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06-05

3D列印专题(一)-3D列印概观与前瞻


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3D列印专题(一)-3D列印概观与前瞻

近来3D列印(3D printing)实在是越来越热门,当媒体过度追捧、厂商高举行销大旗时,究竟有哪些需要了解,该小心的?我们协助各位读者,採访与做了简单的整理,希望帮助各位更了解3D列印这个产业。

3D列印其实并不是最近才有的产物,早在1980年代就已经开发出来,你目前看到的3D印表机技术的前身,就是称为热溶解积压成形(Fused Deposition Modeling,FDM)的技术,这是改良过去塑胶射出成型技术,重新以不同的方式,透过不同材料来构造物体。如此一来,科学领域、工厂製造领域、设计端,就能够打造出想要的模型,以及模具的前导。FDM技术在1990年代走入商业化,之后还有SLS、立体光刻製程等技术的发明。这些发明或多或少在不同领域有商业化的成果,但是机器都很庞大。一直到了1995年,美国麻省理工学院(MIT)创造出3D列印的术语,他们修改了喷墨印表机,将塑胶材料与溶剂挤压到粉末床,取代原本把墨水喷到纸张的概念,并且获得了专利。这个专利衍生了3D列印公司Z,以及ExOne公司。

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旧时王谢堂前燕。飞入寻常百姓家

简单来说,3D列印技术就是把很多种不同材料,特别是塑料这种可黏合的材料,利用逐层列印的方式来打造立体的物体,也可以说是累积製造的概念。重点除了材料与列印的製程外,关键在于数位模型建模,你得透过电脑科技,把3D模组用特定的格式,餵给3D印表机,去产生你想要的金属塑胶混和模型或产物。

如此一来,这使得透过小型设备,短时间内打造少量客製化产品、高价值产物这件事情成为可能。

以最简单的方式来说,就是人人都可以自己开小型工厂了,不但节省时间,也节省了金钱和设备支出,当然这是理想的状态,实际上现阶段(2013年),大部分的3D列印技术、商业方案还有很多问题要克服。只不过,和传统的技术相比,过去要生产金属、塑胶或複合材料打造的产品,工厂得先开出模具,打造一个模具是非常昂贵的,数万元到数十万元新台币、上百万元都有,看模具的複杂程度与规模。有了模具之后,工厂就可以灌压各种材料到不同的模具上,打造出一个个这种类型的零组件或实际成品,透过其他的加工手段,或组装手段,完成各位看到的许多种市售商品。两岸民众熟知的科技富豪郭台铭,是做连接器起家的,但他的模具技术与相关概念,也帮助他变成资讯产品代工大王。

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最重要的是,3D印表机与其相关材料技术,颠覆了这个过往的流程。人们有机会打造出一个一个的小作坊,做设计产品、做高价值附加产品。工厂与企业也可以快速打造出各种模型、样品,做为大量生产的前置作业。

目前3D列印技术的应用範围,已经扩大到包括头盖骨、髋关节、牙齿等医材、建筑、珠宝、工业设计、教育产品、土木工程、枪枝与航太零组件等等範畴。

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3D列印的技术关键

我们如果要把东西用3D的方式列印出来,除去设备与材料方面的技术,最主要的就是你得在电脑上,利用3D软体与电脑辅助设计软体,打造出3D模型,并且透过特殊的格式(不同的3D印表机可能有不同的支援格式,也有开放标準和私有标準阵营),产生能够让机器逐层列印的截面资讯,才能让3D印表机,把可用的材料,一层一层地列印、叠压、黏合出来。

因此,软体设计的技术将持续在提昇,精细度、三角面数量与尺寸,还有横截面、纵截面、解析度等等,会有越来越精密的发展。

同时,3D印表机使用到的半导体晶片,控制IC与运算能力,也会持续上扬,目前还没有到高度成熟的阶段,因此还有一段技术开发热潮期。

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3D列印革命真的有那幺快?

我们预期3D印表机产业,除了3D列印设备外,列印材料业、前后段设备(包括后段其他附加加工设备)产业、设计业、软体服务业、行销与销售通路体系,这几年将会带来全球产业界的缓慢革命。

不会全面性地高速发展的原因,主要来自于技术目前仍属于快速发展期,现阶段的材料产业也还没有跟上来,成为够大的生态圈。再来是与传统体系磨合的问题,儘管3D列印能够颠覆一些事务,但量产品和小量生产品的差异,还是有很大的影响。现代的小型3D列印技术,在发展前期,最适合的产品还是高毛利、高附加价值的产物,因此我们预期航太、高科技与医疗医材产业,将是优先受惠于3D列印技术的业种。至于其他的领域,需要巧思、行销、资金、技术与供应鍊都水到渠成,才会有突破性的大规模发展。包括雷射烧结、立体平版印刷、金属处理、融化压模、电子束熔化成型、粉末层喷头3D列印,这些都还在继续进步、发展。

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产业的发展阶段,一开始会有一段先行者、开发者与被炒热后的初期成长阶段。这时会有一波Peak上来,产生小峰值。

接着,在供应鍊未成型时,会有一些投入者离开,产业也在技术发展中,进入一段过渡期。

等到技术成熟,供应鍊扩大后,自然整个生态圈就能够扩大,会进入产业真正的上升期。

再来,产业会进入高原期,这时就遍地开花,结果丰富了。直到下一个技术大进展的开始,产业的版块又会有所移动。

当然,这是过往许多产业发展的历史模式,3D列印技术方兴未艾,难保不会有别以往的发展,但大致上,它还有很多成长的动力、技术开发的潜力,以及改朝换代的产业效应,未来应该会有更好的发展。

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