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製造革命–3D列印勢不可擋

3D列印技術從1980年代開始發展,隨後普遍應用在製作工業產品原型上。這種技術近期被視為銳不可擋的科技趨勢,主要原因之一,是3D列印技術與設備越來越成熟,在製造少量多樣或客製化產品上逐漸顯現出獨特優勢
 
 
 
累積製造(Additive manufacturing)、3D列印(Three-dimensional printing)或稱基層製造技術發展與應用,是近幾年被熱議的話題之一。透過3D列印設備,除了可以製造出各種獨特的公仔與模型、文創藝術品、服飾與鞋子,以及個人化的假牙、義肢等,還可用來製造高價值的航空、汽車與精密機械零組件。

3D列印技術從1980年代開始發展,隨後普遍應用在製作工業產品原型上(這種應用稱為快速原型製造)。這種技術近期被視為銳不可擋的科技趨勢,主要原因之一,是3D列印技術與設備越來越成熟,在製造少量多樣或客製化產品上逐漸顯現出獨特優勢。

另外,桌上型個人與家用3D列印機的價格快速下降,從早期數千美元降到目前1,000美元以下,3D列印機從工業市場向消費性市場擴散。這就像過去高價的雷射與噴墨印表機出現後,慢慢由企業應用擴散到家庭應用的趨勢一樣。因此未來就像是目前個人電腦普遍會搭配雷射或噴墨印表機來列印文件一樣,許多人也會搭配3D列印機製造出專屬於自己的物件。

那3D列印機是如何製造出真實的物件呢?首先,使用者需要透過3D設計軟體設計出想要製造的物體,例如人物模型;或者是透過3D掃描器(3D scanner)將實際物體外型掃描、轉變為3D數位資料;甚至也可以透過網路取得合法授權的3D物件設計電子檔。
在使用3D列印機開始製造物件之前,還需要透過軟體將立體物件的幾何外型進行切層處理。然後3D列印機會開始一層一層的將金屬、塑膠、陶瓷等材料組合成立體物件,就像是堆積木一樣,最終完成完整的立體物件。

依據材料類型與結合方式,目前主要有7種不同的3D列印方法,各有優缺點:有的方法將粉狀金屬材料平舖在工作檯上,再以高能量雷射使金屬材料結合在一起,可製作高強度的金屬物體;有的方法則將塑膠線材加熱後,像牙膏一樣擠出細細的材料,可以用來製作各種塑膠模型。

隨著技術逐漸成熟與設備價格下降,3D列印的應用範圍也在快速擴張。例如藝術或商業設計創作者,現在也可以使用價格在1,000~3,000美元的3D列印機,為客戶製作各種文創、藝術或時尚商品。目前也出現許多3D列印服務企業,可以透過網路平台,用高單價工業等級3D列印機協助其他企業或個人創作者製造他們設計的產品。

在工業應用方面,許多企業使用工業等級的3D列印機,製作應用在航空、汽車、工程設備上的精密金屬零組件,以及用來製造量產商品的精密模具。在醫療應用方面,則可以用3D列印機製作完全符合病患個人需要的假牙、骨頭、義肢,以及其他輔助、校正用醫療器材。

在實務應用上,3D列印雖然無法完全取代目前以機械切削、加工為主的製造方式,但是因為3D列印具有可直接由數位設計資料進行自動製造的特性,因此特別適合應用在少量多樣產品製造,或是需要依據客戶獨特需求進行個人化商品製造的應用上。未來藉由傳統製造與3D列印製造技術的相互搭配,一方面可以設計、製造出具有複雜、獨特外型的產品,另一方面則可縮短產品製造時間並降低成本。(本文由科技部補助「新媒體科普實作計畫─以農學、環保、應用科學、數位學習和藝術領域為例」執行團隊撰稿)
 
責任編輯: 蔡美瑛 | 世新大學廣電系

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