就是把很多種不同材料,特別是塑料這種可黏合的材料,利用逐層列印的方式來打造立體的物體,也可以說是累積製造的概念。重點除了材料與列印的製程外,關鍵在於數位模型建模,你得透過電腦科技,把3D模組用特定的格式,餵給3D印表機,去產生你想要的金屬塑膠混和模型或產物。

如此一來,這使得透過小型設備,短時間內打造少量客製化產品、高價值產物這件事情成為可能。

以最簡單的方式來說,就是人人都可以自己開小型工廠了,不但節省時間,也節省了金錢和設備支出,當然這是理想的狀態,實際上現階段(2013年),大部分的3D列印技術、商業方案還有很多問題要克服。只不過,和傳統的技術相比,過去要生產金屬、塑膠或複合材料打造的產品,工廠得先開出模具,打造一個模具是非常昂貴的,數萬元到數十萬元新台幣、上百萬元都有,看模具的複雜程度與規模。有了模具之後,工廠就可以灌壓各種材料到不同的模具上,打造出一個個這種類型的零組件或實際成品,透過其他的加工手段,或組裝手段,完成各位看到的許多種市售商品。兩岸民眾熟知的科技富豪郭台銘,是做連接器起家的,但他的模具技術與相關概念,也幫助他變成資訊產品代工大王。

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最重要的是,3D印表機與其相關材料技術,顛覆了這個過往的流程。人們有機會打造出一個一個的小作坊,做設計產品、做高價值附加產品。工廠與企業也可以快速打造出各種模型、樣品,做為大量生產的前置作業。

目前3D列印技術的應用範圍,已經擴大到包括頭蓋骨、髖關節、牙齒等醫材、建築、珠寶、工業設計、教育產品、土木工程、槍枝與航太零組件等等範疇。

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3D列印的技術關鍵

我們如果要把東西用3D的方式列印出來,除去設備與材料方面的技術,最主要的就是你得在電腦上,利用3D軟體與電腦輔助設計軟體,打造出3D模型,並且透過特殊的格式(不同的3D印表機可能有不同的支援格式,也有開放標準和私有標準陣營),產生能夠讓機器逐層列印的截面資訊,才能讓3D印表機,把可用的材料,一層一層地列印、疊壓、黏合出來。

因此,軟體設計的技術將持續在提昇,精細度、三角面數量與尺寸,還有橫截面、縱截面、解析度等等,會有越來越精密的發展。

同時,3D印表機使用到的半導體晶片,控制IC與運算能力,也會持續上揚,目前還沒有到高度成熟的階段,因此還有一段技術開發熱潮期。

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3D列印革命真的有那麼快?

我們預期3D印表機產業,除了3D列印設備外,列印材料業、前後段設備(包括後段其他附加加工設備)產業、設計業、軟體服務業、行銷與銷售通路體系,這幾年將會帶來全球產業界的緩慢革命。

不會全面性地高速發展的原因,主要來自於技術目前仍屬於快速發展期,現階段的材料產業也還沒有跟上來,成為夠大的生態圈。再來是與傳統體系磨合的問題,儘管3D列印能夠顛覆一些事務,但量產品和小量生產品的差異,還是有很大的影響。現代的小型3D列印技術,在發展前期,最適合的產品還是高毛利、高附加價值的產物,因此我們預期航太、高科技與醫療醫材產業,將是優先受惠於3D列印技術的業種。至於其他的領域,需要巧思、行銷、資金、技術與供應鍊都水到渠成,才會有突破性的大規模發展。包括雷射燒結、立體平版印刷、金屬處理、融化壓模、電子束熔化成型、粉末層噴頭3D列印,這些都還在繼續進步、發展。

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產業的發展階段,一開始會有一段先行者、開發者與被炒熱後的初期成長階段。這時會有一波Peak上來,產生小峰值。

接著,在供應鍊未成型時,會有一些投入者離開,產業也在技術發展中,進入一段過渡期。

等到技術成熟,供應鍊擴大後,自然整個生態圈就能夠擴大,會進入產業真正的上升期。

再來,產業會進入高原期,這時就遍地開花,結果豐富了。直到下一個技術大進展的開始,產業的版塊又會有所移動。

當然,這是過往許多產業發展的歷史模式,3D列印技術方興未艾,難保不會有別以往的發展,但大致上,它還有很多成長的動力、技術開發的潛力,以及改朝換代的產業效應,未來應該會有更好的發展。

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