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3D列印–工業革命4.0之一

 
 
李教授是三維噴印核心技術之研究發展計畫的主持人,成功開發了「單色與彩色之快速原型機(Rapid prototyping, RP)」,又稱「三維印刷成型機」,不僅具備了商業化潛力、高速度、高精度、低成本的有利條件外,所有零件皆可由國內自主開發,技術媲美世界。李教授在演講中會介紹這個領域的最近進展。他說:「歷次的工業革命都給人類的生活與文明帶來極大的衝擊與進步,而每次工業革命的產生也都有其相對應的時代背景。」

本講演先分析現今時代的背景與特色,進而介紹3D列印的科技。有別於傳統的切除加工技術,3D列印是一種以數位模型檔案為基礎的直接堆疊製造技術,幾乎只要可以建立三維電腦圖檔的,它都可以製造出與圖檔一樣的三維實體,這讓我們充滿了無限的創意空間。該技術在藝術創作、醫療、工業設計、工業製造、機械、航空航天、建築、珠寶、教育及其他領域都有很好的應用。在了解現今3D列印的科技的特色後,我們就可以一同展望未來。

講演內容綱要

五月八日晚間的第四場春季展望演講,是由成功大學機械工程學系的李森墉特聘教授擔綱。李教授的演講主題是「3D列印-工業革命4.0之一」,他以歷史的角度切入,從第一次工業革命的起源開始談起,探討了三次工業革命的背景,再接到當紅的3D列印技術,並進一步闡述世界及臺灣在3D列印的各個競爭方向和目前的進展。

李教授回想當初會選擇3D列印為研究題材並非偶然:2000年,他剛接任國立成功大學機械系系主任時,為了帶領機械系開啟新的研究方向,他分析了新時代的潮流,歸納出三個時代特色—資訊網路、知識經濟,與國際化。為了順應這21世紀的時代趨勢,李教授主持了<三維噴印核心技術之研究發展計畫>,與12位教授創造出逾百項的發明專利,並發展出快速原型機、量產微奈米粉末,與大範圍快速精密定位等領先全球的工業技術。

李教授說:「我們要站在巨人的肩膀上,並向巨人學習。」當今3D列印技術並非一蹴可及,而是站在前三次工業革命的肩膀上,先從18世紀以機器代替手工的第一次工業革命開始,到電力廣泛應用的第二次工業革命:除了紡紗機、蒸汽機、內燃機等改變生活的工具出現外,資本主義、殖民經濟、全球化等社會結構改變也對人類產生了重大的影響。而現在我們正經歷第三次工業革命,在享受電子、通訊、生化、原子能等科技對生活的助益外,轉過頭來審視,其實貧富差距、糧食危機、能源短缺等都是第三次工業革命光芒下的陰影。

那第四次工業革命呢?有人說3D列印吹起了第四次工業革命開始的號角,李教授卻語帶保留,他認為第四次工業革命開始與否要待後人定論,但如果說到3D列印,現在的確是這個新創技術引領風騷的時代!

相較於以往的製造方式,3D列印顛覆了傳統以車床、銑床去除產品多餘部分的「減法」概念,而是以「加法」的「堆疊」方式生產。事實上,凡是能由電腦畫出3D圖檔的物品,都可以用3D列印的方式生產。

目前3D列印的方式主要分為六種:製作玩具模型的FDM、用刀子或雷射切割後再黏上去的LOM、運用紫外光照射光固化樹酯的DLP、立體平板列印的SLA、噴一層粉再噴一層膠的3DP,與目前主流以雷射照射後黏著的SLS。

隨著開發新材料與機械技術的成熟,3D列印需要的不只是技術方面的突破,更需要的是技術與智慧的結合。像是3D列印在醫學工程上的應用:以往車禍重建手術,所需的頭蓋骨要在茫茫的骨頭拼圖中找出合適傷口的骨頭。如今,3D列印技術結合電腦斷層掃描,讓醫生能在手術室為病人做出最適合傷口的頭蓋骨。除了醫療在骨頭、臉部重建,與義肢方面的應用外,工業產品像是模型、公仔、珠寶、樂器、時裝、飛機引擎等,都已經是3D列印機上的常客。

3D列印能製造的東西千奇百怪,像是微軟公司就利用3D列印製作青蛙的解剖模型;也有環保人士幫遭受環境破壞的寄居蟹製造新家。在未來,李教授希望3D列印能結合物聯網、行動裝置、機器人、大資料庫(Big Data)等當今的科技之星,讓3D列印能更上層樓。他笑著說,說不定以後爺爺奶奶都不用辛苦地到百貨公司買孫子的聖誕節禮物,只要一通電話,禮物就能藉由圖檔的方式,傳真到世界各地兒孫家中的3D列印機上,直接在現場列印出來。

李教授在最後仍不忘鼓勵台下的聽眾:「有夢、有創意最美,希望相隨」。身處在不同的時代,有不同的特色與機會,現在做不來的東西並不表示以後不可能。另外,成功沒有捷徑,要學習與團隊合作,站在巨人的肩膀上,並隨時期許自己,在有生之年要不斷地創造與發明。

不過在詢問討論的最後部分,主持人孫維新教授提出了一個想法,目前大家在3D列印風起雲湧的狂熱中,不斷製作出許多不同的大小產品,無可避免地會產生許多塑膠質地的環保廢棄物,未來這些小玩意是否會成為另一場環保災難?孫教授建議往前想一步,未來若能發展機器,將3D列印的成品重新分解成為原始顆粒,可以用來再製別的產品,就可以避免3D列印的環保風暴了!

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